劉云帆，周琪皓，楊新宇

(中規(guī)院規(guī)劃設(shè)計公司，北京 100044)

歷史街區(qū)所呈現(xiàn)的是街區(qū)內(nèi)所有的事物及其環(huán)境，隨著時間變換疊加出的具有某一時代鮮明特色的縮影。歷史街區(qū)既是一種藝術(shù)，也是一種見證，反映某種地域文化、風(fēng)俗習(xí)慣及生活方式，具有獨特的歷史價值。當(dāng)前，如何延續(xù)古城文化，維持其生命力，并打上我們這個時代的烙印，實現(xiàn)以人為本的動態(tài)街區(qū)保護，是對這個時代提出的課題。隨著居民對生活環(huán)境要求的提升，歷史街區(qū)內(nèi)的市政設(shè)施短板逐漸凸顯，城市水文循環(huán)失衡，內(nèi)澇頻現(xiàn)，臭水橫流，電路老化，線網(wǎng)雜亂，人與城的矛盾日益加劇。市政基礎(chǔ)設(shè)施的更新與建設(shè)成為實現(xiàn)歷史街區(qū)的動態(tài)保護最迫切的一環(huán)。

在舊城歷史街區(qū)內(nèi)進行市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與改造，需要綜合考慮多方面因素。歷史街區(qū)的特殊性，老城道路條件的局限性，以及文保建筑對地基擾動的高敏感性，都對市政管線的敷設(shè)方式、管線間距、施工工藝等提出了更高要求。要在歷史街區(qū)的狹窄街巷中實現(xiàn)給水、污水、雨水、電力、通信、燃氣六種管線的優(yōu)化排布，盡可能實現(xiàn)全部市政管線入地敷設(shè)，解決雨水管線的優(yōu)化設(shè)計是核心。既要滿足城市排水防澇的要求，符合當(dāng)前古城發(fā)展的規(guī)劃；又要盡可能優(yōu)化雨水管線路，合理設(shè)計管線規(guī)模及埋深，優(yōu)化管位空間。

我國應(yīng)用InfoWorks ICM模型的案例較多，如蘇州、棗莊、上海、廈門鼓浪嶼等地的水安全評估或排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計，有諸多優(yōu)勢。InfoWorks ICM模型將城市排水管網(wǎng)及河道的一維水力模型與城市流域二維洪澇淹沒模型結(jié)合在一起，更為真實地模擬地下排水管網(wǎng)系統(tǒng)與地表收納水體之間的相互作用，系統(tǒng)而完整地模擬城市雨水循環(huán)過程，對城市區(qū)域內(nèi)澇模擬效果較佳，尤其可應(yīng)用于歷史街區(qū)或有特殊條件限制的道路。本文中的東南某市是國家“雙修”試點城市之一，規(guī)劃片區(qū)又為國家首批的30個歷史文化街區(qū)之一。因此，重振古城功能活力、重鑄古城文化意向、重構(gòu)古城基礎(chǔ)設(shè)施，對于人、城都是亟需的。

本文以東南某市的古城區(qū)為例，結(jié)合其獨特的歷史文化背景和城市發(fā)展規(guī)劃，剖析其現(xiàn)狀水安全問題，運用InfoWorks ICM模型軟件對片區(qū)雨水管線規(guī)劃方案進行模擬，對比不同方案的內(nèi)澇風(fēng)險降低能力，結(jié)合多因子的層次分析，最終為古城雨水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化提出可行性設(shè)計，以期為該市的“雙修”規(guī)劃中的雨水工程提出適應(yīng)性技術(shù)，并為其他歷史街區(qū)的雨水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化提供經(jīng)驗、范本。

1 規(guī)劃背景

東南某市處于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候地區(qū)，其氣候特點為：年平均氣溫在19.5～21℃之間，全年無霜期長，沿海地區(qū)基本無霜。年降雨量1000～1800mm，自東南部向西北部遞增。干、濕季分明，3—9月降水量占全年總降水量的80%，且降水量年際間變化大，少雨年份降水量不及多雨年份降水量的一半。

該市歷史悠久，保有較多具有東南地區(qū)城市文化特色的古城古建筑，現(xiàn)保留古城區(qū)面積約6km2。古城區(qū)自唐代起即存有一些內(nèi)溝河，其原本的排水系統(tǒng)保存比較完善，結(jié)構(gòu)較為完整，錯綜復(fù)雜形如蛛網(wǎng)。但隨著時代的變遷，在現(xiàn)代城市的建設(shè)過程中，一些原有的內(nèi)溝河被填埋或被改為暗溝，原始的排水系統(tǒng)被破壞，失去其完整性，導(dǎo)致污水排放不暢，造成城市內(nèi)澇、水質(zhì)惡化和河道淤積。

