濱江地區(qū)海綿改造雨洪控制效果研究

班 超,趙 祥,周楊軍,周鵬飛

(中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院上海分院,上海 200335)

濱江城市的排水防澇問題一般不能只考慮城市區(qū)域內(nèi)的防洪要求,需要在結(jié)合流域整體的防洪規(guī)劃和城市內(nèi)外防洪系統(tǒng)銜接的基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)籌安排,不僅要考慮城市內(nèi)洪外排,還要考慮外洪頂托可能。

考慮到濱江地區(qū)地理位置緊靠河流,不僅需要抵御江河洪水,同時(shí)還需要防止城市化過快帶來的城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)[1]。因此,在進(jìn)行濱江城市排水防澇建設(shè)時(shí),需要注意以下幾點(diǎn)：1)增加城市的排水能力,以面對(duì)城市雨水徑流量的明顯增長(zhǎng)；2)從源頭上控制降水落地后的排泄方式,力求減少?gòu)搅鞯漠a(chǎn)生,延緩降水的集聚,為排水管網(wǎng)緩解壓力；3)增設(shè)大容積的調(diào)蓄體,存儲(chǔ)無法及時(shí)排泄的降水；4)使用強(qiáng)排措施連接城市內(nèi)外水系應(yīng)對(duì)自排能力不足時(shí)的內(nèi)澇威脅。

1 研究區(qū)概況

信江新區(qū)屬典型的濱江沖積地形,城區(qū)內(nèi)分布有一定數(shù)目的湖泊濕地,河流較少。研究區(qū)內(nèi)骨干河流由于開發(fā)建設(shè)已經(jīng)被填埋,只剩下三個(gè)湖泊,分別為虎嶺湖、劉家湖和濕地公園湖?；X湖和劉家湖兩個(gè)湖泊位于信江新區(qū)南側(cè)靠近信江北岸處,在城市化建設(shè)中被一定程度的掩埋,現(xiàn)狀面積不足之前的百分之70%,但是填埋處尚未開發(fā),仍有恢復(fù)和擴(kuò)容的空間。濕地公園湖位于新區(qū)北側(cè),周圍城市化開發(fā)程度很低,絕大部分水系還保留原始狀態(tài)。2010年信江新區(qū)進(jìn)入全面開發(fā)建設(shè)階段,至2014年12月,新區(qū)內(nèi)主干道路網(wǎng)基本建成,城市排水體制采用分流制,城市主干管網(wǎng)基本建成。根據(jù)新區(qū)發(fā)展規(guī)劃,新區(qū)內(nèi)主干排水片區(qū)分為三個(gè)大片區(qū),分別為虎嶺片區(qū),劉家片區(qū)和濕地公園片區(qū)。目前虎嶺片區(qū)和劉家片區(qū)內(nèi)城市化建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模,城市排水管網(wǎng)體系基本建成；濕地公園片區(qū)大部分土地仍然未被開發(fā),處于自然狀態(tài)。因此,本次模擬選擇新區(qū)內(nèi)的虎嶺片區(qū)和劉家片區(qū)兩個(gè)排水分區(qū)為研究區(qū)域,見圖1,總面積5.8km2。

2 研究區(qū)概化與方案設(shè)計(jì)

在SWMM5.1版本上,模型研發(fā)部門專門針對(duì)現(xiàn)代雨洪管理理念的需求,設(shè)計(jì)了多種小模塊,包括滲透鋪裝、植草溝、雨水花園、屋面雨水接收設(shè)備、下滲溝、綠色屋頂、生物滯留網(wǎng)格、雨水桶,共八種,已經(jīng)能夠比較全面的滿足現(xiàn)代雨水管理理念中對(duì)城市下墊面的改造需求并進(jìn)行細(xì)致準(zhǔn)確的模擬。

2.1 下墊面概化

根據(jù)信江新區(qū)下墊面衛(wèi)星圖和排水現(xiàn)狀管網(wǎng)布局CAD圖,提取管網(wǎng)的管徑、走向、管道材質(zhì)等信息進(jìn)行概化,見圖2,得到研究區(qū)概化管道110段,共27.8km；檢查井108個(gè)；子匯水區(qū)100個(gè),排水口2個(gè)。使用實(shí)測(cè)降水資料進(jìn)行模型率定[2],結(jié)果見表1。模擬積水點(diǎn)情況與實(shí)測(cè)資料吻合度較好,表明模型參數(shù)設(shè)置合理。

