合肥市祁門路積澇成因分析及解決方案研究

鐘 敏

(合肥市規(guī)劃設計研究院，安徽 合肥 230041)

0 引 言

祁門路位于合肥市蜀山區(qū)，天鵝湖南岸，是連接蜀山區(qū)和包河區(qū)的一條主干道路。近十年來，祁門路內澇次數(shù)達十多次(，且積水深度最大達1 m，是合肥市積澇最為嚴重的區(qū)域之一，引起市民廣泛投訴，已成為重要的民生問題。

懷寧路下穿天鵝湖隧道工程2019年開工建設，2020年竣工通車，該工程起于南二環(huán)路，終于祁門路。該下穿湖底隧道整體縱坡較大，為“V”形坡，因終點處祁門路逢雨即澇，一旦祁門路內澇，雨水倒灌進入隧道，存在極大的安全隱患。為保障隧道汛期安全，對祁門路開展積澇整治十分必要。

1 祁門路積澇原因分析

(1)祁門路已建雙排雨水管道，以及管徑為d400～2 800×2 000的雨水管涵，如圖1所示。受建設時序、國家標準、經(jīng)濟投資等因素制約，現(xiàn)狀排水系統(tǒng)標準低、折點多、“瓶頸多”。

圖1 祁門路現(xiàn)狀雨水管道走向圖及匯水范圍圖

由圖1可以看出，天鵝湖以南、匡河路以東、習友路以北、潛山路以東區(qū)域的雨水均轉輸進入祁門路雨水管涵，最終排入十五里河，祁門路為區(qū)域雨水主排通道。

祁門路雨水管道過流評估詳見表1。

表1 祁門路雨水管道過流能力分析表

對祁門路既有雨水管道采用芝加哥雨型進行短歷時模擬評估。芝加哥雨型形式簡單、使用方便。根據(jù)統(tǒng)計確定的雨峰位置，結合暴雨強度公式，直接利用公式計算可得到降雨分配過程。

雨峰位置根據(jù)每場降雨峰值時刻與整個歷時的比值而統(tǒng)計確定。國內外大量資料統(tǒng)計顯示，短歷時降雨中單峰雨型是主要的，雨峰多數(shù)在前部和中部，而后部較少，均勻雨型也較少，各站的雨峰相對位置在0.35～0.45。

結合合肥市暴雨強度公式編制，采用董鋪水文站36年(1977—2012年)連續(xù)分鐘降雨數(shù)據(jù)，選取歷時60 min、120 min歷年最大降雨過程110場、145場，統(tǒng)計確定短歷時雨峰位置。統(tǒng)計結果顯示，短歷時雨型多以單峰雨為主，雨峰多數(shù)在前部和中部，而后部較少，均勻雨型和雙峰雨型較少。雨峰相對位置在0.16～0.58，綜合統(tǒng)計后確定合肥市短歷時雨型雨峰位置取0.4。

圖2 合肥市一年一遇120 min芝加哥雨型

采用重現(xiàn)期1年(1yr-2hr)對現(xiàn)狀管網(wǎng)的過流能力進行評估，如圖3所示。結果為：在降雨第26 min時，檢查井冒水，地面開始積水。

圖3 P=1a情況下主干管過流情況(1yr-2hr)

通過水力計算、暴雨短歷時模擬分析可以得出，祁門路雨水管道過流能力嚴重偏小，這是積澇的重要原因。

(2)長歷時連續(xù)降雨，致使下墊面飽和，徑流系數(shù)大大增加。

(3)超標準降雨，致使小排水系統(tǒng)(管涵)滿溢、大排水系統(tǒng)(調蓄)超負荷。

(4)受地形限制，無法構建區(qū)域性超標澇水行泄通道，局部 “盆地”必然成為“滯洪區(qū)”。

2 祁門路積澇整治方案設計

(1)新建管涵分流及提標，既有管涵與新建管涵聯(lián)通，協(xié)同除澇。在既有d 1 600至2 800×2 000管涵保留利用的情況下，路北新建一道d 2 000至d 2 800 至d 3 000至5 000×1 800管涵實現(xiàn)系統(tǒng)提標，如圖4所示，設計流量為16.2 m3/s，使區(qū)域雨水達到5年一遇標準。新建管涵全部采用頂管施工，設計頂管間距最大達300 m，以把對天鵝湖周邊景觀的影響降到最低。

