王澤陽 吳連豐
（廈門市城市規(guī)劃設(shè)計研究院，廈門361000）
小編導(dǎo)語：針對國內(nèi)濱海城市近兩年幾場特大暴雨暴露出的排水安全問題，特別是濱海城市排水防澇易受外海潮位的影響，以廈門市濱海街區(qū)營平片區(qū)改造為研究實例，采用排水模型方法，分析了日常多年平均潮位及臺風(fēng)時風(fēng)暴潮影響下片區(qū)主要積澇成因，提出合理的改造實施策略,同時對風(fēng)暴潮影響下片區(qū)的內(nèi)澇風(fēng)險進行評估與區(qū)劃，采用工程與非工程措施共同保障城市內(nèi)澇安全，以期為濱海城市的排水防澇改造提供借鑒。
近年來，受全球氣候變化影響，濱海城市頻繁遭受暴雨、臺風(fēng)襲擊。特別是2013年“5·16”暴雨和第7號臺風(fēng)“蘇力”、第8號臺風(fēng)“西馬侖”造成廈門市部分片區(qū)出現(xiàn)內(nèi)澇，多處路段、隧道口積水，交通大面積癱瘓，部分商業(yè)中心、旅游景點、學(xué)校和地下車庫等中心城區(qū)重要地區(qū)被淹，不僅嚴重影響了城市正常生產(chǎn)生活，同時也對人民生命財產(chǎn)安全造成嚴重威脅，損害城市品質(zhì)和形象。
廈門市濱海街區(qū)營平片區(qū)人口密度大，排水管網(wǎng)老化、養(yǎng)護缺失，片區(qū)雨水管網(wǎng)采用直排入海形式，排水防澇易受海潮頂托的影響，因此本文以該片區(qū)為例，通過排水模型軟件分析不同潮位影響下片區(qū)主要積澇成因，并提出合理的改造實施策略。
1研究方法及研究區(qū)域排水概況
本次研究目標(biāo)是力求改造后，雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期達到大城市中心城區(qū)5年一遇，城市內(nèi)澇設(shè)計重現(xiàn)期達到大城市50年一遇的標(biāo)準(zhǔn)。排水模型中的校核標(biāo)準(zhǔn)分別為在雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期下的降雨時，城市道路不應(yīng)有明顯積水；在城市內(nèi)澇設(shè)計重現(xiàn)期下的降雨時，城市道路留有一條車道地面積水深度不超過375px。
研究方法主要采用英國InfoWorksICM排水模型軟件，綜合流域內(nèi)的雨水排澇設(shè)施、本地暴雨特征、海潮影響、城市用地分布等信息，對現(xiàn)狀排水系統(tǒng)進行評估，識別澇水風(fēng)險區(qū)域，診斷系統(tǒng)的局限性及洪澇成因，并根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)改造現(xiàn)有的排水管網(wǎng)系統(tǒng)，對排澇骨干工程的不同規(guī)劃方案進行評估，選擇最優(yōu)設(shè)計方案，制定相應(yīng)管理措施，減少本流域的洪澇風(fēng)險。
廈門市營平片區(qū)位于鷺江道的腹地，位于廈門島西南海濱，街區(qū)北面以廈禾路為界，東側(cè)至思明南路，西面隔鷺江道濱海景觀帶與鼓浪嶼風(fēng)景名勝區(qū)相望，南至大同路，是鷺江道總部經(jīng)濟商務(wù)中心。營平片區(qū)為中山路濱海街區(qū)的一部分，是目前廈門本島舊城中歷史最悠久的片區(qū)之一，其中的開元路始建于1920年，是廈門的第一條馬路。該片區(qū)規(guī)劃面積25.42hm2，匯水面積52hm2，地面標(biāo)高介于3.73~11.4m，建筑物多商業(yè)和住宅。片區(qū)現(xiàn)狀排水體制為雨、污分流制，雨水管穿鷺江道直排入海，排水系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)均為1年一遇。對于《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006，2014年版)提出的兩個設(shè)計重現(xiàn)期的要求，一是雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期，二是內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期，片區(qū)現(xiàn)有排水系統(tǒng)均無法滿足。
2排水模型的構(gòu)建
對于排水模型的構(gòu)建，常規(guī)的一維管網(wǎng)模型僅能模擬管道的運行和檢查井冒水等情況，對地面降雨的匯流和積水并不能很好地反應(yīng)實際情況，因此本次研究將結(jié)合一維、二維的模型構(gòu)建來評估并改造提升片區(qū)的排水防澇能力。
