陳辰斌,林常春,周勝昔

(浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310030)

近年來,全國(guó)范圍內(nèi)各大城市極端降雨導(dǎo)致的內(nèi)澇事件頻發(fā), 對(duì)人民群眾的生命與財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生了巨大的威脅。在浙江省,尤其是2013年第23號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”更是對(duì)余姚等城市造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)2013年6月住建部的《關(guān)于印發(fā)城市排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃編制大綱的通知》,各地紛紛開展了城市排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃的編制工作。在編制大綱的要求下,此輪的規(guī)劃編制與傳統(tǒng)的雨水規(guī)劃編制相比,又有了更高的要求,需要使用模型軟件對(duì)城市的排水防澇能力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和綜合評(píng)估。本文以筆者參與編制的浙江省長(zhǎng)興縣《長(zhǎng)興縣中心城區(qū)排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃》為例,對(duì)在規(guī)劃編制中模型軟件的使用展開探討與分析。

1 建模軟件及方法

本次規(guī)劃編制過程中使用丹麥水資源及水環(huán)境研究所(DHI)公司的MIKE系列軟件,主要包含一維河網(wǎng)的MIKE11,城市管網(wǎng)模型MIKE URBAN；二維河口和地表水體的MIKE21等模塊。將城市的整體地形標(biāo)高、管網(wǎng)情況、河道情況、降雨參數(shù)等數(shù)據(jù)綜合輸入模型后進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,從而分析得出城市內(nèi)澇發(fā)生時(shí)的實(shí)際積水位置、積水范圍、積水深度、積水時(shí)間等信息,然后對(duì)城市排水防澇能力進(jìn)行綜合評(píng)估,并找出內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)塊。

由于規(guī)劃區(qū)域面積較大,整體建模的參數(shù)資料也很多,為了提高建模效率，縮短建模工作時(shí)間,在本次規(guī)劃的過程中,對(duì)于模型軟件的使用分為兩個(gè)層次。第一層次為大尺度的對(duì)城市整體的內(nèi)澇情況進(jìn)行粗分析,找出內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域；第二層次為對(duì)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)較高區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)小區(qū)塊的細(xì)化模型模擬,提高模型的精度使模型模擬情況更貼合實(shí)際,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)研,提出相應(yīng)的改造建議。

1.1 大尺度整體模型的建立

長(zhǎng)興縣中心城區(qū)現(xiàn)狀建成區(qū)總面積約47 km2,根據(jù)2015年4月最新的長(zhǎng)興縣中心城區(qū)管網(wǎng)普查調(diào)查的管道資料,已建成雨水管渠主干管總長(zhǎng)度約193.4 km,合4 115 m/km2。現(xiàn)狀雨水管渠服務(wù)面積約46.43 km2,基本做到了雨水管渠的全覆蓋。由于城市面積較大,管渠資料較多,需要對(duì)管道資料進(jìn)行適當(dāng)?shù)母呕?以減少第一層次大尺度模型建立時(shí)的工作量。將管渠資料中的檢查井?dāng)?shù)量概化至100～200 m一個(gè),既可以反映出管道的大致走向、標(biāo)高、坡度、管徑變化等信息,也可以將管渠資料導(dǎo)入的工作量減少至原先的三分之一左右。現(xiàn)狀地形資料采用長(zhǎng)興縣中心城區(qū)1∶500地形圖,導(dǎo)入ArcGis后轉(zhuǎn)化為10 m×10 m網(wǎng)格大小的模型可使用的地形文件,可使模型在耦合模擬時(shí)的運(yùn)算時(shí)間不至于太長(zhǎng),避免影響項(xiàng)目進(jìn)度。降雨資料分為長(zhǎng)歷時(shí)(24 h)降雨資料和短歷時(shí)(2 h)暴雨資料。長(zhǎng)歷時(shí)降雨資料采用長(zhǎng)興縣氣象站提供的1980以來的每年實(shí)測(cè)最大暴雨資料,根據(jù)排序篩選,選擇20年降雨重現(xiàn)期的實(shí)測(cè)24 h內(nèi)每小時(shí)降雨量資料輸入模型。短歷時(shí)暴雨資料采用《浙江省各城市暴雨強(qiáng)度公式表》中湖州市長(zhǎng)興縣暴雨強(qiáng)度公式,分別計(jì)算重現(xiàn)期為1年、2年、3年、5年的2 h暴雨降雨量,并采用芝加哥降雨雨型進(jìn)行模擬,產(chǎn)生短歷時(shí)模擬暴雨2 h內(nèi)降雨量資料作為邊界條件輸入模型[1]。下墊面參數(shù)由于并無ArcGis地形圖層資料,無法直接使用軟件計(jì)算每個(gè)集水區(qū)的徑流系數(shù),故在中心城區(qū)每個(gè)行政區(qū)域內(nèi)分別選擇典型區(qū)塊計(jì)算其綜合徑流系數(shù),用來代表此行政區(qū)域整體的綜合徑流系數(shù)代入模型。由于沒有詳細(xì)的河道斷面形式以及動(dòng)態(tài)水位等數(shù)據(jù),此處模擬暫設(shè)置水位固定為20年重現(xiàn)期洪水水位[2]。

