■ 鄧仲梅 薛 珂

科技應(yīng)用

香港采石場(chǎng)項(xiàng)目雨水影響模擬

■ 鄧仲梅 薛 珂

圖1 安達(dá)臣道石礦場(chǎng)現(xiàn)狀圖

香港安達(dá)臣道石礦場(chǎng)用地開發(fā)項(xiàng)目位于東九龍排水系統(tǒng)最上游，并位于東九龍排水總體規(guī)劃研究區(qū)內(nèi)。東九龍排水計(jì)劃提出整體排水改善工程，以配合東九龍地區(qū)的未來(lái)發(fā)展。本研究采用InfoWorks ICM（版本5.5）模擬軟件，在東九龍排水模型的基礎(chǔ)上模擬擬建的排水系統(tǒng)，對(duì)香港安達(dá)臣道石礦場(chǎng)用地發(fā)展項(xiàng)目對(duì)現(xiàn)狀雨水系統(tǒng)的影響進(jìn)行評(píng)估，并提出可行的緩解方案。

一、現(xiàn)狀排水系統(tǒng)評(píng)估

《東九龍可行性研究排水總體規(guī)劃?rùn)z討》評(píng)估了上游地塊的發(fā)展可能會(huì)影響現(xiàn)狀排水系統(tǒng)的五個(gè)敏感排放點(diǎn)（分別名為Qa，Qb，Qc，Qd以及Qe）。下游排水流量是根據(jù)DMP審查研究中規(guī)定的2050年RCP4.5降水情況和氣候變化的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（即強(qiáng)度增加14.2%）制定的。ARQ項(xiàng)目位于東九龍排水系統(tǒng)最上游，本項(xiàng)目的發(fā)展所建立的排水系統(tǒng)不能對(duì)現(xiàn)在排水系統(tǒng)這五個(gè)敏感排放點(diǎn)造成影響，即項(xiàng)目建成后，這五個(gè)排放點(diǎn)的排水流量不能超過東九龍排水總體規(guī)劃的流量。這五個(gè)排放點(diǎn)在東九龍排水總體規(guī)劃水力模型中200年一遇暴雨重現(xiàn)期下的排水流量分別為：Qa為5.60m3/s，Qb為12.78m3/s，Qc為3.03m3/s，Qd為14.45m3/s，Qe為8.71m3/s（模型模擬條件為：2小時(shí)降雨，180分鐘模擬時(shí)間，潮汐水位為+2.777mPD，潮汐水位參考東九龍DMP評(píng)估項(xiàng)目的建議值；mPD是主水平基準(zhǔn)面（Principal Datum）相對(duì)標(biāo)高單位，比黃?；鶞?zhǔn)面低0.146m）。

二、擬建的排水緩解措施

1．排水區(qū)域的劃分

采石場(chǎng)工廠經(jīng)營(yíng)者向ARQ現(xiàn)場(chǎng)移交的現(xiàn)有巖石斜坡及其渠道系統(tǒng)將盡可能保持原狀。排水流域是根據(jù)擬建的道路標(biāo)高，規(guī)劃區(qū)域的場(chǎng)地標(biāo)高和現(xiàn)有特征的地形進(jìn)行劃分的。因此，提出并劃定了A區(qū)，B區(qū)，C區(qū)，D區(qū)，E區(qū)五個(gè)匯水區(qū)，如圖2所示。

