武漢某城區海綿規劃水安全指標可行性評估研究

馬天麟，王景蕓，馮家錦，劉 鋆

(1.湖北工業大學，湖北 武漢 430068；2.湖北工業大學海綿城市工程研究院，湖北 武漢 430068)

1 引言

武漢市城建委發布《武漢市海綿城市專項規劃》(武城建[2018]1號)，促進了海綿城市工作的開展，國家政策鼓勵海綿城市加速發展，落實到區(縣)，而武漢市各區按照規劃引領、統籌聯動、有序建設、因地制宜的基本原則，按照《武漢市海綿城市專項規劃》的要求，完成各區海綿城市建設規劃編制工作，建立資源項目庫[1～4]。

本文的研究區域為武漢市江夏區金鞭港匯水分區，匯水面積為8.04 km2(圖1)。

圖1 現狀下墊面解析圖

由圖1可知，現狀下墊面分為3個部分，透水區域、不透水區域和水域，其中紅色版塊部分為不透水區域，所占比例為21.59%，綠色版塊部分為透水區域，所占比例為67.75%，藍色區域為水域，所占比例為10.66%。由圖1可對研究區的調蓄能力有較為基礎的評估。

2 海綿城市水安全指標評估主要體系

根據出臺的技術指南和建設考核指標，海綿城市的成果考核主要分為四大要素，即水生態、水安全、水資源、水環境。雨水管網過載能力標準、防洪防澇能力標準這兩項指標是構成水安全指標的重要部分，要實現具體的目標值是來源于《武漢市海綿城市專項規劃》。本文通過分析和軟件模擬對水安全指標的可行性進行系統的研究和評估。根據國家政策和海綿成果考核，水安全指標是具有約束性和強制性的，具體指標要求如表1所示。

表1 水安全指標考核具體目標

3 以InfoWorks ICM模型模擬分析

InfoWorks ICM軟件可以構建5個子模型，分別為降雨模型、產流模型、匯流模型、一維管道流模型。通過軟件構建，各個子模型獨立進行計算，分塊進行專項模擬，再通過整理將5個子模型進行耦合，最后完成成果的輸出。對海綿規劃中水安全指標進行綜合性評估，對水安全指標考核具體目標的可行性進行佐證。

(1)模擬不同重現期下的管道過載能力。運用ICM軟件對一年一遇、兩年一遇、五年一遇、十年一遇、二十年一遇這5種重現期的降雨事件進行模擬[5]。根據軟件結果的輸出可知管道的超載狀態。在一年一遇的降雨事件中管道無超載情況，在兩年一遇降雨事件中只有小部分管道有超載的情況，超載管道僅占7.68%，在五年一遇和十年一遇的降雨事件中均有超過20段管道超載的情況，超載管道所占比例分別為24.21%和36.27%，而在二十年一遇的降雨事件中，超載管道有高達40段，超載管道所占比例接近半數。

(2)模擬不同重現期下的防洪防澇能力。如上一部分所說，不再贅述。內澇風險的等級分為3個部分，高風險、中風險和低風險，風險等級區分的界限分別為0.15 m和0.45 m。運用ICM軟件建立5種重現期下的降雨事件并對研究區防洪防澇能力進行軟件二維模擬，根據軟件結果的輸出可知不同條件下內澇風險等級。

使用模型對除20年以外4種重現期下的降雨進行模擬，根據其結果可知不存在內澇高風險區。通過對研究區進行二維模擬，可知在二十年一遇的降雨事件中研究區內雖然部分區域內澇風險等級處于高風險，但其余部分并無大面積積水情況。如圖2所示。

圖2 內澇風險分布

根據圖2可知，研究區大部分內澇區域的風險等級為低風險，所占面積比例為3.45%，而中風險和高風險區域面積所占比例均不足1%，分別為0.22%和0.05%。

4 可行性評估

對水安全兩項約束性指標進行可行性評估。

(1)對管網過載能力進行指標評估。研究區有7.68%的管道超載，管道排水能力不足，無法達到兩年一遇的標準，未達到水安全指標考核具體目標。對管道排水能力不足進行成因分析，其中超過一半是由于自身過流能力不足導致管道超載，而下游過流能力不足也是導致管道超載的重要原因。發現問題、分析問題、解決問題是研究的3個階段，通過對現狀問題的分析，在往后的海綿改造的過程中，應根據現狀分析結果，對管道過載能力不足的部分進行有針對性的改造，達到管道過載能力考核標準，以此為解決城市的內澇問題奠定堅實的基礎。

(2)對防洪防澇能力進行指標評估。根據《武漢市海綿城市專項規劃》，研究區的防洪防澇能力能力評估標準為20年，對模擬結果中積水深度大于0.15m的數據提取并整理。

通過數據的整理，研究區內的內澇風險處于中、高風險的區域大致可分為6個部分，從左至右，由上而下可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，通過對6大區域的積水情況進行數據統計。其中Ⅰ、Ⅱ兩個部分積水點的風險等級并未達到高風險，無需進行專項措施治理(表2)。

表2 積水區域數據歸納

由數據歸納表2可知，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ4個積水區域的積水深度max和積水面積具體數據，以此證明這4個積水區域的存在較高風險的內澇情況。根據現狀情況，可通過設置雨水調蓄池的來增大積水區域的調蓄能力，以此對地面徑流進行治理，進一步減輕內澇風險。

5 結語

本文分析了金鞭港匯水分區的管道過載和防洪防澇能力這兩項指標，通過搭建InfoWorks雨洪水模型，對水安全兩項約束性指標可行性評估，并提供了未達成指標的初步改造方法。

(1)管網過載能力指標可行性評估。未達到在兩年及以上的考核目標。在兩年一遇的降雨事件中有小部分管道超載，超載管道占7.68%，其中超過一半是由于自身過流能力不足導致管道超載，而下游過流能力不足也是導致管道超載的重要原因。根據現狀分析結果，對管道過載能力不足的部分進行有針對性的改造，達到管道過載能力考核標準。

(2)防洪防澇能力指標可行性評估。未達到20年的考核目標。在其他降雨事件中，經過模擬結果可知不存在內澇高風險區。在20年的降雨事件中，通過對模擬結果進行數據整理，可知研究區內的內澇風險處于中、高風險的區域大致可分為6個部分，其中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ這4個積水區域存在較高風險的內澇情況。根據現狀情況，可通過設置雨水調蓄池的來增大積水區域的調蓄能力，對較高風險的內澇區域進行改造，達到防洪防澇能力考核標準。