何建軍

(深圳市市政設(shè)計研究院有限公司， 廣東 深圳 518031)

水力模型在老城區(qū)內(nèi)澇整治設(shè)計中的應(yīng)用

何建軍

(深圳市市政設(shè)計研究院有限公司， 廣東 深圳 518031)

以合肥市安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)內(nèi)澇點改造設(shè)計為例，在分析主要積澇成因基礎(chǔ)上，提出將排水系統(tǒng)按高、低排區(qū)劃分，通過水力模型的建立，在遭遇外河常洪水位等條件下分別進行評估分析，根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化工程設(shè)計，以最小的改造代價將片區(qū)排水標準提高至重現(xiàn)期P=5年一遇。

城市內(nèi)澇；模型軟件；工程設(shè)計

合肥市市政基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)過多年建設(shè)，目前已較完善，但汛期高強度的暴雨造成的局部內(nèi)澇現(xiàn)象每年仍有發(fā)生。2013年7月30日，城區(qū)局部地區(qū)普降大暴雨，降雨集中在蜀山區(qū)和廬陽區(qū)。由于降雨時間短、強度大，并伴隨雷電、大風(fēng)等強對流天氣，造成安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)(簡稱，安農(nóng)大)在內(nèi)的多個老城區(qū)出現(xiàn)內(nèi)澇[1]。

安農(nóng)大片區(qū)屬于南淝河中游南岸，由于歷史原因，排水標準低(P=1～1.5)，隨著大學(xué)生公寓等一系列工程項目的實施，已經(jīng)成為建設(shè)密集區(qū)，汛期常受內(nèi)澇困擾，周邊居民和學(xué)生深受影響。因此本文以該片區(qū)為例，通過排水模型軟件分析不同水位影響下片區(qū)主要積澇成因，并提出合理的改造設(shè)計。

1 研究目標及校核標準

本次研究目標是力求局部管涵段設(shè)計改造后，雨水管涵設(shè)計重現(xiàn)期達到大城市中心城區(qū)P=5年一遇排水標準，排水模型中校核標準為P=5年一遇標準下，城市道路不應(yīng)有明顯積水[2]。

2 研究方法

3 區(qū)域排水概況

安農(nóng)大片區(qū)排水系統(tǒng)為老系統(tǒng)，整個匯水面積約3.7 km2，匯集后的雨水經(jīng)安農(nóng)大校內(nèi)部3.2 m×2.5 m箱涵(部分路段為3.6 m×2.2 m箱涵)直接排入南淝河(吳淞高程系下，南淝河百年水位15.66 m，常水位10.20～10.40 m)，詳見圖1。

由于箱涵過流能力小，加之安農(nóng)大內(nèi)局部地面有低點(最低處標高14.50 m)，暴雨及南淝河高水位時排水不及，雨水由低洼處外溢，產(chǎn)生積澇。

為解決安農(nóng)大內(nèi)澇問題，在上一輪內(nèi)澇治理中，將霍山路以北穿越安農(nóng)大的3.6 m×2.2 m雨水箱涵和d 1500雨水管改線，沿霍山路新建1道4 m×2.5m雨水箱涵，收集老箱涵和管道的雨水后排至肥西路，再沿肥西路排至南淝河，低洼區(qū)已新建雨水泵站，接入d 1500雨水管道，詳見圖2。

因肥西路-霍山路外圍地勢(標高約21 m)比原安農(nóng)大地勢(標高16 m左右)要高，原合肥市排水規(guī)劃將安農(nóng)大片區(qū)規(guī)劃為低排區(qū)，規(guī)劃排澇泵站規(guī)模為8 m3/s，因經(jīng)濟原因，該排澇泵站一直未建；規(guī)劃霍山路-肥西路外圍片區(qū)為高排區(qū)。

