常 魁

(中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)所，北京 100037)

1 概述

排水防澇是維系一個(gè)城市生存、發(fā)展的生命線，對(duì)每個(gè)城市來(lái)說(shuō)都是一個(gè)必須解決而又任重道遠(yuǎn)的命題。國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知》中指出，力爭(zhēng)用5年時(shí)間完成排水管網(wǎng)的雨污分流改造，用10年左右的時(shí)間建成較為完善的城市排水防澇工程體系。

城市排水管網(wǎng)是市政設(shè)施的重要組成部分之一，是解決城市排水防澇問(wèn)題的重要抓手。由于制約條件諸多，排水管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、實(shí)施都需要將其作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)充分考慮，任何不利因素都會(huì)制約排水管網(wǎng)功能的發(fā)揮。由于地形地貌限制以及建設(shè)時(shí)序的要求，排水系統(tǒng)要?jiǎng)澐譃槿舾蓚€(gè)排水分區(qū)。排水分區(qū)是否合理，直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行及工程投資。

GIS技術(shù)是綜合性技術(shù)，它融合了地理學(xué)、地圖學(xué)、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)、遙感技術(shù)、信息技術(shù)以及攝影測(cè)量學(xué)等眾多學(xué)科，在觀察地理信息方面發(fā)揮了重要的作用。本文利用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)排水規(guī)劃中排水分區(qū)自動(dòng)劃分。

2 排水分區(qū)劃分的原則方法

2.1 排水分區(qū)劃分的原則

城市排水規(guī)劃以城市總體規(guī)劃為依據(jù)，排水分區(qū)劃分應(yīng)結(jié)合城市總體規(guī)劃用地布局，及總體規(guī)劃中城市排水受納水體位置及要求。污水系統(tǒng)排水分區(qū)的劃分應(yīng)在城市規(guī)劃布局的基礎(chǔ)上，結(jié)合道路布局與豎向設(shè)計(jì)、坡向以及城市污水受納水體和污水處理廠位置。雨水系統(tǒng)匯水分區(qū)的劃分也應(yīng)以城市規(guī)劃布局、地形為依據(jù)，同時(shí)結(jié)合道路豎向規(guī)劃、綠地設(shè)置及城市雨水受納水體位置，按照就近分散、重力排放的原則。城市雨污水系統(tǒng)均為重力流系統(tǒng)，在雨水分區(qū)、污水分區(qū)劃分方面具有相似性，均要結(jié)合地形地貌，實(shí)現(xiàn)雨污水最大程度重力排出。因此，排水分區(qū)的劃分應(yīng)結(jié)合城市地形特征，以重力排放為主，水泵提升為輔，并適當(dāng)考慮水利及行政區(qū)劃管理的要求。

2.2 排水分區(qū)劃分的方法

城市排水流域匯水區(qū)以地形作為劃分的主要因素，同時(shí)考慮城市河道、行政區(qū)界等限制要素，劃分若干個(gè)排水分區(qū)，反映排水的總體流向，實(shí)現(xiàn)泵站及出水口的優(yōu)化布置，從系統(tǒng)的層面統(tǒng)籌排水設(shè)計(jì)方案，防止城市內(nèi)澇發(fā)生。

本文以我國(guó)南部某新區(qū)300km2范圍內(nèi)城市排水規(guī)劃區(qū)為研究區(qū)域，采用ARC/INFO作為分析工具，利用空間分析模塊和水文分析模塊分析城市流域DEM特征，并提取流域匯水線，實(shí)現(xiàn)排水分區(qū)的自動(dòng)劃分［1］。

城市排水分區(qū)自動(dòng)劃分方法如圖1所示。

DEM是流域地形、底物識(shí)別的重要原始資料，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)地形、地貌及水文信息的解讀。為避免數(shù)據(jù)誤差對(duì)分析的影響，在流向分析前完成洼地填充，實(shí)現(xiàn)無(wú)洼地的DEM流向分析。進(jìn)而通過(guò)河網(wǎng)分析、盆域分析實(shí)現(xiàn)排水分區(qū)的自動(dòng)劃分。通過(guò)ARC/INFO所提取的匯流網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行分級(jí)劃分，同一流域可以劃分為若干子匯流區(qū)域［2，3］。

