梁文芝 東莞市水務(wù)工程建設(shè)運(yùn)營中心

1.引言

城鎮(zhèn)內(nèi)澇是影響城市發(fā)展的一個(gè)重要因素，洪澇嚴(yán)重時(shí)將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至是人員傷亡，后果嚴(yán)重。合理分析城鎮(zhèn)內(nèi)澇原因，采取針對(duì)性的措施是緩解城鎮(zhèn)內(nèi)澇的有效方法。水動(dòng)力模型是水文、水利工程研究中常用的方法，其具備建模簡便，計(jì)算速度快、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)勢。在工程實(shí)踐中取得了良好的效果。

東莞大坪村現(xiàn)狀內(nèi)澇現(xiàn)象較為嚴(yán)重，城鎮(zhèn)洪澇排水難度高，易積水，嚴(yán)重影響到居民的正常生活，不利于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，亟需采取相關(guān)治理措施，緩解內(nèi)澇頻發(fā)的現(xiàn)象。

2.水動(dòng)力模型建立

管網(wǎng)水動(dòng)力模型的參數(shù)設(shè)置，決定了模型模擬的準(zhǔn)確性。在一維管網(wǎng)水動(dòng)力模型中，主要涉及的參數(shù)有：平均坡面流速，模擬時(shí)間步長，管道曼寧數(shù)，檢查井局部水頭損失。這些參數(shù)的設(shè)置如表1所示。

表1 水動(dòng)力模型中的參數(shù)設(shè)置

將以管網(wǎng)普測中的Excel數(shù)據(jù)作為源數(shù)據(jù)導(dǎo)入MIKE URBAN，經(jīng)過管網(wǎng)梳理簡化后，建立易澇點(diǎn)的排水管網(wǎng)模型。

在大坪村現(xiàn)狀管網(wǎng)模型中：包含562個(gè)子匯水區(qū)、總面積204.13ha，檢查井512個(gè)、排口4個(gè)、圓管507根、涵管5根，總長15.79km，檢查井的地面標(biāo)高最高標(biāo)高為56.68m，最低地面標(biāo)高為34.46m。所有檢查井的地面標(biāo)高在合理的范圍之內(nèi)，變化幅度不大。通過統(tǒng)計(jì)分析，圓管最小的尺寸為DN200，最大為DN2000，方涵尺寸在200×300～2000×2000之間。

采用MIKE21軟件建立地面漫流子模型，在1：1000的地形處理基礎(chǔ)上模擬地表坡面流的水力學(xué)過程。二維地面漫流子模型中，曼寧系數(shù)根據(jù)不同用地類型設(shè)置，設(shè)置網(wǎng)格計(jì)算水深小于0.02m為干水深，超過0.03m為濕水深，即當(dāng)水深小于干水深時(shí)，這部分水量不計(jì)入水力計(jì)算，超過濕水深的積水才會(huì)進(jìn)行二維地表漫流水力計(jì)算。

3.大坪村易澇點(diǎn)現(xiàn)狀內(nèi)澇模擬結(jié)果評(píng)估

3.1 現(xiàn)狀內(nèi)澇模擬

在5年一遇設(shè)計(jì)降雨工況下，使用現(xiàn)狀內(nèi)澇模型評(píng)估大坪村研究區(qū)域的城市內(nèi)澇積水情況。通過數(shù)值模型法得最大積水深度和積水時(shí)間對(duì)城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。經(jīng)模型結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析大坪村現(xiàn)狀5年一遇設(shè)計(jì)降雨工況下平均最大積水深度圖如圖3所示。研究區(qū)域的最大積水深度為0.6m，積水面積為0.05km2。

圖1 大坪村研究區(qū)域現(xiàn)狀管網(wǎng)模型圖

圖2 大坪村地面漫流子模型地形數(shù)據(jù)

圖3 大坪村現(xiàn)狀最大積水深度圖

依照內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)5年一遇設(shè)計(jì)降雨的城市內(nèi)澇進(jìn)行現(xiàn)狀內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分析，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)果如圖4所示。其中，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積為0.024km2，中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積為0.016k m2，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積為0.016km2。

