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        萍鄉(xiāng)市螞蝗河流域海綿城市方案設(shè)計

        2018-04-25 10:04:12張佩蘭
        城鄉(xiāng)建設(shè) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:工程

        ■ 戴 超 張佩蘭

        基于建設(shè)實踐,本文介紹了采用水力模型的評估方法,探討從源頭削減、過程控制到末端治理三個環(huán)節(jié)的設(shè)計對海綿城市建設(shè)的重要意義。

        萍鄉(xiāng)市是2015年全國首批16個海綿城市建設(shè)試點城市之一。試點范圍總面積32.98平方公里,共分為6個項目包,其中老城區(qū)3個、新城區(qū)3個。螞蝗河流域為老城區(qū)項目包之一,位于試點范圍的西南角,服務(wù)面積約2.42平方公里,其主要目的是要解決螞蝗河流域旱季污水收集、雨季污水溢流污染及內(nèi)澇問題,保護萍水河水質(zhì),改善城市環(huán)境。

        一、區(qū)域概況

        (一)自然條件

        (1)地形地勢。項目范圍內(nèi)地勢高低起伏較大,高差達(dá)26m,道路縱坡大,整體地勢西高東低,坡向萍水河;南北方向為南北高中間低,南北片區(qū)及西側(cè)部分區(qū)域均坡向螞蝗河。

        (2)氣象氣候。萍鄉(xiāng)屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),年平均降雨量在1600mm左右,年最高降雨量為2174.0mm(1997年),年最少降雨量1147.2mm(2013年),一般降雨集中在4~6月份。

        (3)水文。范圍主要的河流有萍水河和螞蝗河。萍水河發(fā)源于北部的上栗縣楊歧山黃土嶺,由北向西從萍鄉(xiāng)市中心城區(qū)穿過;工程范圍內(nèi)河寬45~60m,深5~8m,萍水河歷史最高洪水位標(biāo)高為91.7m。螞蝗河起源于萍鄉(xiāng)市火車站北側(cè),沿躍進北路向南至洪城大廈后向東進入山下路,在虎形公園處匯入萍水河,總長約2330m,現(xiàn)狀已經(jīng)覆蓋為合流暗渠。

        (4)地質(zhì)。區(qū)域內(nèi)的主要分為5個土層,分別是雜填土、含礫粉質(zhì)粘土、礫砂、強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

        (二)排水系統(tǒng)

        現(xiàn)狀排水體制為截流式合流制,規(guī)劃近期保留截流式合流制,遠(yuǎn)期逐步改造為分流制。工程范圍內(nèi)所有市政道路均

        建有合流排水管渠,管徑為D400~5500×3300mm。在萍水河兩側(cè)建有D1200~1350截污主干管,截流倍數(shù)為2.0。直排萍水河的合流排口共有11個,最大尺寸為寬5.5m高3.3m的合流渠箱。

        (三)規(guī)劃情況

        區(qū)域完成了7項規(guī)劃3大標(biāo)準(zhǔn)的編制以及五大體系的規(guī)劃構(gòu)建,總體規(guī)劃從水生態(tài)、水安全、水環(huán)境、水資源、水文化的角度進行了問題分析。

        試點區(qū)的專項規(guī)劃對范圍內(nèi)改造道路斷面規(guī)劃、河段斷面、雨水管道規(guī)劃、內(nèi)澇整治設(shè)施規(guī)劃、各地塊污染負(fù)荷削減量、以及各地塊的引導(dǎo)性和控制性海綿指標(biāo)進行了明確。

        (四)存在問題

        (1)現(xiàn)狀徑流系數(shù)大(0.8)。老城區(qū)建筑密集,且容積率大;現(xiàn)狀路面及人行道基本為不透水硬化地面;綠化率低,公園綠地面積??;基本沒有調(diào)蓄設(shè)施。

        (2)溢流污染嚴(yán)重?,F(xiàn)狀排水管渠截流倍數(shù)偏小,約為1.0倍;現(xiàn)狀沒有初雨收集處理設(shè)施;排口與截污主干管連接方式不合理。

        (3)內(nèi)澇問題嚴(yán)重?,F(xiàn)狀排水管網(wǎng)布局形式及分區(qū)不合理,區(qū)域雨水都通過螞蝗河暗渠集中排放,螞蝗河匯水分區(qū)面積過大;區(qū)域老城區(qū)雨水管網(wǎng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低,大部分僅為0.5~1年;現(xiàn)狀無任何內(nèi)澇整治設(shè)施;地勢高差大,山下路呈鍋底狀;萍水河水位較高時,重力排水受到水位頂托。

        二、模型建立與現(xiàn)狀評估

        (一)模型概況

        采用丹麥DHI水利環(huán)境研究所MIKE URBAN CS及Mike Flood軟件建立區(qū)域完整的排水模型,包含一維管網(wǎng)模型、二維地標(biāo)漫流模型以及將一、二維因素綜合考慮的耦合模型即內(nèi)澇模型。