圖1 城市排水分區(qū)自動(dòng)劃分流程圖

3 實(shí)例研究

3.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于貴州省中部，地勢(shì)以低山丘陵地貌為主，是比較典型的低山、低中山地區(qū)，其中西部、北部、南部海拔較高，中東部海拔較低，海拔基本處于1200m～1300m之間，局部起伏較大。區(qū)域?qū)賮啛釒駶?rùn)氣候區(qū)，四季分明，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，雨熱同季。年極端高溫37℃，極端低溫－8.7℃，一般年均氣溫15.7℃左右，年均日照1237.5h以上。多年平均年降水量在1100mm左右。

3.2 研究區(qū)域排水分區(qū)提取

首先利用收集的1∶2000地形圖生成DEM網(wǎng)格。然后利用ARC/INFO的3DAnalyst模塊通過(guò)數(shù)據(jù)插值將高程點(diǎn)數(shù)據(jù)生成DEM格柵數(shù)據(jù)，如圖2所示。通過(guò)高程分析圖可以看出，研究區(qū)域內(nèi)地形高程介于1180m～1400m之間，南部地區(qū)地形高程變化比較大。

圖2 高程分析圖

洼地區(qū)域是水流方向的不合理區(qū)域，進(jìn)行流向分析前需進(jìn)行洼地判斷，然后再進(jìn)行洼地填充，以減少數(shù)據(jù)誤差。研究區(qū)域?qū)儆诳λ固氐孛?，從DEM格柵圖可以看出研究區(qū)域內(nèi)局部地區(qū)地形起伏較大。因此，通過(guò)洼地計(jì)算區(qū)分由于數(shù)據(jù)誤差造成的洼地及真實(shí)的地表形態(tài)。

在進(jìn)行洼地填充之后，通過(guò)ARC/INFO的水文分析模塊進(jìn)行流向分析計(jì)算，提取該流域的匯流網(wǎng)絡(luò)，并將河網(wǎng)分為三級(jí)，如圖3所示為該流域匯流網(wǎng)絡(luò)圖。

圖3 匯流網(wǎng)絡(luò)提取圖

流域盆地是由分水嶺分割而成的匯水區(qū)域，它通過(guò)分析水流方向數(shù)據(jù)進(jìn)而確定所有相互連接并處于同一流域盆地的格柵。在匯流網(wǎng)絡(luò)分析基礎(chǔ)之上，利用ARC/INFO盆域分析功能進(jìn)行排水分區(qū)自動(dòng)劃分，并提取各子匯水區(qū)邊線，生成矢量圖。結(jié)合研究區(qū)域內(nèi)河流水系分布，按照匯流網(wǎng)絡(luò)水流方向，進(jìn)一步合并匯流區(qū)域，生成流域排水分區(qū)，如圖4所示。

圖4 流域匯水區(qū)圖

4 結(jié)語(yǔ)

基于流域地形自動(dòng)分割技術(shù)的城市排水分區(qū)劃分方法，不僅使得城市排水分區(qū)劃分更加高效，而且可操作性強(qiáng)，大大提高了排水區(qū)劃分的效率和質(zhì)量，可以從系統(tǒng)的層面統(tǒng)籌排水規(guī)劃設(shè)計(jì)。在排水分區(qū)劃分過(guò)程中，詳實(shí)準(zhǔn)確的地形數(shù)據(jù)為排水分區(qū)劃分提供了支撐，并且提高了劃分結(jié)果的可靠性，使城市排水分區(qū)的劃分更加合理和科學(xué)。

［1］湯國(guó)安，楊 昕.ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析試驗(yàn)教程［M］.北京:科學(xué)出版社，2006.

［2］張書(shū)亮，干嘉彥，曾巧玲，等.GIS支持下的城市雨水出水口匯水區(qū)自動(dòng)劃分研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2007，38(3):325-329.

［3］張書(shū)亮，孫玉婷，曾巧玲，等.城市雨水流域匯水區(qū)自動(dòng)劃分［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26(4):630-632.