武漢某城區(qū)海綿規(guī)劃水安全指標(biāo)可行性評(píng)估研究

馬天麟，王景蕓，馮家錦，劉 鋆

(1.湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430068；2.湖北工業(yè)大學(xué)海綿城市工程研究院，湖北 武漢 430068)

1 引言

武漢市城建委發(fā)布《武漢市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》(武城建[2018]1號(hào))，促進(jìn)了海綿城市工作的開展，國家政策鼓勵(lì)海綿城市加速發(fā)展，落實(shí)到區(qū)(縣)，而武漢市各區(qū)按照規(guī)劃引領(lǐng)、統(tǒng)籌聯(lián)動(dòng)、有序建設(shè)、因地制宜的基本原則，按照《武漢市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》的要求，完成各區(qū)海綿城市建設(shè)規(guī)劃編制工作，建立資源項(xiàng)目庫[1～4]。

本文的研究區(qū)域?yàn)槲錆h市江夏區(qū)金鞭港匯水分區(qū)，匯水面積為8.04 km2(圖1)。

圖1 現(xiàn)狀下墊面解析圖

由圖1可知，現(xiàn)狀下墊面分為3個(gè)部分，透水區(qū)域、不透水區(qū)域和水域，其中紅色版塊部分為不透水區(qū)域，所占比例為21.59%，綠色版塊部分為透水區(qū)域，所占比例為67.75%，藍(lán)色區(qū)域?yàn)樗颍急壤秊?0.66%。由圖1可對(duì)研究區(qū)的調(diào)蓄能力有較為基礎(chǔ)的評(píng)估。

2 海綿城市水安全指標(biāo)評(píng)估主要體系

根據(jù)出臺(tái)的技術(shù)指南和建設(shè)考核指標(biāo)，海綿城市的成果考核主要分為四大要素，即水生態(tài)、水安全、水資源、水環(huán)境。雨水管網(wǎng)過載能力標(biāo)準(zhǔn)、防洪防澇能力標(biāo)準(zhǔn)這兩項(xiàng)指標(biāo)是構(gòu)成水安全指標(biāo)的重要部分，要實(shí)現(xiàn)具體的目標(biāo)值是來源于《武漢市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》。本文通過分析和軟件模擬對(duì)水安全指標(biāo)的可行性進(jìn)行系統(tǒng)的研究和評(píng)估。根據(jù)國家政策和海綿成果考核，水安全指標(biāo)是具有約束性和強(qiáng)制性的，具體指標(biāo)要求如表1所示。

表1 水安全指標(biāo)考核具體目標(biāo)

3 以InfoWorks ICM模型模擬分析

InfoWorks ICM軟件可以構(gòu)建5個(gè)子模型，分別為降雨模型、產(chǎn)流模型、匯流模型、一維管道流模型。通過軟件構(gòu)建，各個(gè)子模型獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算，分塊進(jìn)行專項(xiàng)模擬，再通過整理將5個(gè)子模型進(jìn)行耦合，最后完成成果的輸出。對(duì)海綿規(guī)劃中水安全指標(biāo)進(jìn)行綜合性評(píng)估，對(duì)水安全指標(biāo)考核具體目標(biāo)的可行性進(jìn)行佐證。

(1)模擬不同重現(xiàn)期下的管道過載能力。運(yùn)用ICM軟件對(duì)一年一遇、兩年一遇、五年一遇、十年一遇、二十年一遇這5種重現(xiàn)期的降雨事件進(jìn)行模擬[5]。根據(jù)軟件結(jié)果的輸出可知管道的超載狀態(tài)。在一年一遇的降雨事件中管道無超載情況，在兩年一遇降雨事件中只有小部分管道有超載的情況，超載管道僅占7.68%，在五年一遇和十年一遇的降雨事件中均有超過20段管道超載的情況，超載管道所占比例分別為24.21%和36.27%，而在二十年一遇的降雨事件中，超載管道有高達(dá)40段，超載管道所占比例接近半數(shù)。

(2)模擬不同重現(xiàn)期下的防洪防澇能力。如上一部分所說，不再贅述。內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)分為3個(gè)部分，高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)分的界限分別為0.15 m和0.45 m。運(yùn)用ICM軟件建立5種重現(xiàn)期下的降雨事件并對(duì)研究區(qū)防洪防澇能力進(jìn)行軟件二維模擬，根據(jù)軟件結(jié)果的輸出可知不同條件下內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

