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        基于PCSWMM模型的山體水安全治理研究

        2020-11-28 01:50:32李洋洋張崴棟鄒福建魏海峰
        治淮 2020年10期
        關(guān)鍵詞:水溝內(nèi)澇徐州市

        李洋洋 張崴棟 鄒福建 黃 偉 蘇 永 魏海峰

        (1.徐州市水利建筑設(shè)計(jì)研究院 2.徐州市銅山區(qū)房村水利站 徐州 221100)

        1 引言

        2012年4月,《2012 低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》首次提到了“海綿城市”這一概念。2013年12月,習(xí)近平總書記在《中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議》的講話中所強(qiáng)調(diào):“要讓城市融入大自然,不要花大氣力去劈山填海,很多山城、水城很有特色,完全可以依托現(xiàn)有山水脈絡(luò)等獨(dú)特風(fēng)光,讓居民望得見山、看得見水、記得住鄉(xiāng)愁;解決城市缺水問題,必須順應(yīng)自然?!睘榱素瀼睾吐鋵?shí)總書記講話和會(huì)議精神,2013年徐州市全面開展海綿城市建設(shè)工作。2016年7月,江蘇省第一批海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市新增加一座城市——徐州市。

        2 工程概況

        項(xiàng)目區(qū)位于徐州市主城區(qū)西部。項(xiàng)目區(qū)建設(shè)重要的內(nèi)容為截水溝工程,更是該區(qū)域澇防治的重要措施。截水溝工程范圍內(nèi)遍布多條道路,人口聚集,山體面積較大,項(xiàng)目區(qū)地面高程起伏較大,是淹、澇的重災(zāi)區(qū),并且由于徐州市發(fā)展建設(shè)、地塊開發(fā),區(qū)內(nèi)多條排澇溝渠被填埋,使項(xiàng)目區(qū)的防洪排澇任務(wù)加重。為消除項(xiàng)目區(qū)山體的排澇問題,保護(hù)周邊居民的人身財(cái)產(chǎn)安全、提高城市品位以及促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

        3 模型介紹

        為進(jìn)一步復(fù)核、初擬截水溝斷面數(shù)據(jù)是否可以滿足海綿城市對(duì)水安全的要求,本次采用PCSWMM軟件,二維模擬淹水程度來對(duì)其進(jìn)行分析。

        該軟件是加拿大水利局根據(jù)EPA SWMM 軟件,集成了其各種功能之后進(jìn)行再的一款用于商也用途的軟件,使其模擬過程更加方便、更加明了。

        其被應(yīng)用于綠色工程設(shè)施設(shè)計(jì)、2D 建模、整體模型、水質(zhì)分析、防洪排澇系統(tǒng)計(jì)算、實(shí)時(shí)控制管理和洪水風(fēng)險(xiǎn)分析等方面。該軟件擁有模塊有水文模擬、水動(dòng)力模擬,能夠模擬降雨地表產(chǎn)流、地表匯流,支持1D、2D 模型的耦合,可模擬降雨產(chǎn)生的水流及水流中雜物移動(dòng)的過程,對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,也可對(duì)因暴雨產(chǎn)生的水流有關(guān)的水量及水質(zhì)問題進(jìn)行進(jìn)一步分析。

        4 方案設(shè)計(jì)及計(jì)算結(jié)果

        4.1 水文分析

        4.1.1 降雨數(shù)據(jù)

        根據(jù)實(shí)際情況,選用SWMM 模型建立研究截水溝集水范圍內(nèi)暴雨產(chǎn)匯流模型,并根據(jù)模型結(jié)果進(jìn)行截水溝工程優(yōu)化設(shè)計(jì)。由《江蘇省暴雨參數(shù)圖集》(2005年),查算徐州市24h 歷時(shí)5年一遇、10年一遇、20年一遇以及30年一遇的點(diǎn)雨量,經(jīng)點(diǎn)面轉(zhuǎn)換得到不同重現(xiàn)期下的設(shè)計(jì)降雨量。

        采用江蘇省暴雨等值線圖法對(duì)各重現(xiàn)期設(shè)計(jì)降雨進(jìn)行時(shí)程分配,將其作為產(chǎn)匯流模型的輸入降雨。軟件計(jì)算采用30年一遇24h 的設(shè)計(jì)降水過程,見圖1。