本文規(guī)劃涉及的建元路片區(qū)位于古城歷史風(fēng)貌區(qū)的核心區(qū)，該片區(qū)總匯水面積約73hm2，片區(qū)內(nèi)存在寺廟等大量歷史文化保護單位。經(jīng)過調(diào)查，其現(xiàn)狀積水點基本分布于古塘路、零號路、打西巷、丹霞路、益民路等地，上述積水點產(chǎn)生原因除了原有雨水管網(wǎng)設(shè)計標準較低而管道溝渠規(guī)格較小以外，還有當(dāng)?shù)氐匦胃叩推鸱^大，其地勢較低處容易產(chǎn)生積水，以及片區(qū)排水下游處水位較高，降雨強度較大時水量過大不能及時排放從而產(chǎn)生回灌現(xiàn)象。

2 雨水排放現(xiàn)有問題

根據(jù)對規(guī)劃片區(qū)內(nèi)及建元路片區(qū)目前排水系統(tǒng)的設(shè)計情況、當(dāng)?shù)馗叱?、排放口水位等多個因素進行的綜合研究，分析可得該區(qū)域的雨水排放目前主要存在下述三個問題。

2.1 下游水位較高

片區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的雨水排放系統(tǒng)設(shè)計將雨水排至該規(guī)劃片區(qū)下游的草寮街的雨污合流管渠。但是該處水位較高，雖然排向草寮街益民路路段的排水管徑并不小，但與草寮街的排水管渠在豎向不能合理銜接，導(dǎo)致在交匯處排水不通暢，從而容易產(chǎn)生溢流積水的問題。

2.2 設(shè)計標準較低

建元路片區(qū)的雨水排放系統(tǒng)采取的是雨污合流的排放方式，如圖1所示，匯水流域78 hm2，匯水面積大。由于片區(qū)內(nèi)現(xiàn)存排水管渠系統(tǒng)建設(shè)時期較早，設(shè)計時仍采用建國后設(shè)定的排澇標準。而早期標準更加適用于干燥寒冷的北方地區(qū)，其標準重現(xiàn)期僅為0.3年一遇，不能適應(yīng)我國東南地區(qū)城市的排澇需求，也不能滿足現(xiàn)有GB 50014—2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》中對于暴雨強度重現(xiàn)期規(guī)定應(yīng)取2～5年的要求。另外，在一方面現(xiàn)存排水用的道路邊溝規(guī)格較小，且老城區(qū)的街巷往往較為狹窄、空間較為局促而匯水面積較大，另一方面，隨著我國城市的發(fā)展，原有雨水排放路徑、老城區(qū)的道路邊溝等在城市建設(shè)中遭到不同程度的阻斷，因此現(xiàn)有的低設(shè)計標準下建設(shè)的雨水排放系統(tǒng)已無法滿足排水需求。且邊溝的設(shè)置形式隨著地形起伏，其低洼地帶容易產(chǎn)生積水。片區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀積水點主要分布于未進行改造的路段及其下游區(qū)域。

2.3 局部地勢低洼

根據(jù)對于該片區(qū)的高程分析，該片區(qū)總體而言地勢高低起伏較大，呈現(xiàn)北高南低的趨勢。建元路以南的街巷總體地勢較低，如圖2所示，而其中元光南路、水仙大街等街巷局部高程最低，形成區(qū)域洼地，本片區(qū)大多采取街巷邊溝排水的形式，其排水邊溝隨著地勢起伏，因此地勢低處排水條件差。對益民路、打西巷兩條排水路徑的地形縱斷面進行分析，分析結(jié)果如圖3—4所示，圖中可見，兩條主要排水路徑中均存在若干處地勢低洼區(qū)域，雨水容易在此聚積，且可以看到益民路雖然總體排水條件較好，其下游段地勢也過于平緩，水力條件依然不佳，而當(dāng)以丹霞路-打西巷路段管線為匯流主通道時，受西溪北岸現(xiàn)狀建筑的空間分布影響，管線的管徑和埋深都受到限制，不能采用過大埋深，較難大規(guī)模改造。

圖1 建元路東段管網(wǎng)現(xiàn)狀

圖2 建元路東段片區(qū)高程分析圖

圖3 丹霞路-打西巷地形縱斷面圖(單位：m)

圖4 益民路地形縱斷面圖(單位：m)

