水力模型軟件在城市排水防澇規(guī)劃中的應(yīng)用

許丙未

摘 要：隨著城市快速發(fā)展，配套排水設(shè)施規(guī)劃滯后，導致部分區(qū)域雨天排水不暢，甚至積水嚴重。通過水力模型軟件模擬不同降雨情景，對城市現(xiàn)狀排水設(shè)施進行評估，依據(jù)評估結(jié)果可以在排水防澇規(guī)劃中更加有效地針對相關(guān)問題提出解決辦法。

關(guān)鍵詞：InfoWorks ICM；排水防澇

1 城市排水防澇規(guī)劃規(guī)劃思路及方法

（1）進行排水系統(tǒng)分區(qū)，合理規(guī)劃排水防澇分區(qū)服務(wù)范圍及澇水行泄通道；（2）根據(jù)內(nèi)澇風險評估結(jié)果，確定重點研究區(qū)域；（3）利用模型軟件，在相應(yīng)工況下對規(guī)劃管網(wǎng)模擬，評估排水管網(wǎng)規(guī)劃方案實施后，主要積水區(qū)域分布及積水淹沒情況；（4）根據(jù)評估分析的結(jié)果，對城市平面及豎向加以控制，優(yōu)先考慮從匯水源頭降低城市內(nèi)澇發(fā)生的可能性；（5）根據(jù)模擬得出的積水區(qū)域及積水量，在防澇分區(qū)內(nèi)規(guī)劃雨水行泄通道與雨水調(diào)蓄設(shè)施；（6）整合集成規(guī)劃防澇方案，利用模型驗證規(guī)劃方案的實施效果。

2 ICM模型簡介

InfoWorks ICM采用分布式模型模擬降雨-徑流，基于詳細的子集水區(qū)空間劃分和不同產(chǎn)流特性的表面組成進行徑流計算。降雨-徑流由三個模型部分組成：初始損失、產(chǎn)流和匯流。[1]。InfoWorks ICM集成世界廣泛應(yīng)用的多種模型選項，可滿足不同地區(qū)用戶的需要。

3 評估方法及相關(guān)參數(shù)確定

3.1 評估方法

基于ICM模型，借助于GIS技術(shù)，建立地形模型、降雨模型、排水模型和地面特征模型，模擬內(nèi)澇在發(fā)生的情景。根據(jù)積水深度及積水時間開展內(nèi)澇風險評估，基于情景模擬內(nèi)澇風險評估法能直觀的、高精度地反映一定概率的致災(zāi)因子導致的災(zāi)害事件的影響范圍與程度，能高精度地反映災(zāi)害風險的空間分布特征[2]。

采用不同重現(xiàn)期（0.25，0.5，1，2，3，5年）芝加哥降雨雨型，雨峰位置為r=0.4[3]；

評價指標為管道充滿度A模擬值，即

A=[S-DH]

式中，A—為管渠充滿度；S—為水位高程（米）；D—為管渠底高程（米）；H—為管渠高度（米）。

評估標準：當A大于1時即超過管道排水設(shè)計能力；當A不大于1時即滿足管道排水設(shè)計能力。

3.2 參數(shù)確定

設(shè)計降雨：5年、30年、50年一遇2小時降雨。徑流系數(shù)分別采用0.6、0.65、0.70。出口邊界條件：泵站強排系統(tǒng)按照泵站實際能力設(shè)定；自排系統(tǒng)設(shè)置河道水位邊界條件。暴雨強度公式依據(jù)保定市氣象局提供的《河北省主要城市城區(qū)暴雨強度公式技術(shù)報告》。

4 計算結(jié)果分析

4.1 大于15cm積水時間（交通影響時間）情況分析

（1）P=5

保定市中心區(qū)積水深度大于15cm的時間低于30min的區(qū)域有48.8ha、積水時間在30min～120min的區(qū)域有62.1ha、積水時間大于120min的區(qū)域有214.3ha。

