基于InfoWorks ICM的武漢市漢口主城區排水能力評估

陳翠珍 蔣佳鑫 李敏

（武漢市水務科學研究院，湖北 武漢 430014）

基于InfoWorks ICM的武漢市漢口主城區排水能力評估

陳翠珍 蔣佳鑫 李敏

（武漢市水務科學研究院，湖北 武漢 430014）

針對武漢市漢口主城區既有管網現狀建設年代久遠、部分管線無管理維護等問題，本文采用英國的InfoWorks ICM對武漢市漢口中心區的既有管網進行現狀評估，找出既有管線問題所在，為后續的管網改造和管理方案提供依據。

排水能力評估；管網改造；InfoWorks ICM

1 概述

武漢市漢口主城區位于長江北岸，涵蓋江岸、江漢、硚口三個行政區。由于管道隱蔽性、建設年代久遠、有些存在無人管理維護等一些問題，這些因素造成了既有管網現狀情況十分復雜。針對上述問題，本文采用英國的InfoworksICM 對漢口中心城區的既有管網進行現狀評估，找出既有管線問題所在，為后續的管網改造和管理方案提供依據。

2 現狀管網模型的構建

英國Wallingford公司的InfoWorks ICM綜合排水模型軟件集淺層排水管網、河道于一體，可以構建城市暴雨內澇一維、二維排水水力模型進行綜合排水模擬。該軟件可以較好的處理地形數據并能靈活的對水閘、泵站等構筑物在模型中設置調度方案，較真實的反應城市排水情形。因此，采用該軟件作為區域現狀管網模型搭建的平臺。

2.1 模型的建立

收集漢口中心城區雨水管網、排水港渠、泵站、調蓄湖泊等承擔雨水排放功能的排水設施數據后，將這些資料轉化成ICM可識別的數據格式，并導入到軟件中。然后通過拓撲結構檢查及現場核實，保證數據的準確性及系統的連通性。最終生成區域現狀排水系統模型如圖1所示。

圖1 武漢市漢口中心城區管網模型

2.2 產匯流模型

降落在城市地表的降雨經截留、地面填洼、滲透、直接地面徑流，得到進入雨水口的地面徑流。徑流進入雨水管道同基流會合，流過地下管網系統、輔助設施、溢流口等，最終進入受納水體。InfoWorks ICM采用分布式模型模擬降雨-徑流，基于詳細的子集水區空間劃分和不同產流特性的表面組成進行徑流計算。

根據武漢市漢口中心城區1：2000地形圖，按透水性能將區域下墊面主要分為屋面、道路、綠地、水面和其他五大類。非透水性路面產流模型選用固定徑流模型，透水性路面選用Horton模型［1］。漢口中心城區下墊面現狀及對應各類下墊面的產流模型初始參數的設定見表1。區域地表徑流模擬采用SWMM非線性水庫模型［2～3］，由連續方程和曼寧方程聯立求解。

表1 下墊面數據統計表

2.3 設計降雨

漢口地區黃孝河系統、常青系統自南向北收集流域內雨水，通過黃孝河、機場河等港渠轉輸進入末端，最終進入府河。地表匯流時間、管渠及港渠轉輸流行時間不超過3小時，因此，利用《武漢市排水防澇系統規劃設計標準》確定的短歷時（180min）暴雨強度公式進行模型模擬計算。

式中：q—設計暴雨強度［L/（s.hm2）］；P—重現期（a）；t—降雨歷時（min）；

短歷時暴雨的暴雨雨型以暴雨強度公式和雨峰系數表示，武漢市雨峰系數采用：P≥10年時，取值為0.5；5≤P＜10年時，取值為0.45；P＜5年，取值為0.40。根據暴雨公式和雨峰系數成果，采用芝加哥雨型作為各重現期下3小時的暴雨雨型。

模型建立完成后，利用區域內歷史和實測數據對模型進行校核與驗證。在模型計算值與實測值基本吻合后，用于對區域現狀排水系統能力進行評估。

3 模擬結果

3.1 靜態數據的分析

通過排水管網模型的建立實現了市政排水管網的完全數字化，為排水管網的資產管理、日常養護和水力建模項目提取了良好基礎。經統計，區域內數據庫錄入管網總長度為1282.7km，港渠總長度為30.5km。

由于合流水長期腐蝕、地質結構變化和施工手段落后等因素，排水管道將產生結構上的缺陷，如管道上下游連接錯位、重力流管道逆坡布置、大管徑管道連接入小管徑管道、管道無下游出口、污水管網直排港渠排放口等。管網系統中這些缺陷的存在，既影響了管網過流能力，同時污水直排水體造成環境污染，是管網日常維護管理中改造的重點。通過基礎數據分析，漢口區域內現狀存在管段錯位共77處，逆坡40處、大管接小管151處，無下游出口6處，直排口69處。管網基礎數據統計問題分布如圖2所示。

圖2 管網基礎數據統計問題分布圖

3.2 管網排水能力的評估

依據《室外排水設計規范（ 2014 年版） 》（ GB50014—2006） 中規定，雨水和合流管按滿管流設計。模型動態模擬了1 年一遇、3 年一遇、5 年一遇的設計暴雨下的管道水力狀態，分析得出漢口中心城區的管渠排水能力的整體狀況如表1。

表1 設計降雨條件下管涵達標統計表

3.3 港渠及排澇泵站排水能力的評估

漢口片區重要的港渠有機場河、黃孝河、建設渠等，作為整個排水系統的下游排澇通道，港渠過流能力及河口排澇泵站規模直接決定整個系統的排水排澇標準。根據住建部2014頒布的《室外排水設計規范（GB50014-2006），武漢市作為特大城市，中心城區需有效應對不低于 50 年一遇的暴雨。本文利用模型重點評估機場河明渠及明渠末端常青泵站應對50 年一遇設計降雨的能力。

根據模擬結果，機場河過流能力可以滿足50年一遇降雨時排澇要求。50年一遇機場河出口最大洪峰流量為161.4m3/s，現狀常青排水泵站一期53.6m3/s，二期135m3/s，總計188.6m3/s，因此常青排水泵站可以滿足50年一遇排澇標準。

4 評估分析結論

通過對漢口中心城區現狀排水系統建立水力模型進行評估，得出如下結論：

4.1 漢口中心城區現狀排水由于建設年代久遠，管網中存在較多的結構性缺陷，區域共有管段錯位共77處，逆坡40處、大管接小管151處，無下游出口6處，直排口69處。

4.2 區域排水管網建設標準偏低，僅69%長度現狀管渠能滿足P=1設計降雨重現期，29.9%管渠達到P=3，14.5%管渠達到P=5，7%管渠達到P=10。

4.3 區域現狀主要港渠及排澇泵站—機場河明渠及常青泵站能滿足排澇標準的要求。

［1］王小軍，張強，易小兵，等.灌區渠系特征與灌溉水利用系數的Horton 分維［J］.地理研究，2014，33（4） ：790-800.

［2］徐宗學.水文模型［M］.北京： 科學出版社，2009.

［3］張連強.截流式分流制城鎮排水系統的形式及設計研究［D］.重慶： 重慶大學， 2013.

U453.6

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1003-5168（2015）11-124-02