3 方案概述

針對片區(qū)排水系統(tǒng)現(xiàn)存問題進行規(guī)劃設(shè)計，由于規(guī)劃片區(qū)東側(cè)悅港路的排水管道設(shè)計重現(xiàn)期不足1年一遇，故不考慮向悅港路分流進一步加大其排水負荷。根據(jù)目前建元路路段排水管渠的排水條件，初步提出兩個方案：方案一是保持原有徑流路徑，沿原有路徑對排水管渠進行擴大或新建；方案二是以建元路-騰飛路-元江路做徑流分流減小原有排水路徑的排水壓力，如圖5所示。以下對2個方案的優(yōu)勢及劣勢進行詳細分析。

圖5 古城排水改造的兩個規(guī)劃方案

3.1 方案1

方案簡述：保留古城片區(qū)原有的排水路徑，不采用分流或人為改變雨水匯流通道，具體為保留騰飛路、丹霞路、打西巷、益民路等徑流排放雨水管渠，保留建元路現(xiàn)狀排水邊溝。此外，沿益民路南段、新華東路、打西巷和丹霞路新建排水方涵。方案設(shè)計詳細情況如圖6所示。

圖6 方案1管網(wǎng)規(guī)劃圖

方案優(yōu)勢：元江路路段可以保持原狀不進行改造，相對來說建元路雨水管徑較小，從而更易于施工。

方案劣勢：草寮街的水位限制了打西巷與益民路路段管道溝渠的排出口高程。工程所需改造的管道溝渠所處路段大多位于歷史文化保護街區(qū)范圍內(nèi)，若改造則需拓寬打西巷，受建筑保護影響，改造難度較大。

3.2 方案2

方案簡述：高地勢的雨水排向高處，具體為將建元路收集的雨水引流至騰飛路、元江路，改造后降低了建元路以南街巷的排水壓力。同時實行多點分流的措施，保留建元路的邊溝雨水排放系統(tǒng)，并新建向騰飛路、丹霞路、益民路等進行雨水分流的管道溝渠，保證雨水排出暢通。規(guī)劃方案設(shè)計重現(xiàn)期為2年一遇，于建元路、騰飛路新建雨水管道，并接入于元江路的新建管道，最后排至下游的草寮街。詳細規(guī)劃方案及管道規(guī)格如圖7所示。

圖7 方案2(建元路-元江路分流)管網(wǎng)規(guī)劃

方案優(yōu)勢：該方案可以最大程度降低建元路南部片區(qū)的排水壓力，減小地區(qū)的內(nèi)澇風(fēng)險，增加歷史街區(qū)各專業(yè)管線的入地空間。方案提出的需改造管道所處路段基本為較寬主干道路，改造難度相對較低。

方案劣勢：不能設(shè)置過大的管道坡度，使建元路及元江路需要采用的管徑較大，產(chǎn)生較高支護費用。

4 方案建模

為了進一步量化對比上述兩個方案，本文根據(jù)規(guī)劃片區(qū)降水現(xiàn)狀用Info Works ICM軟件對降雨過程進行建模分析，建?；谝?guī)劃片區(qū)所在地30年一遇24h降雨數(shù)據(jù)，如圖8所示，以及該市的新編暴雨強度公式。

該市新編暴雨強度公式：

式中，q—降雨強度；t—降雨歷時；P—重現(xiàn)期。

接著分別對原始管網(wǎng)、方案一管網(wǎng)改造結(jié)果、方案二管網(wǎng)改造結(jié)果建立管網(wǎng)模型。管網(wǎng)建模結(jié)果如圖9所示。管網(wǎng)建模完成后，從管網(wǎng)雨水排放能力、局部淹沒情況、洪澇風(fēng)險應(yīng)對能力等若干方面對兩個方案進行評估。

4.1 管網(wǎng)雨水排放能力

原始管網(wǎng)系統(tǒng)的道路邊溝雨水管渠等在片區(qū)收集的雨水主要沿丹霞路、打西巷向南排放，部分在益民路下游產(chǎn)生積水。建模分析結(jié)果證明積水點主要存在于古塘路、丹霞路、打西巷、新華東路等街巷路段，除益民路建模結(jié)果顯示積水深度較淺外，其余積水點積水深度均與現(xiàn)狀情況相符。如圖10—11所示。

圖8 30年一遇24h降雨過程線

圖9 管網(wǎng)改造情況圖

圖10 現(xiàn)狀模擬排水路徑分析

圖11 30年一遇24h降雨積水分析

對比原始管網(wǎng)、方案1及方案2的管網(wǎng)的設(shè)計重現(xiàn)期來評估管網(wǎng)的雨水排放能力，對比情況如圖12所示?？梢钥闯觯c原始管網(wǎng)相比，方案1與方案2的管網(wǎng)改造方式均能大幅提高規(guī)劃區(qū)段管網(wǎng)雨水排放能力，但是方案2對管網(wǎng)的排水能力提升效果更加明顯，新建管渠的設(shè)計重現(xiàn)期可達10年一遇及以上，在雨水排放能力上具有明顯優(yōu)勢。