根據(jù)2 h短歷時(shí)暴雨模擬結(jié)果,統(tǒng)計(jì)得出長(zhǎng)興縣中心城區(qū)雨水管渠的重現(xiàn)期分布情況見表1。

表1 管道重現(xiàn)期統(tǒng)計(jì)表

再根據(jù)模型模擬的長(zhǎng)歷時(shí)24 h降雨情況,根據(jù)積水的深度及時(shí)間，積水區(qū)塊所處的位置，區(qū)塊用地性質(zhì)，人口密集程度等各因素疊加排序后,劃分出幾塊存在高內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域[3]。由于長(zhǎng)興縣本身城市建設(shè)時(shí)對(duì)地面標(biāo)高的控制較好,地面標(biāo)高普遍高于河道常水位標(biāo)高較多,所以雖然管道重現(xiàn)期小于1年的雨水管渠比例大于一半,但在長(zhǎng)歷時(shí)模擬的結(jié)果看來存在長(zhǎng)時(shí)間積水的區(qū)域仍然不是很多,整體的排水防澇能力較好。本次模擬只選出內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高的6處區(qū)域,分布情況見圖1及表2。

圖1 城市高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域位置分布圖

編號(hào)所屬街道所處位置片區(qū)面積/hm2用地性質(zhì)人口密集程度①經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)合溪新港路、長(zhǎng)興大道區(qū)塊18.20居住用地中等②經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)白溪大道、圣旨廟港之間區(qū)塊40.52工業(yè)用地中等③經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)圖影大道、張王塘港區(qū)塊20.59居住、學(xué)校用地密集④回龍山新區(qū)花園路、畫溪大道之間區(qū)塊13.93居住用地中等⑤老城區(qū)縣前西街、紫金路區(qū)塊10.69居住用地密集⑥老城區(qū)太湖東路、金竹路之間區(qū)塊7.63居住、商業(yè)用地密集

接下來再分別對(duì)這幾個(gè)區(qū)塊進(jìn)行第二層次的細(xì)化模型模擬分析。本文由于篇幅受限,暫選擇長(zhǎng)興縣中心城區(qū)護(hù)城河范圍內(nèi)的老城區(qū)區(qū)塊為例,其余區(qū)塊的分析方法也與此相同,暫不贅述。

1.2 小范圍詳細(xì)模型的建立

長(zhǎng)興縣老城區(qū)區(qū)塊面積約為0.85 km2,四周被護(hù)城河環(huán)繞,為長(zhǎng)興縣最核心區(qū)塊,人口密集,重要性高,且由于區(qū)塊被護(hù)城河環(huán)繞,邊界條件相對(duì)獨(dú)立,不易受周圍其他區(qū)塊的內(nèi)澇影響,適合進(jìn)行詳細(xì)模擬分析。詳細(xì)模型所需的管渠資料有別于大尺度模型的管渠資料,需重新導(dǎo)入模型。導(dǎo)入過程無需進(jìn)行概化,應(yīng)按照實(shí)際管網(wǎng)普查情況,依次將每個(gè)檢查井(約30～50 m間隔)的詳細(xì)標(biāo)高等參數(shù)導(dǎo)入模型,真實(shí)地反映管渠的實(shí)際走向、標(biāo)高、坡度、管徑變化等信息，以提高模型模擬的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)狀地形資料采用長(zhǎng)興縣中心城區(qū)1∶500地形圖老城區(qū)范圍內(nèi)地形,導(dǎo)入ArcGis后轉(zhuǎn)化為5 m×5 m網(wǎng)格大小的模型可使用的地形文件,由于詳細(xì)模型的模擬范圍面積較大尺度模型要小很多,所以雖然提高了地形精度也不至于使耦合模擬時(shí)的運(yùn)算時(shí)間太長(zhǎng)。下墊面參數(shù)根據(jù)1∶500地形圖上的信息,分為房屋、硬化地面、道路、綠地、河流水體,分別框出邊界范圍并設(shè)定不同的徑流系數(shù),通過軟件計(jì)算得出每個(gè)集水區(qū)準(zhǔn)確的徑流系數(shù),使得模擬結(jié)果更貼近實(shí)際。在之前建立大尺度整體模型時(shí),根據(jù)選取的典型區(qū)塊計(jì)算得出老城區(qū)附近核心區(qū)塊的整體綜合徑流系數(shù)為0.7,根據(jù)本次詳細(xì)模型計(jì)算得出的每個(gè)集水區(qū)的面積及徑流系數(shù)值,反算得出老城區(qū)整體綜合徑流系數(shù)為0.67,與之前大尺度模型中估算的值相差不大。其他降雨參數(shù)、河道水位參數(shù)與大尺度模型模擬時(shí)保持一致。