使用模型對(duì)除20年以外4種重現(xiàn)期下的降雨進(jìn)行模擬，根據(jù)其結(jié)果可知不存在內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。通過對(duì)研究區(qū)進(jìn)行二維模擬，可知在二十年一遇的降雨事件中研究區(qū)內(nèi)雖然部分區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)處于高風(fēng)險(xiǎn)，但其余部分并無大面積積水情況。如圖2所示。

圖2 內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分布

根據(jù)圖2可知，研究區(qū)大部分內(nèi)澇區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低風(fēng)險(xiǎn)，所占面積比例為3.45%，而中風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積所占比例均不足1%，分別為0.22%和0.05%。

4 可行性評(píng)估

對(duì)水安全兩項(xiàng)約束性指標(biāo)進(jìn)行可行性評(píng)估。

(1)對(duì)管網(wǎng)過載能力進(jìn)行指標(biāo)評(píng)估。研究區(qū)有7.68%的管道超載，管道排水能力不足，無法達(dá)到兩年一遇的標(biāo)準(zhǔn)，未達(dá)到水安全指標(biāo)考核具體目標(biāo)。對(duì)管道排水能力不足進(jìn)行成因分析，其中超過一半是由于自身過流能力不足導(dǎo)致管道超載，而下游過流能力不足也是導(dǎo)致管道超載的重要原因。發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題是研究的3個(gè)階段，通過對(duì)現(xiàn)狀問題的分析，在往后的海綿改造的過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)狀分析結(jié)果，對(duì)管道過載能力不足的部分進(jìn)行有針對(duì)性的改造，達(dá)到管道過載能力考核標(biāo)準(zhǔn)，以此為解決城市的內(nèi)澇問題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)對(duì)防洪防澇能力進(jìn)行指標(biāo)評(píng)估。根據(jù)《武漢市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》，研究區(qū)的防洪防澇能力能力評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為20年，對(duì)模擬結(jié)果中積水深度大于0.15m的數(shù)據(jù)提取并整理。

通過數(shù)據(jù)的整理，研究區(qū)內(nèi)的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)處于中、高風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域大致可分為6個(gè)部分，從左至右，由上而下可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，通過對(duì)6大區(qū)域的積水情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。其中Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)部分積水點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)并未達(dá)到高風(fēng)險(xiǎn)，無需進(jìn)行專項(xiàng)措施治理(表2)。

表2 積水區(qū)域數(shù)據(jù)歸納

由數(shù)據(jù)歸納表2可知，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ4個(gè)積水區(qū)域的積水深度max和積水面積具體數(shù)據(jù)，以此證明這4個(gè)積水區(qū)域的存在較高風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)澇情況。根據(jù)現(xiàn)狀情況，可通過設(shè)置雨水調(diào)蓄池的來增大積水區(qū)域的調(diào)蓄能力，以此對(duì)地面徑流進(jìn)行治理，進(jìn)一步減輕內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語

本文分析了金鞭港匯水分區(qū)的管道過載和防洪防澇能力這兩項(xiàng)指標(biāo)，通過搭建InfoWorks雨洪水模型，對(duì)水安全兩項(xiàng)約束性指標(biāo)可行性評(píng)估，并提供了未達(dá)成指標(biāo)的初步改造方法。

(1)管網(wǎng)過載能力指標(biāo)可行性評(píng)估。未達(dá)到在兩年及以上的考核目標(biāo)。在兩年一遇的降雨事件中有小部分管道超載，超載管道占7.68%，其中超過一半是由于自身過流能力不足導(dǎo)致管道超載，而下游過流能力不足也是導(dǎo)致管道超載的重要原因。根據(jù)現(xiàn)狀分析結(jié)果，對(duì)管道過載能力不足的部分進(jìn)行有針對(duì)性的改造，達(dá)到管道過載能力考核標(biāo)準(zhǔn)。

(2)防洪防澇能力指標(biāo)可行性評(píng)估。未達(dá)到20年的考核目標(biāo)。在其他降雨事件中，經(jīng)過模擬結(jié)果可知不存在內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。在20年的降雨事件中，通過對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，可知研究區(qū)內(nèi)的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)處于中、高風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域大致可分為6個(gè)部分，其中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ這4個(gè)積水區(qū)域存在較高風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)澇情況。根據(jù)現(xiàn)狀情況，可通過設(shè)置雨水調(diào)蓄池的來增大積水區(qū)域的調(diào)蓄能力，對(duì)較高風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)澇區(qū)域進(jìn)行改造，達(dá)到防洪防澇能力考核標(biāo)準(zhǔn)。