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        岳陽老城區(qū)易澇點治理措施研究

        2021-09-10 03:16:19吳顏科
        交通科技與管理 2021年10期
        關(guān)鍵詞:內(nèi)澇

        吳顏科

        摘 要:岳陽老城區(qū)現(xiàn)狀排水系統(tǒng)設(shè)計標準偏低,每逢汛期,低洼片區(qū)常出現(xiàn)積水問題,對居民日常出行造成影響。因受建設(shè)條件制約,通過排水系統(tǒng)翻排或者源頭治理方式解決內(nèi)澇問題難度較大。本文以高家巷片區(qū)積水點改造為實例,在管網(wǎng)末端增設(shè)離線調(diào)蓄塘,并采用脫過系數(shù)與SWMM模型分別計算池容,以期對城市內(nèi)澇治理工程提供思路與方法支撐。

        關(guān)鍵詞:內(nèi)澇;雨水調(diào)蓄;SWMM模型;有效容積

        在城市快速發(fā)展以及全球氣候變化的背景下,城市內(nèi)澇問題日益頻發(fā),暴露出城市排水系統(tǒng)存在的問題[1]。新城區(qū)建設(shè)過程中可通過雨水管道重現(xiàn)期的提升或降低徑流系數(shù)方式,有效的避免內(nèi)澇問題。老但城區(qū)往往存在規(guī)劃不合理或歷史欠賬問題,導致排水系統(tǒng)較為復雜,建設(shè)條件差,改造難度較大,是當今老城區(qū)排水系統(tǒng)改造過程中面臨的難點問題。筆者以岳陽高家巷易澇區(qū)為例,通過離線調(diào)蓄方式緩解內(nèi)澇問題,以期為相關(guān)工程提供借鑒。

        1 項目概況

        岳陽高家巷易澇區(qū)位于岳陽市主城區(qū),排水體制為雨、

        污分流制。本工程雨水匯水分區(qū)面積約33 ha。區(qū)域現(xiàn)狀內(nèi)的雨水主要通過1.5 m×1.5 m雨水溝渠自南向北排入東風湖(系統(tǒng)圖詳見圖1),東風湖最高水位27.5 m。內(nèi)澇主要積水段為高家巷與易家巷交叉口附近,該處地勢較低(與周邊地塊高差約2 m)。且此點設(shè)有一處雨水溝渠檢查口(格柵蓋板)。跟據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,大暴雨時期,雨水主要通過檢查口溢流至周邊地塊,產(chǎn)生“涌水”現(xiàn)象,周邊居民住宅內(nèi)積水深度最高可達1.5 m,嚴重威脅到居民的生命安全與財產(chǎn)安全。管渠CCTV檢測結(jié)果顯示,雨水溝渠健康情況良好,不存在結(jié)構(gòu)性或功能性缺陷情況。

        2 高家巷地塊內(nèi)澇原因分析

        研究表明,導致城市內(nèi)澇原因眾多,可以概括為以下幾點[2]:(1)下游水位頂托,導致雨水重力自流無法順利排放,低洼地區(qū)容易出現(xiàn)內(nèi)澇;(2)原有雨水系統(tǒng)設(shè)計標準偏低,排水能力不足;(3)城市總體雨水調(diào)蓄能力降低;(4)因全球氣候變暖,暴雨強度逐年增大,極端天氣頻發(fā);(5)隨著城市發(fā)展,透水性地面不斷減少。從本工程角度出發(fā),引發(fā)內(nèi)澇的直接原因從下游頂托與排水能力兩點進行解析。高家巷地塊最低點地面標高為29.64 m,

        排放水體最高水位27.5 m,管渠水損為0.98 m,利用重力自流可滿足排放要求。借助水力計算及SWMM模型,分別在P=1年與P=3年條件下對現(xiàn)狀管渠排水能力進行分析。水力計算詳見表1,當暴雨重現(xiàn)期P取1年時,設(shè)計流量與管渠的最大過流能力差值為+62.56 L/s,滿足地塊雨水排放要求;當暴雨重現(xiàn)期P取3年時,設(shè)計流量與管渠的最大過流能力差值為-1 276.75 L/s,設(shè)計流量已超過其最大排放能力。