首先管網(wǎng)模型網(wǎng)絡(luò)的建立是根據(jù)廈門市2008年全市管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)，將篩選編輯后的CAD數(shù)據(jù)利用第三方CAD開發(fā)軟件處理成節(jié)點及管道數(shù)據(jù)EXCEL表，并將EXCEL表通過ICM數(shù)據(jù)導(dǎo)入中心導(dǎo)入排水模型，通過拓撲結(jié)構(gòu)分析和檢查后，建立營平片區(qū)排水管網(wǎng)模型網(wǎng)絡(luò)，共有1085個檢查井節(jié)點、1088條管道、1020個子集水區(qū)。
地面數(shù)字高程模型是采用該片區(qū)1∶500 DWG地形圖，通過ArcGIS軟件建立該片區(qū)的地面高程模型，并導(dǎo)入ICM排水模型軟件中。在掌握“地有高低”的基礎(chǔ)上判斷“流有緩急”，從而精確預(yù)測雨水徑流在地面上的流向。
3模型參數(shù)的選取
3.1產(chǎn)流參數(shù)
本次地表產(chǎn)流模型根據(jù)不同的用地性質(zhì)選定不同的產(chǎn)流參數(shù)，分為路面、綜合、綠地3種產(chǎn)流表面，其中前兩種為非滲透表面，采用固定徑流系數(shù)法，綠地設(shè)定為可滲透表面，采用霍頓滲透系數(shù)法。匯流模型選用國內(nèi)使用廣泛的SWMM模型。對1 020個子集水區(qū)分別統(tǒng)計3種不同產(chǎn)流表面面積，具體參數(shù)選定見表1。
3.2降雨事件
由于廈門市尚未編制本市的設(shè)計雨型，本次設(shè)計降雨采用芝加哥雨型進行模擬，選取廈門市暴雨強度公式（2003版）的參數(shù)，計算降雨歷時采用5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min共11個歷時，計算降雨重現(xiàn)期選取1 a、2 a、3 a、5 a、10 a、20 a、30 a、50 a共8個重現(xiàn)期，雨峰位置為0.4。
3.3潮型組合
濱海地區(qū)排水防澇的突出特點在于受潮位頂托的影響，潮位越高，排水能力越小，反之則越大。根據(jù)國家海洋局廈門分局對近43年實測資料的統(tǒng)計分析結(jié)果，在日常降雨下，選定多年平均潮位過程線（最高2.44m）作為雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期下雨水管道邊界條件；降雨遭遇風(fēng)暴潮或天文大潮的極端情況時，選定2年一遇潮位過程線（最高3.91 m）作為城市內(nèi)澇風(fēng)險評估區(qū)劃邊界條件,詳見圖1。同時降雨過程線及潮位過程線采用最不利組合，即潮位峰值與設(shè)計降雨的峰值擬合為同一時刻。
4現(xiàn)狀評估情況
根據(jù)上述設(shè)定條件，現(xiàn)狀排水管網(wǎng)的評估結(jié)果如下：在1年一遇的設(shè)計降雨下，A（大同路輪渡公交場站）、B（磁安路）、C(第四市場)、D(廈禾路大同小學(xué))（以下簡稱A、B、C、D）已有部分路段產(chǎn)生5～15 cm的地面積水；在5年一遇的設(shè)計降雨下，A、B、C、D開始出現(xiàn)15 cm以上的地面積水；在10年一遇的設(shè)計降雨下，A、B、C、D出現(xiàn)大于25 cm的地面積水，見圖2。積水點與歷史調(diào)查積水情況基本吻合，且這幾個路段均為人流車流量較大區(qū)域，已對城市的正常運行造成嚴重影響。
5排水系統(tǒng)改造
5.1改造思路
通過現(xiàn)狀管網(wǎng)的評估，發(fā)現(xiàn)片區(qū)現(xiàn)狀排水能力達不到1年一遇的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，主要原因有：①管道標(biāo)高錯接；②局部管道大管接小管，存在水力瓶頸；③管道逆坡，下游出口能力不足；④管徑小，管道維護難，淤積嚴重，排水能力下降。
按照常規(guī)的排水管網(wǎng)設(shè)計思路，通常以雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期5年一遇的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，通過推理公式法對管道進行重新計算評估，全面改造片區(qū)的雨水管網(wǎng)，但營平片區(qū)為歷史街區(qū)，人口密度大，道路紅線寬度為6～12 m，建筑以騎樓形式為主，大規(guī)模進行管網(wǎng)翻建的可能性小，因此本次排水防澇改造規(guī)劃采用排水模型計算方法，期望抓住關(guān)鍵問題，盡可能減少改造工程量，達到規(guī)劃目標(biāo)。
5.2改造措施
