排水防澇模型在南京市沿江機排地區的應用

張超 唐博雅 薛祥山 趙軒 喻良

摘 要：利用城市排水管網模擬系統，構建南京市建鄴河西地區城市一維、二維排水模型，通過對城市排水現狀的模擬評估，找出城市排水設施的缺陷和不足之處，提出相應的規劃和建設方案，通過模型的驗證計算，評估并優化改進排水防澇規劃方案，提高最終方案的科學性和合理性，為城市排水防澇規劃和海綿城市規劃編制工作提供可靠的技術支持。

關鍵詞：排水防澇模型 南京市建鄴河西地區 模擬評估 排水防澇 海綿城市 Infoworks ICM

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（a）-0063-02

排水防澇水力模型作為模擬評估城市排水管網和內澇風險的模型工具，能夠獲得雨水徑流的流速、積水范圍、淹沒時間和淹沒深度等信息，綜合評估城市內澇風險并進行規劃方案的制定。在城市排水建模中，應用較廣泛的模型有InfoWorks ICM，該模型軟件可支持一維管網與二維地表的動態耦合模擬計算，可靈活實現多情景建模方案的對比，從而支持城市排水防澇規劃和海綿城市規劃的編制工作。

1 排水防澇模型研究背景和意義

1.1 研究背景

Infoworks ICM模型，即城市綜合流域排水模型，在《城市排水防澇設施普查數據采集與管理技術導則》[1]基礎上，完成現狀排水管網工作狀態的分析、排水系統改擴建規模的分析等工作。

1.2 研究意義

南京市建鄴河西地區是南京市的中心城區，是國家東部地區的金融服務中心。該地區屬長江沿江地區，受地形和長江水位影響，城區防澇工作在雨季須機泵強排實施，防澇形勢十分嚴峻。因此通過合理的雨水管網模擬模型的建立及應用，可有效地校核和修正雨水管網的規劃方案，具有良好的社會效益和工程價值。

2 排水防澇模型的構建

2.1 建模基礎數據

本次建模過程及相關基礎參數的選取，參考陳小龍等提出的排水模型軟件及其在城市排水防澇規劃中的應用[2]，此次南京建鄴區排水模型數據包括以下資料：排水系統、道路規劃、下墊面、地形圖、降雨數據等資料。

2.2 模型建立

模型中構建的建鄴區排水區面積約50km2，東、南緊鄰外秦淮河和秦淮新河，西臨長江，北止漢中門大街。

計算得出1、3、5、50年一遇情況下的2h時長的短歷時降雨過程線。同時計算得出長歷時（24h）雨型，并且雨峰位置為18h處。

2.3 模型參數率定

模型邊界值與參數的設定需要進行率定，以保證其取值的合理性。故采用實際降雨數據（2017年6月10日，由南京市氣象局提供）進行模擬校核。

將模擬得到的積水點位置與觀察統計得到的實際積 水點位置進行對比分析。通過對比得出：⑴本模型模擬計 算與實際情況匹配程度較高，模擬結果可信；⑵原始管網 數據可能在收集統計過程中可能出現錯誤，需要進行校 核、更正。

3 規劃內澇風險評估

3.1 規劃管網排水能力評估

根據管網的雨水規劃，建立規劃情景下水力模擬模型。采取的降雨為1、3、5年一遇條件下的短歷時降雨（2h），并且河道水位設置為6m（此數據來源于《南京市海綿城市專項規劃（2016-2030）》）。模型結果如圖1所示。

3.2 規劃情景內澇情況分析

在50年一遇長歷時降雨條件下，降雨雨峰在18h，模擬規劃區內澇風險。該情景下，雨峰來臨前，下墊面的下滲及填洼趨于飽和，模擬結果將最大程度地反映最不利條件下內澇結果。

通過泵站控制內河水位，并按照《南京市建鄴區海綿城市專項規劃（2016-2030）》設置海綿設施控制徑流量，最終使得積水面積對比現狀模擬積水面積減少75.1%，水位-海綿綜合控制對于緩解內澇起到極大的作用。

3.3 內澇防治措施建設分析

針對模型結果中較大的11處內澇積水點進行成因分析，積水成因主要為個別地區超出管網設計標準以及地勢低洼造成。據此提出內澇積水點的整治方案，主要表現為：如果內澇點附近有河湖水體或者公園綠地，增加雨水排口，則將積水就近引入，并對公園綠地進行改造；如果距離較遠，則修建行泄通道將積水引入河湖水體；對地勢低洼的路段，新建小型排澇泵站，加強積水強排能力。

4 結論與建議

4.1 結論

（1）規劃管網存在22.83%的管道的排水能力無法達到5年一遇設計要求，故針對超負荷管道管徑增加200mm或400mm，調整管道坡度等。

（2）修改后的規劃方案存在11處較大積水點；需要布設一些LID模塊或相應的調蓄池等工程措施來保證該區域達到五十年一遇的暴雨校核標準。

4.2 建議

在本次規劃模擬中，區域水系都設為完全滿足其防澇條件，即排水口排水通暢。但如遇小流域防洪形勢嚴峻情況下，內河水位漲幅明顯，則對城市排水帶來很大影響，因此建議應聯合水利部門對河道水系的防澇標準進一步研究論證。

參考文獻

[1] 邵堯明，邵丹娜.城市暴雨積水過程的計算方法[J].中國給水排水，2008，24（6）：53-55.

[2] 陳吉寧，張悅.城市排水防澇設施普查數據采集與管理技術導則[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[3] 陳小龍，趙冬泉，盛政，等.DigitalWater在城市排水防澇規劃中的應用[J].中國給水排水，2015，31（24）：105-108.