基于InfoWorks ICM模型確定排澇泵站規模

游 暢

(福州市規劃設計研究院集團有限公司，福建 福州 350108)

隨著全國城鎮化進程的加快以及城市規模的不斷擴張，城市發展面臨諸多問題，尤其到了雨季，特別是近年受全球氣候變化的影響，暴雨等極端天氣導致城市內澇災害頻發，嚴重制約了社會經濟和城市的良性發展，也給城市居民的生命財產安全造成極大威脅。為此，本文構建基于InfoWorks ICM 的城市綜合流域排水模型，對片區內排水系統進行水力模擬。

1 研究區域概況

以寧德市三嶼新區為研究區域，范圍涉及七都鎮三嶼村部分陸域、海域圍填用地和八都鎮云淡村部分海域用地。規劃區范圍西至104國道，東、南、北向以海堤邊界為依據，面積約457.45 hm2，具體見圖1、圖2。

圖1 三嶼新區排水防澇規劃范圍圖

圖2 三嶼新區排水防澇系統模型概化圖

2 排水系統模型構建

2.1 模型建立

根據三嶼新區的規劃管網分布情況，將工程區域概化為309個節點，304個管渠，312個子集水區。

本規劃擬新建泵站1座。根據目前已有相關設計資料，考慮3種設計規模，分別是13 m3/s、20 m3/s、26 m3/s。現對這三種泵站規模分別經模型演算，通過最高水位指標來論證分析泵站規模合理性。

2.2 模型參數

1)排水管網模型參數

管道糙率根據管道材質確定，取值0.013。徑流系數參考相關給排水規范取值。

2)河道模型參數

河道綜合糙率取0.028。

3)水位邊界條件

本工程區北排洪渠出口年最高潮位均值采用4.97 m，100年一遇水位為5.90 m。排澇潮型潮位過程線采用2005年7月15日三都澳實測潮型，按三嶼站與三都站相關關系移用，設計潮水位過程線按多年平均高潮水位與該實測過程最高潮位比進行，按設計值控制修勻得設計潮水位過程，見圖3。

圖3 外江典型設計水位過程

同時外江水閘和排澇泵站的調度規則為：當外江水位低于內河水位時，開閘排水；當外江水位高于內河水位時，閘門關閉，若內河水位高于排澇泵站起排水位，排澇泵站開啟工作。

4)水位容積關系

根據現有相關資料，經調蓄計算，確定滯澇區面積為375畝。水位容積關系成果見表1。

表1 水位容積關系成果表

根據新區市政豎向規劃要求，滯澇區閘前水位控制在1.5 m，平原區滯澇區面積375畝(水位1.5 m)，相應庫容33萬m3(-0.5 m～1.5 m之間)。水位容積關系成果曲線見圖4。

圖4 水位容積關系成果曲線圖

5)設計降雨

雨水管網系統的排水能力評估將采用1年一遇、2年一遇、3年一遇和5年一遇2 h短歷時設計降雨及雨型。內澇風險評估的設計降雨歷時將根據流域的匯流時間來選取，采用50年一遇24 h長歷時設計降雨及雨型。根據寧德雨量站雨量成果，24 h累積降雨289 mm。短歷時設計降雨成果見表2。

表2 短歷時設計降雨成果表

3 模型模擬結果分析

3.1 現狀管網排水能力評估

對三嶼新區的排水(雨水)管道按以上評估條件進行模擬計算，排水管網排水能力評估結果見圖5，其中盤嶼路、縱一路管徑偏小，存在積水現象。對規劃管網的排水能力按評估標準統計，統計結果見表3。

表3 管道排水能力評估表

圖5 排水管網排水能力評估圖

經分析，根據目前規劃管網資料有15.8%排水管道排水能力未達到5 a一遇，不滿足現行《室外排水設計規范》對管道排水能力的要求，需調整規劃。

3.2 泵站規模論證

本規劃擬新建泵站1座。經與各部門對接，目前有3種設計規模，分別是13 m3/s、20 m3/s、26 m3/s。現對這三種泵站規模分別經模型演算，通過最高水位指標來論證分析泵站規模合理性。50年一遇各泵站運行工況下滯澇區最高內澇水位成果見表4，過程線見圖6。

表4 50年一遇各泵站運行工況下滯澇區最高內澇水位成果表

圖6 50年一遇各規模泵站運行工況下滯澇區水位過程線對比圖

經復核，方案二泵站抽排流量20 m3/s，滯澇區最高內澇水位1.467 m，滿足滯澇區水位豎向要求，同時能充分利用庫容。方案一，規模過小，不滿足排澇要求，方案三規模過大，未能充分利用滯洪庫容，造成經濟浪費。因此，方案二為最優推薦方案。

圖7 50年一遇滯澇區調蓄運行圖

50年一遇滯澇區調蓄運行圖見圖6。經分析，設計標準外江潮位工況下，頂托時段為4:22～11:55，16:32～24:00合計約15小時，泵站全部開啟17小時。最高內澇水位為1.467 m。外海潮型峰值遭遇來水過程峰值低概率、極端工況下，通過現狀排澇閘及規劃滯澇區及泵站等設施，泵站20 m3/s能滿足要求。

3.3 防澇系統規劃效果

通過加大管徑、泵站抽排及滯澇區蓄排澇等綜合措施，經模擬(圖8)，三嶼新區能滿足50年一遇降雨標準，片區內無積水區。

圖8 50年一遇三嶼新區排澇系統規劃排水模擬圖

4 結論

利用Infoworks ICM水力模型構建城區徑流模型，各泵站規模經模型反復優化以確定排澇站的建設規模。采取推薦的泵站規模方案后，三嶼新區積水情況有所改善。因此，采取新(改)建雨水管渠、新建泵站等綜合性措施后，可降低三嶼新區內澇風險，保障城市安全。