首先對現(xiàn)狀錯接及存在局部水力瓶頸的雨水管道進行改造。其次，由于該片區(qū)為騎樓老街區(qū)，用地緊張，通過增加綠地、新建調(diào)蓄池、在人行道鋪設(shè)透水磚等形式進行源頭徑流控制的操作性不強。因此，對于雨水管道下游出現(xiàn)超負荷的管道，采取增大管徑或新建出水口的方式進行改造，具體改造措施見表2。
5.3改造系統(tǒng)評估
積澇區(qū)工程改造后的系統(tǒng)評估結(jié)果見圖3、圖4。可以看出，在日常降雨情況下，積澇區(qū)的積水情況有明顯改善，在5年一遇設(shè)計降雨遇2.44 m多年平均高潮位情況下，片區(qū)道路無明顯積水；在50年一遇設(shè)計降雨遇2.44 m多年平均高潮位情況下，道路積水深度基本不超過375px，滿足《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006，2014年版）中發(fā)生城市內(nèi)澇時城市道路中一條車道積水深度不超過375px的要求。
6風(fēng)暴潮影響研究
6.1內(nèi)澇風(fēng)險評估區(qū)劃
濱海地區(qū)每年受臺風(fēng)影響較大。因此，本項目通過模擬獲得風(fēng)暴潮（相當(dāng)于2年一遇設(shè)計高潮位約3.91 m）洪澇災(zāi)害情況下的積水范圍、積水深度等信息，結(jié)合城市建設(shè)用地的重要性和敏感性以及相應(yīng)防澇標(biāo)準(zhǔn)進行內(nèi)澇風(fēng)險等級劃分，將本流域劃分為低風(fēng)險區(qū)、中風(fēng)險區(qū)和高風(fēng)險區(qū)。低風(fēng)險區(qū)是指不積水或積水深度在0.05m以下不影響城市居民生活的區(qū)域；中風(fēng)險區(qū)是指積水深度在0.05~0.15m影響居民生活的區(qū)域；高風(fēng)險區(qū)是指積水深度在0.15m以上嚴重積水、嚴重影響市民生活的區(qū)域，不能滿足防澇標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域。居住區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院、行政辦公場所、重要的商業(yè)建筑和基礎(chǔ)設(shè)施所在區(qū)域可適當(dāng)提高內(nèi)澇風(fēng)險等級，綠地、河道、廣場可適當(dāng)降低內(nèi)澇風(fēng)險等級。
風(fēng)暴潮時營平片區(qū)的洪澇模擬結(jié)果見圖5、圖6。可見在遇到風(fēng)暴潮時，片區(qū)雖經(jīng)改造，但積水情況并無明顯改善，在5年一遇設(shè)計降雨時，地面已出現(xiàn)超過375px積水。主要原因在于：①營平片區(qū)的雨水管網(wǎng)直排入海，受海潮頂托影響大；②區(qū)內(nèi)部分地勢低洼，低于2年一遇高潮位3.91 m。在此情況下，僅僅通過增大雨水管徑很難解決積澇問題。
6.2風(fēng)險區(qū)防護措施
由于風(fēng)暴潮高潮位持續(xù)時間較短，一般1～2 h潮位便會逐步降低，根據(jù)內(nèi)澇風(fēng)險等級劃分，綜合歷史內(nèi)澇及水力模型模擬情況，確定本流域重點防護對象為：①廈禾路大同小學(xué)、思明北路第四市場；②開元路輪渡公交場站、大同路；③磁安路、典寶路、擔(dān)水巷。防護措施分別為：①地下停車場、地下人行通道等地下空間出入口設(shè)置擋水板；②適當(dāng)抬高路緣石和人行道高度；③居民住宅和工商業(yè)建筑底層設(shè)置擋水板；④結(jié)合鷺江道改造，設(shè)置澇水行泄通道；⑤小片區(qū)整體拆遷改造。
7結(jié)論
濱海地區(qū)排水防澇的特點是受海潮影響大，因此在豎向規(guī)劃時應(yīng)特別注意潮位對排水系統(tǒng)的影響。同時通過豎向的合理調(diào)整，避免道路交叉口形成大洼地，在發(fā)生超過雨水管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的降雨時，超標(biāo)雨水可通過規(guī)劃設(shè)計的地面澇水行泄通道快速漫流外排。
濱海地區(qū)采用排水模型對管網(wǎng)進行評估及改造時，應(yīng)選取合理的潮位與降雨雨型相結(jié)合，同時還需對遭遇風(fēng)暴潮所可能導(dǎo)致的內(nèi)澇風(fēng)險進行評估。當(dāng)片區(qū)地勢條件受限時，僅僅采用工程措施往往很難經(jīng)濟合理地解決內(nèi)澇防治問題，尤其是極端天氣條件下，此時非工程措施作為應(yīng)急方案是有效應(yīng)對的良方。
參考文獻略。
本文來源于《給水排水》2015年第三期。
濱海城市排水防澇對策研究——以廈門市營平片區(qū)為例
給水排水