（2）P=30

保定市中心區(qū)積水深度大于15cm的時間低于30min的區(qū)域有120.3ha、積水時間在30min～120min的區(qū)域有297.7ha、積水時間大于120min的區(qū)域有1224.23ha。

（3）P=50

保定市中心區(qū)積水深度大于15cm的時間低于30min的區(qū)域有233.62ha、積水時間在30min～120min的區(qū)域有521.9ha、積水時間大于120min的區(qū)域有2262.26ha。

4.2 大于30cm積水時間（居民財產(chǎn)影響時間）情況分析

（1）P=5

保定市中心區(qū)積水深度大于27cm的時間低于30min的區(qū)域有17.73ha、積水時間在30min～120min的區(qū)域有40.2ha、積水時間大于120min的區(qū)域有129.69ha。

（2）P=30

保定市中心區(qū)積水深度大于27cm的時間低于30min的區(qū)域有52.61ha、積水時間在30min～120min的區(qū)域有153.0ha、積水時間大于120min的區(qū)域有643.49ha。

（3）P=50

保定市中心區(qū)積水深度大于27cm的時間低于30min的區(qū)域有75.66ha、積水時間在30min～120min的區(qū)域有226.8ha、積水時間大于120min的區(qū)域有1301.50ha。

4.3 地勢及排水設(shè)施分析

利用ArcGIS的分析工具，可以對保定市中心區(qū)地勢進行分析，從地形分析可以看出，雖然保定市中心區(qū)整體地形比較平緩，但是仍存在大量局部低洼區(qū)，這些局部低洼區(qū)可能成為內(nèi)澇風險區(qū)。

雖然保定市中心區(qū)管道及泵站能力均不達標，但相比管道，泵站能力更低，因此，規(guī)劃對發(fā)生30年一遇降雨情況下，有無泵站兩種情景進行模擬，以分析泵站能力限制對于內(nèi)澇積水的貢獻。根據(jù)模擬結(jié)果，如果泵站能力與管道能力匹配，積水程度得到很大緩解，內(nèi)澇風險區(qū)面積可下降80%。因此在不改造管線的情況下，提高泵站能力就可以大幅度緩解積水。

5 結(jié)語

5.1 低重現(xiàn)期和高重現(xiàn)期降雨均有較大影響

通過結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)：無論是發(fā)生5年一遇降雨，還是發(fā)生30年一遇、50年一遇降雨時，可能影響交通（低、中風險區(qū)）的區(qū)域面積很大，進入房屋（高風險區(qū)）情況也大量存在。

5.2 積水呈現(xiàn)深度大、時間長、但流速不快

通過結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)：20年一遇和50年一遇時，積水深度增大，影響交通和可能侵泡車輛的范圍大且時間較長，退水較慢，但基本不發(fā)生影響行人和車輛穩(wěn)定性的情況。內(nèi)澇災(zāi)害主要反映在內(nèi)澇積水無法排除導致浸泡，人員和車輛被沖走可能性較低。

5.3 設(shè)施存在瓶頸

根據(jù)管道和泵站評估結(jié)果，保定市中心區(qū)管道及泵站能力普遍不足0.25年一遇，完全無法應(yīng)對30年一遇降雨。通過模型分析可以發(fā)現(xiàn)，當發(fā)生30年一遇降雨時，約有88.2%的管段發(fā)生溢流，即使提高泵站能力使其與管線能力一致，也仍有75.1%的管線發(fā)生溢流，因此排水能力不足是導致內(nèi)澇的重要原因。

參考文獻：

[1] 譚瓊.排水系統(tǒng)模型在城市雨水水量管理中的應(yīng)用研究[D].同濟大學，2007.

[2] 高婷，張發(fā).基于Infoworks ICM模型的排水系統(tǒng)能力分析[J].三峽大學學報（自然科學版），2018（3）：15～18.

[3] 戴有學，王振華，戴臨棟，曹巧蓮，王通.芝加哥雨型法在短歷時暴雨雨型設(shè)計中的應(yīng)用[J].干旱氣象，2017（6）：1061～1069.