表1 模型參數(shù)率定結(jié)果表

圖2 研究區(qū)模型概化圖

2.2 雨型設(shè)計(jì)

考慮到城市防洪排澇設(shè)計(jì)需求,本次設(shè)計(jì)暴雨時(shí)長(zhǎng)確定為24h,重現(xiàn)期為2a、5a、10a。根據(jù)研究區(qū)的地理位置信息,查找《江西省暴雨洪水查算手冊(cè)》,確定點(diǎn)暴雨量、折算系數(shù)和時(shí)程分配表,推算得到各重現(xiàn)期設(shè)計(jì)雨型,見圖3。

圖3 研究區(qū)24h設(shè)計(jì)雨型圖

2.3 方案設(shè)計(jì)

基于研究區(qū)各個(gè)下墊面特性和濱江城市防洪排澇需求設(shè)計(jì)海綿改造方案[3-4],見圖4,具體方案設(shè)計(jì)如下：

(1)出水口的改造：由于原始出水口為自然出流,汛期容易發(fā)生洪水倒灌問題,因此將出水口由原來的自由出流改為泵站形式,在出口設(shè)置閘站防止倒灌。根據(jù)新區(qū)排水防澇規(guī)劃,虎嶺泵站流量為2.66m3/s,劉家泵站為1.57m3/s。

(2)增設(shè)蓄水池：在出水口上游設(shè)置調(diào)蓄湖,利用原有的虎嶺湖和劉家湖,擴(kuò)容后作為出水口調(diào)蓄湖,以緩解出水口排水壓力,根據(jù)排水防澇規(guī)劃虎嶺調(diào)蓄湖擴(kuò)容后為45萬m3,劉家調(diào)蓄湖擴(kuò)容后為34.56萬m3。

(3)改造部分管道管徑和坡度。改造原則為：在城市化面積高的子匯水區(qū)域內(nèi)增大管徑和坡度；城市化程度低的子匯水區(qū)內(nèi),根據(jù)城市未來發(fā)展需要選擇維持管徑不變或適當(dāng)增大管徑坡度；對(duì)管道坡度不合理的地方必須進(jìn)行重新規(guī)劃改善；城市主干管網(wǎng)體系應(yīng)該滿足小管入大管的要求,即下游管徑不得低于上游管徑,按照該要求進(jìn)行主干管改造。共改造管網(wǎng)12.54km

(4)源頭控制措施布設(shè)。規(guī)劃方案原則為：城市化程度低、非城市核心區(qū)等易于進(jìn)行源頭控制措施改造的區(qū)域,應(yīng)盡量減少管網(wǎng)改造工程；建筑密集、源頭控制開發(fā)難度大的城市中心區(qū)或居民集聚區(qū),應(yīng)減少布設(shè)占地需求大的源頭控制措施。共布設(shè)各類措施78ha,其中透水鋪裝57.2ha,雨水花園14.4ha,植草溝6.4ha

圖4 研究區(qū)海綿方案模擬圖

3 結(jié)果分析

將三種重現(xiàn)期(2a、5a、10a)的24h設(shè)計(jì)雨型輸入模型運(yùn)行,模擬得到現(xiàn)狀下墊面和海綿改造方案下的運(yùn)算結(jié)果,見表2。以管道超載個(gè)數(shù)、節(jié)點(diǎn)溢流個(gè)數(shù)、綜合徑流系數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行分析。

表2 現(xiàn)狀與海綿工況模擬指標(biāo)對(duì)比表

從表2中可以看出,各重現(xiàn)期降雨情況下,海綿措施對(duì)信江新區(qū)的降雨徑流均起到了有效的控制。各重現(xiàn)期降雨下,海綿措施方案的管道超載個(gè)數(shù)、節(jié)點(diǎn)溢流個(gè)數(shù)、綜合徑流系數(shù)均明顯低于現(xiàn)狀情況,特別是節(jié)點(diǎn)溢流數(shù)量顯著減少,表明地面積水問題得到了有效控制。

4 結(jié)語(yǔ)

濱江地區(qū)海綿措施的建設(shè)能夠有效的緩解城市雨洪問題,減少“城市看?！卑l(fā)生的幾率。建設(shè)方案的擬定應(yīng)避免局限于某一類建設(shè)措施或單一問題導(dǎo)向,應(yīng)該同時(shí)考慮城市防洪、防澇和水環(huán)境建設(shè)需求,謀求最優(yōu)化解決方案。