長興縣雨水排澇規劃模型現狀分析及改造建議

陳辰斌,林常春,周勝昔

(浙江省城鄉規劃設計研究院,浙江 杭州 310030)

近年來,全國范圍內各大城市極端降雨導致的內澇事件頻發, 對人民群眾的生命與財產安全產生了巨大的威脅。在浙江省,尤其是2013年第23號強臺風“菲特”更是對余姚等城市造成了巨大的經濟損失。根據2013年6月住建部的《關于印發城市排水(雨水)防澇綜合規劃編制大綱的通知》,各地紛紛開展了城市排水(雨水)防澇綜合規劃的編制工作。在編制大綱的要求下,此輪的規劃編制與傳統的雨水規劃編制相比,又有了更高的要求,需要使用模型軟件對城市的排水防澇能力進行動態分析和綜合評估。本文以筆者參與編制的浙江省長興縣《長興縣中心城區排水(雨水)防澇綜合規劃》為例,對在規劃編制中模型軟件的使用展開探討與分析。

1 建模軟件及方法

本次規劃編制過程中使用丹麥水資源及水環境研究所(DHI)公司的MIKE系列軟件,主要包含一維河網的MIKE11,城市管網模型MIKE URBAN；二維河口和地表水體的MIKE21等模塊。將城市的整體地形標高、管網情況、河道情況、降雨參數等數據綜合輸入模型后進行動態模擬,從而分析得出城市內澇發生時的實際積水位置、積水范圍、積水深度、積水時間等信息,然后對城市排水防澇能力進行綜合評估,并找出內澇高風險區塊。

由于規劃區域面積較大,整體建模的參數資料也很多,為了提高建模效率，縮短建模工作時間,在本次規劃的過程中,對于模型軟件的使用分為兩個層次。第一層次為大尺度的對城市整體的內澇情況進行粗分析,找出內澇風險較高的區域；第二層次為對內澇風險較高區域進行單獨小區塊的細化模型模擬,提高模型的精度使模型模擬情況更貼合實際,并根據現場實際情況調研,提出相應的改造建議。

1.1 大尺度整體模型的建立

長興縣中心城區現狀建成區總面積約47 km2,根據2015年4月最新的長興縣中心城區管網普查調查的管道資料,已建成雨水管渠主干管總長度約193.4 km,合4 115 m/km2。現狀雨水管渠服務面積約46.43 km2,基本做到了雨水管渠的全覆蓋。由于城市面積較大,管渠資料較多,需要對管道資料進行適當的概化,以減少第一層次大尺度模型建立時的工作量。將管渠資料中的檢查井數量概化至100～200 m一個,既可以反映出管道的大致走向、標高、坡度、管徑變化等信息,也可以將管渠資料導入的工作量減少至原先的三分之一左右。現狀地形資料采用長興縣中心城區1∶500地形圖,導入ArcGis后轉化為10 m×10 m網格大小的模型可使用的地形文件,可使模型在耦合模擬時的運算時間不至于太長,避免影響項目進度。降雨資料分為長歷時(24 h)降雨資料和短歷時(2 h)暴雨資料。長歷時降雨資料采用長興縣氣象站提供的1980以來的每年實測最大暴雨資料,根據排序篩選,選擇20年降雨重現期的實測24 h內每小時降雨量資料輸入模型。短歷時暴雨資料采用《浙江省各城市暴雨強度公式表》中湖州市長興縣暴雨強度公式,分別計算重現期為1年、2年、3年、5年的2 h暴雨降雨量,并采用芝加哥降雨雨型進行模擬,產生短歷時模擬暴雨2 h內降雨量資料作為邊界條件輸入模型[1]。下墊面參數由于并無ArcGis地形圖層資料,無法直接使用軟件計算每個集水區的徑流系數,故在中心城區每個行政區域內分別選擇典型區塊計算其綜合徑流系數,用來代表此行政區域整體的綜合徑流系數代入模型。由于沒有詳細的河道斷面形式以及動態水位等數據,此處模擬暫設置水位固定為20年重現期洪水水位[2]。

根據2 h短歷時暴雨模擬結果,統計得出長興縣中心城區雨水管渠的重現期分布情況見表1。

表1 管道重現期統計表

再根據模型模擬的長歷時24 h降雨情況,根據積水的深度及時間，積水區塊所處的位置，區塊用地性質，人口密集程度等各因素疊加排序后,劃分出幾塊存在高內澇風險的區域[3]。由于長興縣本身城市建設時對地面標高的控制較好,地面標高普遍高于河道常水位標高較多,所以雖然管道重現期小于1年的雨水管渠比例大于一半,但在長歷時模擬的結果看來存在長時間積水的區域仍然不是很多,整體的排水防澇能力較好。本次模擬只選出內澇風險相對較高的6處區域,分布情況見圖1及表2。

圖1 城市高風險區域位置分布圖

編號所屬街道所處位置片區面積/hm2用地性質人口密集程度①經濟開發區合溪新港路、長興大道區塊18.20居住用地中等②經濟開發區白溪大道、圣旨廟港之間區塊40.52工業用地中等③經濟開發區圖影大道、張王塘港區塊20.59居住、學校用地密集④回龍山新區花園路、畫溪大道之間區塊13.93居住用地中等⑤老城區縣前西街、紫金路區塊10.69居住用地密集⑥老城區太湖東路、金竹路之間區塊7.63居住、商業用地密集