圖4 積澇整治方案設計總圖

(2)全系統(tǒng)治理，以排為主，調蓄結合。從天鵝湖全匯水流域整體考慮，設計2處超標雨水溢流通道排入天鵝湖，利用天鵝湖湖面調蓄能力，增加抵抗積澇的能力，切實做到“需調可調”，完善湖區(qū)與下游管網(wǎng)的聯(lián)動控制能力。

(3)落實海綿城市理念，灰綠協(xié)同。增大下凹式綠地空間，錯峰調蓄；人行道改為透水型人行道，增大雨水下滲量，建設生態(tài)海綿。

3 重難點技術研究

3.1 大管徑雨水倒虹吸設計

潛山路與祁門路交口南北向有二道d 1 800原水管，與本次設計的d 2 800雨水管豎向高程沖突，目前國內倒虹吸工藝多用于污水管道，本次將大管徑雨水倒虹吸工藝運用在本項目之中，如圖5所示。

圖5 大管徑雨水倒虹吸方案設計

進水管管徑為d 2 800，坡度為0.19%，雨水管流量為16.3 m3/s，流速為2.64 m/s。本次采用2根直徑相同且平行敷設的管道作為倒虹管。則每根管道的流量為16.3/2=8.15 m3/s，查水力計算表，采用直徑為d 2 000、坡度為0.3%作為倒虹管管徑和坡度。每根倒虹管的流量Q=8.34 m3/s>8.15 m3/s，倒虹管流速V=2.65 m/s>2.64 m/s，滿足規(guī)范要求。

倒虹管長度為154.1 m。沿程水頭損失h0=i×L=0.003×154.1=0.462 m

局部水頭損失為h1=(1+0.5)V2/2g=1.5×2.65×2.65/2×9.8=0.537 m。

倒虹管內總水頭損失H=h0+h1=0.462+0.537=0.999 m。

進出水水面高差為H1=25.404-24.287=1.117 m。

經(jīng)計算，H1>H，說明采用2根d 2 000管道作為倒虹吸，滿足規(guī)范要求。

3.2 初期雨水污染防治設計

本次新建排口排入十五里河，十五里河為巢湖支流，水質標準要求高，因初期雨水沖刷瀝青油氈屋面、瀝青混凝土道路、建筑工地，并溶解了空氣中的大量酸性氣體、汽車尾氣、工廠廢氣等導致初期雨水含有大量的有機物、病原體、重金屬、油脂、懸浮固體等污染物質，通常超過了普通的城市污水的污染程度。故在新建排口處進行初期雨水截流，這對保護十五里河水質具有重大意義。

液動下開式堰門截流技術：在排水口檢查井中設置液動下開式堰門，通過油缸控制堰板上下運動，實現(xiàn)對溢流污染的控制。該工藝控制溢流水位精確，啟閉迅速。堰門全開時，過閘通道與流道完全匹配，行洪順暢。遇到停電時堰門可自動下降，保證排水安全。

3.2.1 截流井主要設備介紹

截流井由液動下開式堰門、液壓站、觸屏式控制系統(tǒng)、水質在線監(jiān)測、流量控制閘門、雨量計、高清探頭、液位傳感器等組成，如圖6所示。

圖6 截流井結構示意圖

液動下開式堰門：防止河水倒灌(河水水位>井內水位時，堰門上升)；向下開啟，不占用上部空間；斷電自動落下，不影響行洪，系統(tǒng)安全可靠。

流量控制閘門：防止污水倒灌，精確控制進入污水處理廠的污水流量。

超聲波液位計：測量井內液位、河水液位和污水井液位。

3.2.2 運行工況

考慮到下游污水管網(wǎng)的承受能力限制，故本次液動限流閘門、液動下開式堰門控制設計均由水位控制，液動下開式堰門平時堰門開啟高度為24.857 m，限流控制閥全開，旱季生活污水截流至十五里河沿河截污管并輸送到十五里河污水處理廠經(jīng)處理后排放；當井內水位或箱涵出口水位超過24.857 m時，限流控制閥關閉，液動下開式堰門全開，以保證行洪；當井內水位和箱涵出口水位同時低于24.857 m時，液動下開式堰門重新開啟至24.857 m，限流控制閥再次全開，將旱季生活污水截流至十五里河沿河截污管并輸送到十五里河污水處理廠經(jīng)處理后排放。

4 結束語

通過新建管涵提標、增大調蓄能力、根治初期雨水污染、落實生態(tài)海綿等一系列工程措施，工程竣工驗收后在經(jīng)歷2020年7月17日最大小時降雨量88 mm時，祁門路地面未積水，達到設計效果，可為城市內澇治理提供借鑒意義。