4.2 管網(wǎng)淹沒分析

接著在不同的降雨條件下對原始管網(wǎng)、方案1及方案2改造管網(wǎng)進行淹沒分析：當(dāng)設(shè)計降雨強度為2年一遇2h降雨時，降水為小雨，規(guī)劃片區(qū)內(nèi)方案1和方案2的改造方式均無局部淹水情況，具體分析結(jié)果如圖13所示。

在30年一遇降雨24h的降雨條件下，規(guī)劃片區(qū)內(nèi)方案1和方案2的改造方式仍能解決大部分內(nèi)澇問題，但丹霞路局部地勢較低處仍有積水，如圖14所示。

4.3 管網(wǎng)洪澇風(fēng)險

接著依據(jù)積水深度以及積水時間對洪澇風(fēng)險進行評價： 洪澇風(fēng)險分級依據(jù)見表1，建模評估結(jié)果如圖15所示。相比之下，方案2洪澇風(fēng)險更小，基本不產(chǎn)生積水，或積水深度小于0.15m，在洪澇風(fēng)險方面，相較而言方案2改造效果更優(yōu)。

4.4 內(nèi)澇點積水情況

綜合考慮規(guī)劃區(qū)內(nèi)各自然因素對降水排放過程的影響，結(jié)合已知資料，總結(jié)出片區(qū)內(nèi)內(nèi)澇問題的內(nèi)澇點，如位于打西巷、益民路、古塘路的內(nèi)澇點。并對上述內(nèi)澇點進行水位過程線模擬比對，各內(nèi)澇點積水情況及地面高程情況如圖16所示?？梢钥闯?，方案1與方案2均能對內(nèi)澇點的積水問題有所改善，對于打西巷的內(nèi)澇點，方案1與方案2的積水情況相近，而對于益民路和古塘路的內(nèi)澇點，顯而易見，方案2比方案1的效果更突出，能解決大部分內(nèi)澇問題，且產(chǎn)生的徑流峰值明顯低于方案1。綜合考慮，方案2的排澇效果更優(yōu)。

圖12 管網(wǎng)能力分析圖

圖13 2年一遇2h降雨淹沒分析圖

圖14 30年一遇24h降雨淹沒分析圖

表1 洪澇風(fēng)險分級一覽表

4.5 施工效果

結(jié)合近期項目經(jīng)驗分析，方案1改造后內(nèi)澇問題能基本得到解決，但末端管線埋深過深，容易對文保建筑基礎(chǔ)產(chǎn)生干擾。相比之下，方案2涉及到的改造路段更少，埋深也比較淺，更符合對歷史街區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的改造原則。而且從上述建模結(jié)果來看，以方案2改造后可分流歷史街區(qū)雨水流量，內(nèi)澇防治效果優(yōu)于方案1，但是方案2改造費用高。方案對比情況詳見表2。

圖15 洪澇風(fēng)險分析圖

圖16 內(nèi)澇點積水情況分析圖

最后，利用層次分析法(AHP)，以排澇效果、施工條件、建設(shè)成本為主要評價指標，由項目各利益相關(guān)方共同確定指標權(quán)重。帶入AHP模型后計算確定推薦方案。

表2 方案對比表

5 結(jié)論

本文針對我國西南地區(qū)某歷史街區(qū)的雨水管網(wǎng)改造項目，分析了現(xiàn)有雨水排放系統(tǒng)存在的問題，并對兩個方案的優(yōu)勢及劣勢進行分析?；谝?guī)劃地降雨過程數(shù)據(jù)、暴雨強度公式及地區(qū)高程分布等要素，分別對不同降雨條件下提出改造方案的地區(qū)積水深度、積水時間及內(nèi)澇風(fēng)險進行了評估，同時，根據(jù)已知內(nèi)澇點進行了降雨水位過程線模擬比對，得出量化結(jié)果即方案2的排水效果更好，內(nèi)澇問題能得到更徹底解決。結(jié)合AHP等多因子決策模型，進一步量化分析各方案在排澇效果、對歷史街區(qū)建筑基礎(chǔ)擾動程度、施工難度、工程費用等多指標的優(yōu)勢度，為綜合比選最優(yōu)方案提供可靠參考。