        主要建模數(shù)據(jù):(1)工程流域范圍實測地形圖。(2)現(xiàn)狀排水管線摸查成果圖。(3)萍鄉(xiāng)市1985~2014年日降雨、蒸發(fā)資料。(4)現(xiàn)行萍鄉(xiāng)市暴雨強度公式。

        分析目標(biāo):(1)現(xiàn)狀評估。通過地表產(chǎn)流、匯流特性和管網(wǎng)的特性分析,評估現(xiàn)狀排水管網(wǎng)的水力特征、存在的問題及成因分析。(2)方案比選。以目標(biāo)為導(dǎo)向,基于模型,對多種方案組合進行評估、比選及最終選定。(3)效果評估?;谀P?,對設(shè)計方案的徑流總量控制率、內(nèi)澇風(fēng)險、溢流污染削減等指標(biāo)進行評估。

        (二)現(xiàn)狀評估結(jié)果

        (1)下墊面解析?,F(xiàn)狀徑流系數(shù)為0.80,其中道路屋面、公共設(shè)施用地及工業(yè)用地占總面積的80.1%。

        (2)現(xiàn)狀管網(wǎng)過流能力評估?,F(xiàn)狀管道約有72.50%管道重現(xiàn)期為3年一遇以下,其中55.16%的管道達(dá)不到0.5年一遇的標(biāo)準(zhǔn),60.02%的管道達(dá)不到一年一遇標(biāo)準(zhǔn)。

        (3)現(xiàn)狀年徑流總量控制率。以20年一遇的洪水水位為出口邊界條件,模擬計算得出現(xiàn)狀年徑流總量控制率為53.7%。

        (4)現(xiàn)狀年徑流污染物削減率。典型年SS輸入總量為289220噸,模擬現(xiàn)狀溢流SS總量195050噸,總溢流次數(shù)為29次,溢流削減率32.6%。山下路溢流口的溢流率最大,溢流率占到了產(chǎn)流的46.3%~50.6%,溢流量(SS)占總體的32.9%~39.7%,是溢流污染控制的重點。

        (5)現(xiàn)狀內(nèi)澇風(fēng)險評估。項目區(qū)域在發(fā)生30年一遇降雨時,現(xiàn)狀積水點呈現(xiàn)積水面積廣、積水量大且積水較深的特點,主要集中在山下路和躍進北路。積水深度大于15cm的區(qū)域有10.1ha,積水深度大于27厘米的區(qū)域有2.66ha。

        三、工程設(shè)計方案

        (一)總體思路

        工程從海綿建設(shè)工程體系的各個環(huán)節(jié)來制定綜合解決各個問題的總體設(shè)計方案,包括源頭削減環(huán)節(jié)(LID改造系統(tǒng))、過程控制環(huán)節(jié)(市政排水管渠建設(shè)、修復(fù)、改造)、末端治理環(huán)節(jié)(超標(biāo)雨水調(diào)蓄系統(tǒng)、末端污染控制系統(tǒng))等。

        工程設(shè)計保留現(xiàn)狀排水體制,調(diào)整優(yōu)化現(xiàn)狀排水分區(qū)形式,修復(fù)現(xiàn)狀破損管渠,并結(jié)合建筑小區(qū)、公園廣場、道路源頭LID改造及末端溢流調(diào)蓄等工程措施,實現(xiàn)工程目標(biāo)。對于具備雨污分流的建筑小區(qū),在進行LID改造時盡量采用雨污分流制,以便以后從源頭逐步實現(xiàn)雨污分流。新建管渠按雨污分流制、3~5年重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

        圖1 技術(shù)體系示意圖

        (二)LID改造工程

        對工程范圍內(nèi)改造條件相對較好的11個建筑小區(qū)、3處公園廣場、以及7條市政道路進行LID改造。

        (1)建筑小區(qū)改造:利用蓄水模塊、生物滯留帶、高位花壇、透水鋪裝、雨水花園等技術(shù)措施,對小區(qū)進行生態(tài)綠化、生態(tài)停車場和雨水綜合利用改造,重點為高硬化率小區(qū)的低影響開發(fā)改造。

        圖2 萍鄉(xiāng)市第三中學(xué)LID改造設(shè)計圖

        (2)公園廣場改造:利用透水鋪裝、生物滯留設(shè)施、植草溝等小型、分散式低影響開發(fā)設(shè)施消納自身徑流雨水。具有雨水調(diào)蓄功能的景觀水體,構(gòu)建多功能調(diào)蓄水體或濕地公園,并通過調(diào)蓄設(shè)施的溢流排放系統(tǒng)與城市雨水管渠系統(tǒng)和超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)相銜接。