圖2 匯水分區(qū)及排放點(diǎn)示意圖

其中匯水區(qū)A的匯水面積為11.80公頃，收集到雨水徑流在排入下游現(xiàn)有排水系統(tǒng)之前，將被排放到人工湖中削減雨水洪峰和再利用，最后排放到排放點(diǎn)Qb；匯水區(qū)B的匯水面積為51.80公頃，收集到的雨水徑流將通過一個(gè)單孔雨水箱涵（BC1）和一個(gè)雙孔雨水箱涵（BC2）排入南部地下雨水蓄水池1號(hào)，在連接下游現(xiàn)有排水系統(tǒng)之前削減雨水洪峰，最后排放到排放點(diǎn)Qd；匯水區(qū)C的匯水面積為51.80公頃，收集到雨水徑流直接排入下游現(xiàn)有排水系統(tǒng)，最后排放到排放點(diǎn)Qe；匯水區(qū)D的匯水面積為2.90公頃，收集到雨水徑流通過地下通道內(nèi)的一個(gè)單孔雨水箱涵（BC3）直接排入下游現(xiàn)有的排水系統(tǒng)，最后排放到排放點(diǎn)Qe。匯水區(qū)E的匯水面積為2.08公頃，收集到雨水徑流直接排入下游現(xiàn)有排水系統(tǒng)，最后排放到排放點(diǎn)Qe。

2．?dāng)M建的防洪系統(tǒng)

為提高防洪水平，并考慮易于維護(hù)和注入藍(lán)綠色元素等因素，本項(xiàng)目擬建兩個(gè)蓄水設(shè)施：一是位于項(xiàng)目南部的地下式雨水蓄水池（下稱蓄水池1號(hào)）；二是位于項(xiàng)目北部的蓄水池2號(hào)（下稱人工湖）。

（1）蓄水池1號(hào)

蓄水池1號(hào)位于項(xiàng)目地塊南部的匯水區(qū)B內(nèi)，是為了滿足削減200年一遇的降雨洪峰而設(shè)計(jì)。蓄水池1號(hào)的進(jìn)水包括規(guī)劃沿路L1鋪設(shè)的單孔箱涵BC1和規(guī)劃沿路L3鋪設(shè)的雙孔箱涵BC2，出水排向現(xiàn)狀2.5m×2.6m現(xiàn)狀箱涵。蓄水池1號(hào)設(shè)置了溢流管以滿足超標(biāo)雨水的排泄。

（2）人工湖

人工湖位于項(xiàng)目的北部，包括用于防洪的人造湖和回用水處理廠（回用的雨水重要用于兒童游樂場(chǎng)和灌溉等），是為了削減洪峰和雨水利用而設(shè)計(jì)。從斜坡，天然巖石渠道，滲透渠道和重力排水（從匯水區(qū)A）收集的雨水徑流將被排放到為防洪目的設(shè)計(jì)的湖泊。部分湖水被抽到雨水處理設(shè)施，將被處理和再利用于公園內(nèi)的灌溉和兒童游樂場(chǎng)。圖3顯示了人洪湖防洪和雨水再利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布置，包括上述設(shè)施的流動(dòng)機(jī)制和相互關(guān)系。

圖3 人工湖防洪及雨水利用系統(tǒng)示意圖

人工湖按照200年一遇的降雨重現(xiàn)期設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)了一套溢流系統(tǒng)，以排泄超過設(shè)計(jì)洪水水位的超標(biāo)雨水。人工湖排放到下游的流量將由D675（出水管）和D900（溢流管）的管道坡度、管底標(biāo)高控制。出水管和溢流管的排水將合并排至下游D1650現(xiàn)狀排水管。

（3）擬建的排水系統(tǒng)

①雨水箱涵

根據(jù)ARQ現(xiàn)狀水力模型的模擬結(jié)果，將設(shè)計(jì)3條雨水箱涵用于排除來(lái)自現(xiàn)狀部分巖石邊坡和道路以及規(guī)劃區(qū)域的雨水，位置如圖1所示。這3條雨水箱涵的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期均為200年一遇，分別為位于L1路上的單孔2.5m×2.5m雨水箱涵BC1，位于L3路上的雙孔2.5m×2.5m雨水箱涵BC2，位于地下通道里的單孔2.5m×2.5m雨水箱涵BC3。

②干線和道路排水系統(tǒng)