        利用SWMM模型分別模擬暴雨重現(xiàn)期P=1、P=3年情況下,管渠內(nèi)不同時刻的水位變化情況。根據(jù)模型動態(tài)演示結(jié)果,雨水管渠在暴雨重現(xiàn)期P=1情況下,所有節(jié)點均未出現(xiàn)超負荷運行情況。當暴雨重

        現(xiàn)期P=3年時,節(jié)點5出現(xiàn)內(nèi)澇積水現(xiàn)象。縱斷面水位變化(暴雨重現(xiàn)期P=3)請詳見圖2。通過兩種方法分析可知,現(xiàn)狀排水管渠尺寸偏小是本區(qū)域產(chǎn)生內(nèi)澇的關(guān)鍵原因。

        3 易澇點改造方案

        3.1 總體方案

        高家巷片區(qū)位于老城區(qū),現(xiàn)狀道路下管線錯綜復雜,工程建設(shè)實施難度較大,若采用灰色調(diào)蓄池形式,工程造價較高。基于以上原因,并結(jié)合景觀以及現(xiàn)場用地等情況,本工程在高家巷與易家巷附近設(shè)置離線調(diào)蓄塘。通過溢流管道將雨水箱涵與調(diào)蓄塘相連。小雨時期,雨水直接排放至東風湖;暴雨時期,雨水管渠內(nèi)出現(xiàn)超負荷運行現(xiàn)象時,“過載”雨水通過溢流管排入擬建雨水塘內(nèi),其原理如下圖3所示。待天晴后,塘內(nèi)儲存的雨水通過重力管渠與提升泵排放至箱涵內(nèi)。

        3.2 調(diào)蓄塘容積確定

        調(diào)蓄設(shè)施容積計算方法并不唯一,根據(jù)《城鎮(zhèn)雨水調(diào)蓄池技術(shù)規(guī)程》(GB1174-2017)[4],調(diào)蓄設(shè)施用于削減洪峰流量時,其容積可采用出、入流過程線法。當受條件制約時,可采用脫過系數(shù)公式。因調(diào)蓄設(shè)施容積與造價、排澇效果密切相關(guān),且一旦實施完成將難以改造,是工程設(shè)計過程中極為重要一環(huán)[3]。因此,本次調(diào)蓄塘容積的計算分別采用SWMM模型以及傳統(tǒng)脫過系數(shù)公式兩種方法相互對比后確定,以期為調(diào)蓄設(shè)施設(shè)計提供參考。根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》GB50014-2006(2016版),內(nèi)澇重現(xiàn)期標準P取30年。

        3.2.1 脫過系數(shù)法

        V=[-(0.16/n1.2+b/t×0.5/(n+0.2)+1.1)]lg(a+0.3)+0.215/n0.15]×Q×t

        式中:V --調(diào)蓄池有效容積m3;

        b、n--暴雨強度參數(shù);

        t--降雨歷時min;

        a--脫過系數(shù),取值為調(diào)蓄塘下游設(shè)計流量和上游設(shè)計流量之比;

        Q--上游設(shè)計流量(m3/min)。

        有相關(guān)研究表明[5],采用傳統(tǒng)脫過系數(shù)公式計算,管道達到最大設(shè)計流量時,對應池容非最大,應適當延長相應降雨歷時。因此,本次降雨歷時分別選用t=20 min(對應最大設(shè)計流量),40 min,60 min,70 min(當降雨歷時進一步取高值時,上游設(shè)計流量將小于下游設(shè)計流量),計算結(jié)果見下表所示。