盡管4 m×2.5 m雨水箱涵已隨肥西路實施，但新老箱涵依舊連通，暴雨時，整個收水范圍內(nèi)雨水仍只通過原安農(nóng)大內(nèi)3.6 m×2.2 m～3.2 m×2.5 m雨水老箱涵，而肥西路上新建雨水箱涵收集不到雨水，因此安農(nóng)大存在內(nèi)澇風(fēng)險。

4 解決方案

由于霍山路以北、肥西路以東片區(qū)地勢較低，標高在南淝河百年洪水位附近，按照低排區(qū)(匯水面積約S=0.35 km2)考慮，詳見圖3。即農(nóng)大內(nèi)老箱涵和管道通過設(shè)置2道混凝土封堵墻，讓霍山路以南上游高排水接入肥西路新建4 m×2.5 m箱涵，將高水撇開，這樣整個大匯水片區(qū)劃為高排區(qū)和低排區(qū)。詳見圖4。再分別對高排區(qū)雨水系統(tǒng)和低排區(qū)雨水系統(tǒng)進行模型軟件分析。

5 排水系統(tǒng)模型構(gòu)建

首先對安農(nóng)大片區(qū)管網(wǎng)進行物探普查、地面數(shù)字高程測量等，在 Infoworks CS 軟件中導(dǎo)入這些相關(guān)數(shù)據(jù)，插加 GIS 等輔助信息，通過拓撲結(jié)構(gòu)分析和檢查后，搭建安農(nóng)大片區(qū)可視化的排水管網(wǎng)模型。

雨型直接采用《合肥市城市排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃》[4]中相關(guān)資料，為芝加哥雨型。本次模型中采用5年一遇暴雨對模型區(qū)域進行模擬與分析。

根據(jù)安農(nóng)大排水系統(tǒng)情況，水力模型中將系統(tǒng)劃分為41個集水區(qū)，進行徑流模擬，詳見圖5。模型對系統(tǒng)進行合理的簡化和概化，管網(wǎng)模型共包含62個節(jié)點和54根管段。

張翼等從青島海水和武漢南湖水中篩選分離出11株小球藻和1株膠網(wǎng)藻[12]，黃秋婷等從吉林工學(xué)院荷花池中篩選分離出4株柵藻和1株小球藻[13]。本研究從華南理工大學(xué)校內(nèi)東湖中篩選分離到6株綠藻，18S rDNA鑒定結(jié)合采樣點篩選分離結(jié)果表明這6株微藻分別屬于小球藻屬與株柵藻，其中 DH1、DH6和DH3分別篩自采樣點1表層水樣和底層水養(yǎng)，DH4和DH2、DH5分別篩自采樣點2表層和底層水養(yǎng)，不同取樣點的篩選結(jié)果差異可能與不同藻株的生長習(xí)性有關(guān)。

為分析安農(nóng)大學(xué)生公寓附近排水系統(tǒng)能力，模型中建立了一個方案，即為新箱涵建成后，將老箱涵封堵，上游來水全部由新箱涵排除，老箱涵只承擔(dān)附近區(qū)域排水。

6 排水系統(tǒng)模型分析

6.1 工況1：南淝河常水位——P=5模型分析

五年一遇模型中，其中有長547 m左右的3.0 m×1.7 m箱涵以及長270 m左右的DN 300-400雨水管道為有壓運行，根據(jù)圖6新箱涵干管水力斷面圖可知，該段帶壓運行管涵水力線超出現(xiàn)狀地面線，會積水，需改造設(shè)計，改造箱涵尺寸為3 m×3 m，管道為DN600-800后，能滿足要求；而安農(nóng)大內(nèi)3.6 m×2.2 m老箱涵只承擔(dān)該低排區(qū)雨水，排水情況較好，無需改造設(shè)計，詳見圖7。