2 模擬結(jié)果分析及建議改造方案

2.1 模擬結(jié)果分析

根據(jù)模擬結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況,確認(rèn)老城區(qū)范圍內(nèi)在重現(xiàn)期5年一遇的短歷時(shí)暴雨情況下會(huì)短時(shí)出現(xiàn)150 mm以上積水的區(qū)域主要有4處,在重現(xiàn)期20年一遇的長(zhǎng)歷時(shí)暴雨情況下會(huì)較長(zhǎng)時(shí)間存在150 mm以上積水的區(qū)域主要有1處。詳細(xì)模擬結(jié)果見圖2、圖3,模擬結(jié)果分析見表3。

項(xiàng)目區(qū)域位置道園路長(zhǎng)興縣機(jī)關(guān)幼兒園門口長(zhǎng)春北路與東魚巷交叉口附近縣前中街與金陵中路交叉口東南側(cè)米行弄南側(cè)小區(qū)內(nèi)積水時(shí)間/min80909075最大積水深度/m0.250.40.40.3積水面積/m21 8002 2756 1002 950內(nèi)澇成因路面局部下凹0.2～0.4 m,且周邊地塊標(biāo)高較高,暴雨時(shí)在路面局部形成較深積水路面標(biāo)高大大低于周圍0.7～1.2 m,暴雨時(shí)易形成較深積水路面標(biāo)高低于周圍兩條主干道標(biāo)高0.3 m,導(dǎo)致暴雨時(shí)無法排盡的雨水斗匯流到此處低洼帶老小區(qū)內(nèi)部標(biāo)高低于外圍新建道路標(biāo)高,且內(nèi)部雨水管網(wǎng)不完善,易形成積水建議改造方案[4]將路面局部低洼處填平,并將路邊綠化帶做下沉式改造將道路西側(cè)綠化帶改造為下沉式綠化帶作為臨時(shí)調(diào)蓄,并結(jié)合遠(yuǎn)期東側(cè)地塊改造適當(dāng)抬高路面標(biāo)高將人民中路與洲橋街交叉口的標(biāo)高適當(dāng)降低,使暴雨時(shí)雨水可通過路面行泄至區(qū)塊2處設(shè)置的下沉式綠化帶中遠(yuǎn)期為規(guī)劃道路,改造時(shí)根據(jù)規(guī)劃道路標(biāo)高抬高地面,并按照規(guī)劃計(jì)算鋪設(shè)相應(yīng)管徑的雨水管道

2.2 改造方案效果評(píng)估

根據(jù)提出的改造方案及建議,將模型參數(shù)與資料調(diào)整后,再次運(yùn)行后得出新的模擬結(jié)果見圖4、圖5,結(jié)果分析見表4。

表4 改造后模擬結(jié)果分析表

圖4 短歷時(shí)降雨模擬結(jié)果圖(改造后)

圖5 長(zhǎng)歷時(shí)降雨模擬結(jié)果圖(改造后)

根據(jù)模擬結(jié)果可以分析得出,如能按建議的改造方法對(duì)存在積水風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?積水時(shí)間、深度以及積水面積都會(huì)相應(yīng)的減少,暴雨時(shí)來不及排盡的雨水多被積蓄在設(shè)置的下沉式綠化帶內(nèi),使得道路上的積水深度大大減小,可滿足車輛通行的要求,減少對(duì)交通的影響。文中所述的推薦改造方案,僅是從規(guī)劃層面出發(fā),對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)澇點(diǎn)提出的建議性改造措施,在實(shí)際的城市內(nèi)澇點(diǎn)改造過程中,還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況詳細(xì)分析改造措施的可行性,制定切實(shí)可行的工程實(shí)施方案,使改造后的排澇措施能更好地發(fā)揮作用,真正提高城市的應(yīng)急排澇能力。

3 結(jié) 語

本文所述的模擬分析方法適用于規(guī)劃面積較大城市的排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃的編制工作,將規(guī)劃的建模工作分為大尺度整體模型和小范圍詳細(xì)模型兩個(gè)層次,旨在提高整體建模工作效率,同時(shí)也保證模型的準(zhǔn)確性,使得模擬結(jié)果能較好地貼合實(shí)際。文中所述的幾種改造措施僅為筆者在參與編制《長(zhǎng)興縣中心城區(qū)排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃》時(shí),根據(jù)長(zhǎng)興縣的情況思考的幾種推薦方案,并不一定具備普遍適用性,各地還是應(yīng)結(jié)合地方實(shí)際,充分分析內(nèi)澇形成原因,尋求符合自身實(shí)際條件的解決方案。此外,文中所述模型的準(zhǔn)確性以及改造方案的有效性也有待后續(xù)的實(shí)踐來檢驗(yàn)。