武漢長江主軸右岸大道示范段海綿城市分析

尹祖超，鄭立平，丁永富，彭圣華，李 亮

(長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010)

1 項目概況

為貫徹習近平總書記提出的長江經濟帶發展必須堅持生態優先、綠色發展的戰略定位，武漢提出規劃優化長江主軸[1]的建議，構建交通、生態、景觀、文化為一體的武漢中軸,引領和推動武漢大都市提升發展。以“貫通、串通、連通”的原則高標準建設左、右岸大道，使其打造成長江主軸的交通主動脈。

長江主軸右岸大道示范段北起二七長江大橋，南至張之洞路段，依次下穿長江二橋、長江大橋，路線全長約11.4 km。沿線集中了江灘公園、武昌濱江商務區、沙湖公園、楚河漢街、東湖等城市亮點片區。本項目的建設對于優化路網結構、提升沿江環境品質、改善慢行交通都具有重要意義。

2 研究區域模型建立

2.1 匯水區域及管網概化

水文過程的模擬是在子匯水區域的基礎上進行的，子匯水區域是模型最小的水文響應單元。將子匯水區域分為透水區域和不透水區域，地表徑流可以通過透水區域并下滲，但在不透水區域無法下滲。依據下墊面分類布局圖和道路雨水管網平面布置圖，對研究區域進行子匯水區域劃分，將路表徑流匯流分配到相應的排水管網節點(本模型中以檢查井和雨水篦子為節點)，使管網的入流量分配盡可能符合實際情況。如圖1所示，研究區域內概化匯水區域共劃分為62個子匯水區域，匯水面積約0.48 km2，雨水管道按照道路管線設計資料，按照實際布設情況概化，雨水徑流經管網收集后入現狀徐家棚泵站(出水口U1)抽排或自排出江。

2.2 降雨條件設計

在水文氣象中，降雨特性可以用降雨強度、降雨歷時和降雨重現期表征。數學模型中用到的設計暴雨資料包括設計暴雨量和設計暴雨過程。

當0≤t≤ta時：

(1)

當tb≤t≤T時：

(2)

式中，A、b、n為暴雨雨強計算公式中地方參數，采用漢口暴雨強度公式：A=5.299(1+1.58lgP)，b=6.37、n=0.604；r為雨峰系數，本文取0.5；ia、ib分別為峰前雨強和峰后雨強，mm/min；ta、tb分別為峰前降雨歷時和峰后降雨歷時，min；T為總降雨歷時min，采用T=60 min；P為降雨重現期，a,根據城市道路雨水管道流量計算采用重現期，P=3 a。利用芝加哥暴雨強度模型公式分別推求設計降雨過程曲線，降雨時間序列間隔為1 min，如圖1所示。

圖1 設計降雨過程曲線(P=3 a)

3 計算結果及分析

采用SWMM軟件[2]模擬研究區域道路改造前后的產匯流過程及雨洪狀況。結合道路雨水徑流控制目標，從出水口流量削減、路面積水節點情況及管網流量過程線等方面分析海綿設計雨水控制效果。

3.1 出水口流量削減情況

如圖2所示，研究區域在模擬降雨條件(P=3 a)下的總進流量歷時曲線與降雨強度過程曲線響應，特別是在降雨峰前歷時階段，進流量與降雨強度變化趨勢相近，總進流量峰值出現時間(32 min)也與降雨峰值對應時間(30 min)接近。相比于總進流量，海綿化設計前后出水口流量均出現不同程度的降低，主要表現為出口流量增加速率放緩，流量峰值削減，流量峰值出現時間延遲。對比分析海綿化設計前后出口流量變化曲線，可以發現對研究區域進行海綿化設計后出水口排水量(即流量曲線對時間的積分)減小18.55%；峰值流量由1.166 m3/s降低為1.064 m3/s,峰值削減約8.74%，峰值出現時間均為38 min左右。

圖2 研究區域海綿化設計前后出口流量變化曲線

3.2 路面節點水深情況

對研究區域的雨水中的31個主要節點的水深情況進行統計，可以發現對于同一節點，海綿化設計前后路面節點平均水深和最大水深變化較小，變化幅度在0～2 cm；最大水深發生時間基本接近。這說明研究區域海綿設計對道路區域節點水深的影響基本可以忽略，這可能是由于研究區域存在排水不利點，管道設計標準局部提高至P=5 a，使得設計降雨條件下節點水深均較小。

3.3 雨水管網流量過程線變化情況

如圖3所示，由降雨歷時為35 min(此時管內流量最大)時雨水管道內水位剖面線圖可以看出，相比于海綿設計前，海綿化后管道內的水位線均出現略微下降，且均未達到滿流狀態。

圖3 海綿化設計前后雨水管網中水位剖面線圖(35 min時)

為定量分析比較不同海綿設計下雨水管網內部的流量和流速變化情況，選取靠近出水口的管段C31,繪制該管段的流量和流速隨時間變化曲線，如圖4～5所示，可以看出，海綿設計后管網內部流量和流速在峰現時間之前流速基本無變化，但在峰現時間之后流速出現明顯的降低。這主要是由于海綿設施(透水鋪裝、下沉式綠地)的滯蓄效能引起的。

圖4 海綿化設計前后雨水管網流速變化曲線

圖5 海綿化設計前后雨水管網流量變化曲線

總的來說，結合本工程案例的特點，海綿設計前后研究區域硬化路面中透水地面面積比約為0.11，這使得海綿設計后區域出水口流量、路面節點水深以及管道流量變化均不夠明顯。這也說明要提高低影響開發設施的雨水徑流控制效果，提高透水面積比例至關重要。

4 結 語

基于海綿城市理念對武漢長江主軸右岸大道示范段排水設計進行了分析，并用軟件進行了模擬。計算結果表明，要提高低影響開發設施的雨水徑流控制效果，提高透水面積比例至關重要，分析結果可為相關類似工程提供參考。

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