除上述設(shè)計(jì)的3條雨水箱涵外，在箱涵上游還設(shè)計(jì)了干線排水渠。干線排水渠將設(shè)計(jì)用于從現(xiàn)有的巖石斜坡，規(guī)劃區(qū)域，人行道和行車道收集雨水徑流。

為了減少干線排水系統(tǒng)的雨水井?dāng)?shù)量，本項(xiàng)目清晰地劃分了道路排水系統(tǒng)與主干排水系統(tǒng)之間的界限，設(shè)計(jì)了一套獨(dú)立的道路排水管網(wǎng)。

三、建立評(píng)估模型水力建模與分析

以《東九龍可行性研究排水總體規(guī)劃?rùn)z討》構(gòu)建的排水水力模型為基礎(chǔ)（不改變建模參數(shù)），采用2011年降雨曲線和2050年RCP4.5氣候變化（即：強(qiáng)度增加14.2%）的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)ARQ現(xiàn)場(chǎng)下游現(xiàn)有排水網(wǎng)絡(luò)和本項(xiàng)目擬建排水管網(wǎng)進(jìn)行水力評(píng)估。

1．模擬軟件的選擇

水力分析模擬軟件選用InfoWorks ICM版本5.5（與《東九龍可行性研究排水總體規(guī)劃?rùn)z討》排水水力模型所用版本一致）。

2．水力模型參數(shù)的選取

（1）粗糙系數(shù)

InfoWorks軟件有兩個(gè)可用于一維排水系統(tǒng)模型的水力摩阻系數(shù)選項(xiàng)，分別是Colebrook-White方程（ks）和Manning公式（n），本項(xiàng)目水力模型采用了Colebrook-White方程中的粗糙系數(shù)（ks）。

（2）水頭損失因子

模型中采用的管網(wǎng)角度及水頭損失值為：管道夾角為0°時(shí)取1.0；為30°時(shí)取3.3；為60°時(shí)取6.0；為90°時(shí)取6.6；大于90°時(shí)取8.0。

（3）管道沉積物高度

管道坡度大于1∶25，沉淀物高度以管道剖面5%面積對(duì)應(yīng)的等量高度來(lái)計(jì)算；管道坡度小于等于1∶25，沉淀物高度以管道剖面10%面積對(duì)應(yīng)的等量高度來(lái)計(jì)算。

（4）模型中采用其他參數(shù)

為方便檢查ARQ項(xiàng)目下游現(xiàn)狀排水系統(tǒng)，本項(xiàng)目模型所采用的設(shè)計(jì)參數(shù)值與東九龍DMP模型一致，其中徑流系數(shù)的取值標(biāo)準(zhǔn)為：鋪裝下墊面取0.9（包括巖石斜坡和鋪面），可滲透下墊面取0.3（包括土坡和未鋪砌區(qū)域）；粗糙系數(shù)（Ks）取3.0mm；設(shè)計(jì)潮汐水位取+2.777mPD（潮汐水位參考東九龍DMP評(píng)估項(xiàng)目的建議值；mPD是主水平基準(zhǔn)面（Principal Datum）相對(duì)標(biāo)高單位，比黃?；鶞?zhǔn)面低0.146m。）；設(shè)計(jì)重現(xiàn)期市區(qū)排水干渠系統(tǒng)為200年一遇，市區(qū)排水支渠系統(tǒng)為50年一遇；降雨歷時(shí)為2小時(shí)降雨；模擬時(shí)長(zhǎng)取180分鐘。

（5）徑流模型

徑流模型選擇固定百分比模型（Fixed PR）。

3．模擬工況的選取

水力模型模擬的兩種排水工況，工況1為200年一遇重現(xiàn)期降雨+2.777mPD潮汐水位；工況2為50年一遇重現(xiàn)期降雨+2.777mPD潮汐水位。