        由表2可知,隨著降雨歷時取值不斷增大,調(diào)蓄塘計算池容呈遞減趨勢,當設(shè)計流量最大時(即降雨歷時取20 min),調(diào)蓄池池容最大。

        3.2.2 SWMM模型法

        SWMM是由美國環(huán)保部門研發(fā)的一種可動態(tài)模擬徑流過程的計算程序。本工程所采用的降雨事件模擬是根據(jù)暴雨強度公式合成,單次降雨歷時取180 min,芝加哥雨峰系數(shù)取0.4。模型參數(shù)設(shè)定依據(jù)相關(guān)文獻[6]與SWMM模型手冊[7]。在概化模型中(見圖4),研究區(qū)域共分為8個分區(qū),7個節(jié)點,本工程在節(jié)點5附近設(shè)置離線調(diào)蓄塘,即節(jié)點7。根據(jù)相關(guān)研究,在假定調(diào)蓄塘不發(fā)生溢流前提下(即設(shè)置調(diào)蓄塘的體積無限大),降雨量隨著降雨時間的不斷增加,而調(diào)蓄設(shè)施進水量逐漸降低為零,調(diào)蓄容積趨向于定值,此值即為有效調(diào)蓄容積。

        模擬結(jié)果如圖5所示,結(jié)果表明在初雨時期,所收集雨水將直接外排,調(diào)蓄塘儲水體積為零。當降雨0.8 h后,調(diào)蓄塘蓄水量不斷增加。降雨歷時大于1.25 h后,蓄水量可達6 000 m3。結(jié)合表2可知,采用脫過系數(shù)法時計算容積為5 895.02 m3,與采用SWMM模型模擬結(jié)果相近。為確保排澇效果,取兩者最大值。因此本工程調(diào)蓄池有效池容采用6 000 m3。

        3.3 調(diào)蓄塘出水設(shè)計

        調(diào)蓄塘出水方式可分為重力流與壓力流兩種形式。因受標高限制,設(shè)計中往往采用單一壓力出水形式,雖然技術(shù)可行,但不利于節(jié)能。本方案采用重力與壓力流相結(jié)合形式。調(diào)蓄塘內(nèi)9.0 m~10.0 m水位區(qū)間的存儲雨水(本工程雨水箱涵涵底標高9.0 m,10.0 m為調(diào)蓄塘最高水位)通過DN600管道重力排放至1.5 m×1.5 m雨水管涵,調(diào)蓄塘7.5 m~9.0 m

        水位區(qū)間的雨水(7.0 m為調(diào)蓄塘最低水位)通過2臺140 m3/h提升泵排出。

        t=V/3 600Q'η

        式中:t--放空時間h;

        Q'--下游排水管道的受納能力m3/s;

        η--排放效率,一般取0.3~0.9,本次設(shè)計取0.9。

        考慮到重力與壓力排放動態(tài)疊加,排放時間按最不利情況考慮,即全部按照壓力排放。排空時間t由上式計算得出約為24 h。

        4 結(jié)論

        (1)本工程自2019年竣工以來,高家巷內(nèi)澇情況基本消除,取得良好環(huán)境效益與社會效益。(2)當采用脫過系數(shù)法公式,降雨歷時在采用管渠最大設(shè)計流量條件下,調(diào)蓄塘容積最大。(3)調(diào)蓄容積是本工程設(shè)計的核心內(nèi)容,從計算結(jié)果看,脫過系數(shù)公式與SWMM模型略有差異,在進行調(diào)蓄設(shè)計時,可采用兩種方法相互校核。

        參考文獻:

        [1]唐磊,周飛祥,等.北方城市典型內(nèi)澇積水問題的系統(tǒng)化解決方案[J].中國給水排水,2020,36(13):139-144.

        [2]漢京超,俞士靜,等.沿海平原河網(wǎng)城市排水防澇典型問題及對策分析[J].中國給水排水,2020,36(4):30-34.

        [3] 邵澤巖,馮燕.基于SWMM的雨水調(diào)蓄池容積研究 [J]. 工業(yè)用水與廢水,2017,48(4):47-50.

        [4]GB51174-2017,城鎮(zhèn)雨水調(diào)蓄工程技術(shù)規(guī)范[S].

        [5]白云生.用于削減洪峰流量調(diào)蓄池池容計算探討[J]. 給水排水,2020,46(增刊):445-448.

        [6]秦佳偉.基于SWMM對雨水管網(wǎng)中調(diào)蓄池及雨水泵站優(yōu)化設(shè)計的研究[D].南華大學,2015.

        [7]ROSSMAN L A.Storm water management model user's manual[R].2009.

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