基于水動(dòng)力模型東莞黃江鎮(zhèn)內(nèi)澇現(xiàn)狀及治理效果分析

李 燦，李 培，宋加平

（廣東中灝勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司,廣東 肇慶 526060）

1 引言

內(nèi)澇災(zāi)害是制約城市發(fā)展建設(shè)常見的自然災(zāi)害,內(nèi)澇對(duì)城市居民安全出行帶來較為嚴(yán)重的威脅。影響城市內(nèi)澇的原因眾多,準(zhǔn)確分析內(nèi)澇原因,選取適宜的措施是緩解內(nèi)澇災(zāi)害的主要方法[1-3]。在城市內(nèi)澇災(zāi)害研究中,較為常用的方法為水動(dòng)力模型法。水動(dòng)力模型法主要通過收集城市管網(wǎng)數(shù)據(jù),結(jié)合地形、降水等情況,模擬分析降水匯集、消散的過程,水動(dòng)力模型建立較為簡(jiǎn)單,計(jì)算速度快、結(jié)果準(zhǔn)確,在城市內(nèi)澇分析、研究中有較多成功應(yīng)用的實(shí)例[4-8]。

2 水動(dòng)力模型建立

在水動(dòng)力模型計(jì)算中,管網(wǎng)采用一維模型,地面采用二維模型。采用MIKEFLOOD模塊進(jìn)行研究,使用該模塊可將一維管網(wǎng)、二維地面進(jìn)行耦合分析。

在水動(dòng)力模型建立過程中,一維、二維通過城市排水系統(tǒng)中的檢查井、排水口、泵等進(jìn)行連接。

圖1 黃江鎮(zhèn)聚富路內(nèi)澇耦合模型示意圖

水動(dòng)力模型計(jì)算參數(shù)對(duì)城市內(nèi)澇分析的準(zhǔn)確性影響較大。水動(dòng)力計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 水動(dòng)力模型中的參數(shù)設(shè)置表

基礎(chǔ)資料來源為東莞市黃江鎮(zhèn)排水管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)。將普查數(shù)據(jù)導(dǎo)入MIKEURBAN后,對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行梳理簡(jiǎn)化,之后建立黃江鎮(zhèn)易澇點(diǎn)的水動(dòng)力計(jì)算模型。根據(jù)普查數(shù)據(jù),檢查井標(biāo)高在9.18 m～32.5 m之間。

圖2 黃江聚富路研究區(qū)域現(xiàn)狀管網(wǎng)模型圖

根據(jù)建立的水動(dòng)力計(jì)算模型。計(jì)算范圍總面積為62 hm2,共包括3 個(gè)排口、516 個(gè)檢查井、527 根圓管、,圓管總長(zhǎng)約為10.3 km。

表2 黃江聚富路管網(wǎng)匯流模塊統(tǒng)計(jì)表

3 黃江聚富路易澇點(diǎn)現(xiàn)狀

根據(jù)5年一遇降雨工況,計(jì)算現(xiàn)狀條件下黃江鎮(zhèn)聚富路的內(nèi)澇情況。根據(jù)水動(dòng)力模型計(jì)算獲取的積水深度、積水時(shí)間等內(nèi)澇參數(shù),分析黃江鎮(zhèn)聚富路的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,在5 年一遇降水工況下,研究區(qū)范圍內(nèi)最大積水深度為0.8 m,積水面積超過0.98 km2。

現(xiàn)狀條件下,黃江鎮(zhèn)聚富路內(nèi)澇點(diǎn)5年一遇工況最大積水深度見圖3。

圖3 黃江聚富路現(xiàn)狀最大積水深度圖

根據(jù)水動(dòng)力模型計(jì)算成果,結(jié)合內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)現(xiàn)狀條件下聚富路的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。

黃江鎮(zhèn)聚富路易澇點(diǎn)附近,內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積分別為：0.1892 km2、0.3443 km2、0.1130 km2,其中,中、高風(fēng)險(xiǎn)面積占比約為82.5%。

5 年一遇工況下,黃江鎮(zhèn)聚富路內(nèi)澇中、高風(fēng)險(xiǎn)面積大,對(duì)周邊人群安全影響大,需采取排澇治理措施進(jìn)行處理,緩解內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 黃江聚富路現(xiàn)狀5年一遇設(shè)計(jì)降雨工況下內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖

黃江聚富路易澇點(diǎn)位于板湖路與聚富路交叉口處。根據(jù)現(xiàn)狀條件下黃江鎮(zhèn)聚富路易澇點(diǎn)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)模擬結(jié)果可以得知,在交叉路口處積水深度大、時(shí)間長(zhǎng),具有較大的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn),且內(nèi)澇消散時(shí)間久,危害性較大。根據(jù)水動(dòng)力模型分析結(jié)果可知,造成這一現(xiàn)象的主要原因是板湖河水位過高,產(chǎn)生頂托和倒灌,雨水疏排難度大。

降雨期間板湖河較高,當(dāng)水位為9.58 m時(shí),河水從排口倒灌進(jìn)管網(wǎng),并從下游檢查井中溢出,在地表產(chǎn)生徑流。由于河水頂托作用嚴(yán)重,對(duì)上游管網(wǎng)排水能力產(chǎn)生影響。

4 治理方案效果分析

4.1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析可知,排澇難度大是造成聚富路內(nèi)澇災(zāi)害嚴(yán)重的主要原因。因此,考慮聚富路周邊水系、地形、交通等實(shí)際條件,以聚富路與板湖路交叉口處作為起點(diǎn),沿板湖路向南方向新建B×H=4 m×3 m箱涵（1#箱涵）約910 m,終點(diǎn)至板湖路與東進(jìn)路（S357）交叉口處；以板湖河與東進(jìn)路交叉口處作為起點(diǎn),沿東進(jìn)路向西方向新建B×H=7 m×4 m箱涵（2#箱涵）,起點(diǎn)與1#箱涵相接,終點(diǎn)與現(xiàn)狀板湖河過莞樟。

4.2 方案模型搭建

路（S357）渠箱連通,繼續(xù)西延伸,在富海大道與沿江一街路口匯入板湖河,箱涵尺寸為B×H=7 m×4 m（3#箱涵）。根據(jù)易澇點(diǎn)方案,在現(xiàn)狀管網(wǎng)模型的基礎(chǔ)上搭建方案模型,下圖中高亮管線即為新增的雨水管線。

圖5 方案模型新增管線示意圖

4.3 方案內(nèi)澇模擬結(jié)果評(píng)估

通過新建排水箱涵的方式,提高黃江聚富路易澇點(diǎn)片區(qū)的排水能力,建立治理后的水動(dòng)力計(jì)算模型分析該方案的治理效果。通過對(duì)比最大積水深度和積水時(shí)間參數(shù),分析治理后黃江聚富路易澇點(diǎn)的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

治理后的最大積水深度見圖6。根據(jù)水動(dòng)力計(jì)算成果可以得知,采取新建箱涵的處理措施后,片區(qū)積水可以迅速消散,平均最大積水深度約為0.12 m,與排澇治理前平均最大積水深度0.80 m相比顯著減少,積水面積也減少為0.80 km2。

圖6 聚富路方案最大積水深度圖

根據(jù)積水深度、時(shí)間結(jié)合內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分析治理后的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)情況。計(jì)算結(jié)果表明：內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積分別為：0.1164 km2、0.2730 km2、0.3965 km2,高風(fēng)險(xiǎn)面積減少0.0728 km2,中風(fēng)險(xiǎn)面積減少0.0713 km2。內(nèi)澇中、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積顯著降低,說明該治理方案在黃江聚富路易澇點(diǎn)治理工程中使用效果良好。

圖7 聚富路方案內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖

圖8 聚富路現(xiàn)狀、方案內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)情況對(duì)比圖

表3 5年一遇降雨條件下各工況易澇點(diǎn)內(nèi)澇情況匯總表

表4 5年一遇降雨條件下各工況易澇點(diǎn)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果匯總表

5 結(jié)論

通過模型模擬分析,現(xiàn)狀聚富路易澇點(diǎn)內(nèi)澇的主要原因是由于板湖河淤積堵塞嚴(yán)重,導(dǎo)致降雨期間板湖河水位上升嚴(yán)重,對(duì)聚富路與板湖路交口處的管網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生頂托和倒灌影響,河水甚至?xí)臋z查井溢出,最終匯集在路口處形成內(nèi)澇影響。利用模型模擬驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案,從易澇點(diǎn)處開始增設(shè)4 m×3 m、7 m×4 m的排水箱涵可以有效緩解易澇點(diǎn)內(nèi)澇災(zāi)害。