4．模型的建立

（1）納入模型的規(guī)劃排水設(shè)施

在DMP模型的基礎(chǔ)上，水力模型中模擬了規(guī)劃的主要排水設(shè)施及干渠系統(tǒng)，具體參數(shù)為：

①規(guī)劃雨水箱涵

規(guī)劃位于L1路上的單孔雨水箱涵BC1，尺寸為2.5m×2.5m；規(guī)劃位于L3路上的雙孔雨水箱涵BC2，尺寸為2×2.5m×2.5m；規(guī)劃位于地下通道里的單孔雨水箱涵BC3，尺寸為2.5m×2.5m。

②規(guī)劃雨水蓄水設(shè)施

位于項(xiàng)目南部的蓄水池1號(hào)，表面積約為9000m2，池底標(biāo)高為+166.2mPD，池頂標(biāo)高為+178.5mPD，3根D675排出管（管底標(biāo)高為+166.2mPD），1根D1050溢流管（管底標(biāo)高為+172.9mPD）。

圖4 人工湖效果圖

位于項(xiàng)目北部的人工湖設(shè)計(jì)最高岸線標(biāo)高為+202.0mPD，人工湖總深度為4.2m（包括的最低水深、灌溉深度和蓄洪深度），池底標(biāo)高為+197.8mPD，正常水深為1.2m（包括的最低水深、灌溉深度），蓄洪深度3m。在ICM模型中模擬的池底標(biāo)高為+199mPD，池深為3m（假設(shè)在ICM模型模擬過程中人工湖總是保持正常水深），在正常水深是人工湖水面面積約等于7,000m2，在最大蓄洪深度時(shí)人工湖水面面積約等于10,000m2，1根D675排出管（管底標(biāo)高為+199mPD），1根D900溢流管（管底標(biāo)高為+201.037mPD）。

（2）規(guī)劃區(qū)域匯水區(qū)分配

按照?qǐng)D1所示的每個(gè)規(guī)劃區(qū)域的邊坡/道路排水布置和排水接收點(diǎn)，將匯水區(qū)（A區(qū)至E區(qū)）進(jìn)一步劃分為次集水區(qū)。

5．模擬結(jié)果

（1）主要規(guī)劃排水設(shè)施模擬結(jié)果

根據(jù)工況1和2的模型結(jié)果，在200年一遇及50年一遇降雨的情況下，雨水箱涵BC1至BC2的最小富余高度（即最高水位至地面的高差）和蓄水池1號(hào)及人工湖的最高水位總結(jié)如下表所示：

工況1和2的模擬結(jié)果分析表

可見本項(xiàng)目主要規(guī)劃排水設(shè)施均符合相關(guān)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。

（2）五個(gè)現(xiàn)狀敏感排放點(diǎn)模擬結(jié)果

工況1（200年一遇降雨）下模型結(jié)果用于檢查排入下游現(xiàn)狀排放點(diǎn)的流量，其中排放點(diǎn)Qa及Qc和ARQ項(xiàng)目不相關(guān)；排放點(diǎn)Qb在加入ARQ項(xiàng)目規(guī)劃排水設(shè)施后的模型中排水流量為12.18m3/s，小于東九龍排水總體規(guī)劃的模型中的排水流量12.78m3/s，滿足設(shè)計(jì)要求；排放點(diǎn)Qd在加入ARQ項(xiàng)目規(guī)劃排水設(shè)施后的模型中排水流量為13.62m3/s，小于東九龍排水總體規(guī)劃的模型中的排水流量14.45m3/s，滿足設(shè)計(jì)要求；排放點(diǎn)Qe在加入ARQ項(xiàng)目規(guī)劃排水設(shè)施后的模型中排水流量為7.81m3/s，小于東九龍排水總體規(guī)劃的模型中的排水流量8.71m3/s，滿足設(shè)計(jì)要求（根據(jù)地形圖，確定匯水區(qū)Qe的部分流量被排入相鄰的自然河流中）。

（作者單位：深圳市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司；艾奕康咨詢（深圳）有限公司）