接下來再分別對這幾個區塊進行第二層次的細化模型模擬分析。本文由于篇幅受限,暫選擇長興縣中心城區護城河范圍內的老城區區塊為例,其余區塊的分析方法也與此相同,暫不贅述。

1.2 小范圍詳細模型的建立

長興縣老城區區塊面積約為0.85 km2,四周被護城河環繞,為長興縣最核心區塊,人口密集,重要性高,且由于區塊被護城河環繞,邊界條件相對獨立,不易受周圍其他區塊的內澇影響,適合進行詳細模擬分析。詳細模型所需的管渠資料有別于大尺度模型的管渠資料,需重新導入模型。導入過程無需進行概化,應按照實際管網普查情況,依次將每個檢查井(約30～50 m間隔)的詳細標高等參數導入模型,真實地反映管渠的實際走向、標高、坡度、管徑變化等信息，以提高模型模擬的準確性。現狀地形資料采用長興縣中心城區1∶500地形圖老城區范圍內地形,導入ArcGis后轉化為5 m×5 m網格大小的模型可使用的地形文件,由于詳細模型的模擬范圍面積較大尺度模型要小很多,所以雖然提高了地形精度也不至于使耦合模擬時的運算時間太長。下墊面參數根據1∶500地形圖上的信息,分為房屋、硬化地面、道路、綠地、河流水體,分別框出邊界范圍并設定不同的徑流系數,通過軟件計算得出每個集水區準確的徑流系數,使得模擬結果更貼近實際。在之前建立大尺度整體模型時,根據選取的典型區塊計算得出老城區附近核心區塊的整體綜合徑流系數為0.7,根據本次詳細模型計算得出的每個集水區的面積及徑流系數值,反算得出老城區整體綜合徑流系數為0.67,與之前大尺度模型中估算的值相差不大。其他降雨參數、河道水位參數與大尺度模型模擬時保持一致。

2 模擬結果分析及建議改造方案

2.1 模擬結果分析

根據模擬結果以及現場調研情況,確認老城區范圍內在重現期5年一遇的短歷時暴雨情況下會短時出現150 mm以上積水的區域主要有4處,在重現期20年一遇的長歷時暴雨情況下會較長時間存在150 mm以上積水的區域主要有1處。詳細模擬結果見圖2、圖3,模擬結果分析見表3。

項目區域位置道園路長興縣機關幼兒園門口長春北路與東魚巷交叉口附近縣前中街與金陵中路交叉口東南側米行弄南側小區內積水時間/min80909075最大積水深度/m0.250.40.40.3積水面積/m21 8002 2756 1002 950內澇成因路面局部下凹0.2～0.4 m,且周邊地塊標高較高,暴雨時在路面局部形成較深積水路面標高大大低于周圍0.7～1.2 m,暴雨時易形成較深積水路面標高低于周圍兩條主干道標高0.3 m,導致暴雨時無法排盡的雨水斗匯流到此處低洼帶老小區內部標高低于外圍新建道路標高,且內部雨水管網不完善,易形成積水建議改造方案[4]將路面局部低洼處填平,并將路邊綠化帶做下沉式改造將道路西側綠化帶改造為下沉式綠化帶作為臨時調蓄,并結合遠期東側地塊改造適當抬高路面標高將人民中路與洲橋街交叉口的標高適當降低,使暴雨時雨水可通過路面行泄至區塊2處設置的下沉式綠化帶中遠期為規劃道路,改造時根據規劃道路標高抬高地面,并按照規劃計算鋪設相應管徑的雨水管道

2.2 改造方案效果評估

根據提出的改造方案及建議,將模型參數與資料調整后,再次運行后得出新的模擬結果見圖4、圖5,結果分析見表4。

表4 改造后模擬結果分析表

圖4 短歷時降雨模擬結果圖(改造后)

圖5 長歷時降雨模擬結果圖(改造后)

根據模擬結果可以分析得出,如能按建議的改造方法對存在積水風險的區域進行適當的改造,積水時間、深度以及積水面積都會相應的減少,暴雨時來不及排盡的雨水多被積蓄在設置的下沉式綠化帶內,使得道路上的積水深度大大減小,可滿足車輛通行的要求,減少對交通的影響。文中所述的推薦改造方案,僅是從規劃層面出發,對高風險內澇點提出的建議性改造措施,在實際的城市內澇點改造過程中,還應根據實際情況詳細分析改造措施的可行性,制定切實可行的工程實施方案,使改造后的排澇措施能更好地發揮作用,真正提高城市的應急排澇能力。

3 結 語

本文所述的模擬分析方法適用于規劃面積較大城市的排水(雨水)防澇綜合規劃的編制工作,將規劃的建模工作分為大尺度整體模型和小范圍詳細模型兩個層次,旨在提高整體建模工作效率,同時也保證模型的準確性,使得模擬結果能較好地貼合實際。文中所述的幾種改造措施僅為筆者在參與編制《長興縣中心城區排水(雨水)防澇綜合規劃》時,根據長興縣的情況思考的幾種推薦方案,并不一定具備普遍適用性,各地還是應結合地方實際,充分分析內澇形成原因,尋求符合自身實際條件的解決方案。此外,文中所述模型的準確性以及改造方案的有效性也有待后續的實踐來檢驗。