6.2 工況2：南淝河洪水位——P=5模型分析

因工況1已對部分老箱涵按新尺寸改造設(shè)計，當(dāng)南淝河洪水位時，通過軟件分析，高排區(qū)排水也基本滿足P=5年標準，但低排區(qū)受到南淝河洪水頂托，需考慮在低排區(qū)老箱涵入南淝河口設(shè)置排澇閘泵，設(shè)計采用擬定排澇泵規(guī)模，再通過軟件分析是否有內(nèi)澇出現(xiàn)，通過多次設(shè)定分析，最終采用泵站規(guī)模為Q=4.0 m3/s。

區(qū)域低點標高在15.3 m左右，根據(jù)該片區(qū)S=0.35 km2，安農(nóng)大片區(qū)按照P=5年一遇重現(xiàn)期計算暴雨為Q=8.0 m3/s，核算過3.6 m×2.3 m雨水老箱涵實際水力坡度為0.2‰?？刂频孛嬉韵?.5 m為安全水力線，推算當(dāng)南淝河水位為14.35 m時，需關(guān)閘啟泵，

泵站選址地面標高15 m，老箱涵出水口底標高9.0 m，泵站啟泵水位為10.5 m(1臺泵)；10.8 m(2臺泵)；11.1 m(3臺泵)；泵站停泵水位為9.0 m；泵站報警水位14.65 m。

利用泵的啟泵水位與安全水力線之間老箱涵空間進行調(diào)蓄，詳見圖8和圖9。通過模型計算分析，在南淝河洪水位時，能保證遭遇五年一遇暴雨區(qū)域內(nèi)未有明顯積水，調(diào)蓄后泵站規(guī)模4.0 m3/s，比原規(guī)劃8.0 m3/s規(guī)模減小一半。

7 結(jié)論

(1) 利用Infoworks CS計算機模型軟件，對霍山路以南高排區(qū)通過模型軟件按P=5復(fù)核，有內(nèi)澇積水，利用模型分析找出過流能力不足管涵，通過擴建改造后，能達到P=5的排水標準。

(2) 根據(jù)模型計算結(jié)果，在安農(nóng)大內(nèi)老箱涵出水口增設(shè)4.0 m3/s排澇泵站，并充分利用老箱涵調(diào)蓄容積，能解除霍山路以北低洼片區(qū)在重現(xiàn)期P=5年一遇且遭遇南淝河洪水位頂托時產(chǎn)生內(nèi)澇的風(fēng)險。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)城市排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃編制大綱的通知[R/OL].(2013-06-18)[2015-01-11].http：//www.mohurd.gor.cn/zcfg/jsbwj-O/jsbwjcsjs/201306/t20130627_214142.html.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.關(guān)于印發(fā)《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部城鄉(xiāng)建設(shè)司2014年工作要點》的通知[R/OL].(2014-02-11)[2015-01-11].http：//www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_O/jsbwjcsjs/2014/t2014_217084.html.

[3] 王澤陽,吳連豐.濱海城市排水防澇對策研究-以廈門市營平片區(qū)為例[J].給水排水,2015,41(3):26-30.

[4] 上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院.合肥市城市排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃(2013-2020)[R].合肥：2013.12.

Application of hydraulic model in waterlogging remediation of old city

He Jianjun

(Shenzhen Municipal Design & Research Institute Co.,Ltd., Shenzhen 518031, China)

In this paper, we took the waterlogging transformation of Anhui Agricultural University in Hefei as an example, to demonstrate how the hydraulic model was used. In this application, the main flooding cause was identified, and the drainage system of the university was divided into high and low-level drainage base areas, then we built the hydraulic model to evaluate the drainage capacity under normal level and flood level of the outer river respectively. Based on the simulation result, the engineering design for the waterlogging remediation could be optimized, and the flood recurrence interval could be extended to 5 years with the minimum cost.

urban waterlogging; modeling software; engineering design

2015-04-22； 2015-05-12修回

何建軍, 男， 1983年生，工程師，研究方向：市政給排水工程設(shè)計。E-mail：531585390@qq.com

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