        4.1.2 模型構(gòu)建及分析

        SWMM 模型參數(shù)分為兩部分,產(chǎn)流過程參數(shù)、匯流過程參數(shù)。根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式及降雨雨型,結(jié)合海綿示范區(qū)規(guī)劃地形以及受納水體30年一遇設(shè)計(jì)洪水位,利用SWMM 研究海綿示范區(qū)截水溝設(shè)計(jì)集水范圍內(nèi)的產(chǎn)、匯流情況,通過模型進(jìn)一步優(yōu)化截水溝斷面設(shè)計(jì)。

        圖1 徐州市30年一遇24h 的降水過程圖

        圖2 現(xiàn)狀內(nèi)澇積水深度示意圖

        圖3 A 線截水溝模擬結(jié)果圖

        圖4 B 線截水溝模擬結(jié)果圖

        圖5 C 線截水溝模擬結(jié)果圖

        圖6 D 線截水溝模擬結(jié)果圖

        圖7 設(shè)置截水溝后的積水區(qū)域分布圖

        表1 集水范圍表

        表2 現(xiàn)狀內(nèi)澇積水深度表

        4.1.3 匯水分析

        根據(jù)排水規(guī)劃圖紙、規(guī)劃豎向以及規(guī)劃用地屬性等參數(shù)建立SWMM 模型,依據(jù)截水溝空間范圍,劃分截水溝的服務(wù)范圍,集水范圍共計(jì)2.79km2,見表1。

        4.2 現(xiàn)狀內(nèi)澇分析

        現(xiàn)狀試點(diǎn)區(qū)內(nèi)在30年一遇重現(xiàn)期降雨條件下,整體內(nèi)澇較嚴(yán)重,主要原因是未開發(fā)地塊存在局部低點(diǎn),管網(wǎng)排水標(biāo)準(zhǔn)低,導(dǎo)致排水不暢;另外現(xiàn)狀王窯河排水能力不足,影響上游管網(wǎng)排水導(dǎo)致周邊地塊積水。按區(qū)域主要分5 個(gè)區(qū)域,見表2?,F(xiàn)狀內(nèi)澇積水深度見圖2。

        4.3 工程布置

        結(jié)合周圍地塊設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為3~5年的規(guī)劃管網(wǎng)布置,本文在試點(diǎn)區(qū)內(nèi)山腳下設(shè)置截水溝,以便于將山體澇水轉(zhuǎn)輸至附近海綿濕地中。

        4.3.1 截水溝平面布置

        海綿城市截水溝工程主要包括:泉潤(rùn)大道東段截水溝(D1~D6 段0.703km)、泉潤(rùn)大道中段截水溝(B2~B3 段0.912km)、車輛段南側(cè)東段截水溝(B1~B2段0.776km)、車輛段南側(cè)西段截水溝(A1~A2 段0.664km)、車輛段西側(cè)截水溝(A2~A3 段0.407km)、支路10 截水溝(C1~C3 段1.582km)和入泉潤(rùn)公園箱涵(A3~A4 段0.888km)。

        4.3.2 模擬結(jié)果

        利用PCSWMM 軟件計(jì)算復(fù)核截水溝斷面尺寸。經(jīng)過PCSWMM 模型模擬,截水溝30年一遇降雨情況下設(shè)計(jì)水面線均低于地面高程。相應(yīng)各段截水溝水力計(jì)算結(jié)果詳見圖3~圖6。

        4.3.3 積水深度

        通過PCSWMM 建模模擬計(jì)算,截水溝實(shí)施后,在規(guī)劃管網(wǎng)建設(shè)完備后,截水溝匯水區(qū)范圍內(nèi)的內(nèi)澇情況有顯著改善,見圖7。其中,區(qū)域1 積水減少,積水在16~34cm;區(qū)域2 徐蕭公路除澇效果良好;區(qū)域3 無截水溝,積水與規(guī)劃管網(wǎng)條件下的情況基本一致;區(qū)域4 產(chǎn)生的效果明顯,積水基本在18~38cm

        5 結(jié)語

        通過PCSWMM 建模軟件計(jì)算了徐州市海綿城市試點(diǎn)區(qū)內(nèi)山體周邊現(xiàn)狀內(nèi)澇情況,并結(jié)合截水溝工程布置,利用PCSWMM 軟件將項(xiàng)目區(qū)內(nèi)澇情況控制在城市建設(shè)要求范圍內(nèi)■

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