        圖3 科收起義廣場LID改造設(shè)計圖

        (3)市政道路:在不改變道路現(xiàn)狀橫斷面形式的前提下,進行人行道透水鋪裝、人行道下沉綠地、車行道下沉綠地改造等。利用車行道兩側(cè)綠化帶,建設(shè)下凹式綠地和生物滯留池,人行道采用透水鋪裝,并鋪設(shè)滲排管接入檢查井。

        圖4 典型道路LID改造斷面設(shè)計圖

        (三)內(nèi)澇整治工程

        范圍內(nèi)共有4處內(nèi)澇點,根據(jù)內(nèi)澇成因的不同,分別采取針對性的措施。

        (1)山下路內(nèi)澇點。新建建設(shè)路d2200~2400mm雨水干管,調(diào)整螞蝗河的匯水分區(qū),高水高排;新建山下路3.5×2.0m排水渠,增強螞蝗河過流能力,另外也利用渠涵本身的調(diào)蓄容積,對雨水排放起到削峰作用;在螞蝗河末端新建排澇泵站1座,設(shè)計流量4.5m3/s,在萍水河處于高水位時,對螞蝗河匯水分區(qū)的雨水強制提升排放。

        (2)躍進北路內(nèi)澇點。對躍進北路排水管渠進行修復(fù),保證原有管道過流能力。

        (3)北門橋及江灣巷內(nèi)澇點。通過增設(shè)截水溝、雨水口,保證路面雨水的及時收集排放;在江灣巷排水管渠末端新建排澇泵1座,設(shè)計流量1.5m3/s,在萍水河處于高水位時,對南部濱河匯水分區(qū)的雨水強制提升排放。

        另外,工程還對內(nèi)澇點周邊所有的排水管渠進行清淤,確保管渠過流能力。

        (四)溢流污染削減工程

        徑流污染削減及徑流總量控制是相輔相成的。方案通過實施LID改造工程,沿河溢流截污管道工程、新建污水干管和末端溢流調(diào)蓄工程等措施綜合實現(xiàn)溢流污染削減。

        (1)沿河截污溢流管道。沿萍水河西岸新建兩段d1000mm干管,對11個排口的雨季溢流污水進行收集整合,下游接入設(shè)計調(diào)蓄池。

        (2)新建污水干管。針對萍水河西側(cè)現(xiàn)狀河底截污干管傾斜、破損等問題,在濱河西路新建一根d1350污水干管,確保污水系統(tǒng)的順暢運行。

        (3)調(diào)蓄池工程。該工程位于老城區(qū),僅通過實施部分LID改造、建設(shè)排水管網(wǎng)難以實現(xiàn)徑流污染削減及徑流總量控制的目標(biāo)要求。因此,工程在三個排水分區(qū)排水主管末端附近各設(shè)置一座調(diào)蓄池,總調(diào)蓄容積22000立方米,主要作用如下:一是收集雨季合流制排水系統(tǒng)的溢流污水,削減排河污染物;二是滿足流域75%年徑流總量控制率的調(diào)畜容積要求。

        圖5 沿河溢流管及調(diào)蓄池總平面設(shè)計圖

        通過MIKE DHI建模分析評估確認(rèn),該工程實施后:

        (1)年徑流總量控制率:78.2%,滿足工程目標(biāo)大于75%的要求。

        (2)現(xiàn)狀年徑流污染物削減率:典型年總溢流次數(shù)由現(xiàn)狀的29次減少為13次。總溢流次數(shù)減少率為55%;在重現(xiàn)期為1~10a情況下,SS削減率為53.53%~75.27%,滿足工程目標(biāo)>50%要求;重現(xiàn)期10~50年情況下,SS削減率為41.74~46.08%,接近工程目標(biāo)。

        (3)年入河污染物總量:COD、SS、TP、NH3-N年入河量分別為76.59t、58.85t、0.36t、5.55t,滿足目標(biāo)要求。

        (4)現(xiàn)狀內(nèi)澇風(fēng)險評估:在30年一遇6小時及以上的降雨情況下,內(nèi)澇防治均達(dá)到要求,2小時高強度的降雨有小片區(qū)域有大于15cm的短歷時小于半個小時的積水;在50年一遇的超標(biāo)降雨情況下,2小時高強度的降雨仍會造成大面積的內(nèi)澇,最大積水深度近1m但未超1m,主要區(qū)域還是集中在山下路低洼地帶。因此,方案能夠滿足內(nèi)澇防治的工程目標(biāo)要求,但對于在超標(biāo)降雨條件下的山下路須制定相應(yīng)的內(nèi)澇緊急處理預(yù)案。

        項目建成后,將有效改善萍鄉(xiāng)市的水生態(tài)、水安全、水環(huán)境、水資源和水文化狀況。

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