圖4 大坪村現(xiàn)狀5年一遇設(shè)計(jì)降雨工況下內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖

3.2 現(xiàn)狀內(nèi)澇結(jié)果分析

大坪村易澇點(diǎn)位于四黎南路以西、林坪路以北區(qū)域，通過現(xiàn)狀模擬分析可知，易澇點(diǎn)在5年一遇設(shè)計(jì)降雨情況下，存在大范圍積水的風(fēng)險(xiǎn)，并且積水深度深、時(shí)間長、不易退去。以下針對(duì)該工況下的現(xiàn)狀模擬情況，分析易澇點(diǎn)區(qū)域積水的主要原因。

表2 大坪村管網(wǎng)匯流模塊統(tǒng)計(jì)表

①管道排水能力不足。易澇點(diǎn)附近管道排水能力不足為造成易澇點(diǎn)內(nèi)澇的主要原因之一。坪園路上的兩根DN400雨水管，管徑偏小。在雨峰期間，管網(wǎng)系統(tǒng)無法及時(shí)排水，管道中的最高水頭線超過了地面線，因此坪園路的管道會(huì)發(fā)生短時(shí)間雨水溢流至地面的情況。坪園路以北為城中村，土地硬化程度大，易澇點(diǎn)附近綜合徑流系數(shù)達(dá)到70%，產(chǎn)流量增大，增大了管道排水壓力。

②地形影響。5年一遇降雨下，排水來不及導(dǎo)致管網(wǎng)溢流，積水在地面上通過地表漫流，流向并匯集在地勢相對(duì)低洼處，而本次大坪村歷史易澇點(diǎn)位于四黎南路以西、林坪路以北區(qū)域，通過易澇點(diǎn)與地形圖的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，易澇點(diǎn)地勢相較于周邊地勢較低，從四周管網(wǎng)內(nèi)溢流出來的雨水容易在交叉口處匯集并形成積水風(fēng)險(xiǎn)，并且由于該段區(qū)域以道路為主，硬化程度大，最終造成區(qū)域積水且長時(shí)間不易退去。

4.方案治理效果分析

4.1 方案設(shè)計(jì)

為改善大坪村的內(nèi)澇現(xiàn)狀，擬新建雨水管道，起于坪園路，由西向東約170m，管徑為1m；到四黎南路后管徑擴(kuò)大為1.2m，倒虹穿過四黎南路，再沿內(nèi)部村道由西北向東南敷設(shè)約160m；接入現(xiàn)狀雨水溝后，管徑擴(kuò)大為1.5m，由北向南敷設(shè)約133m；接入現(xiàn)狀雨水明渠后，管徑擴(kuò)大為1.65m，由南向北敷設(shè)約375m，最終接入堅(jiān)朗地塊雨水箱涵。

堅(jiān)朗箱涵晴天現(xiàn)狀水位是33.93m，作為方案新增的外界水位邊界條件。降雨邊界條件與現(xiàn)狀內(nèi)澇模型保持一致，地表漫流模型不變。

4.2 方案內(nèi)澇模擬結(jié)果評(píng)估

在5年一遇設(shè)計(jì)降雨工況下，使用內(nèi)澇模型評(píng)估大坪村研究區(qū)域的城市內(nèi)澇積水情況。通過數(shù)值模型法得最大積水深度和積水時(shí)間對(duì)城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。經(jīng)模型結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析大坪村現(xiàn)狀5年一遇設(shè)計(jì)降雨工況下平均最大積水深度圖如圖6所示。在方案下，積水情況顯著消除，研究區(qū)域的平均最大積水深度為0.25m，積水面積為0.0441km2。

圖5 治理方案管網(wǎng)模型圖

圖6 大坪村方案下最大積水深度圖

依照內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)5年一遇設(shè)計(jì)降雨的城市內(nèi)澇進(jìn)行方案內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分析，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)果如圖7所示。其中，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積為0.0212km2，中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積為0.0126km2，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積為0.0099km2。

圖7 大坪村方案5年一遇設(shè)計(jì)降雨工況下內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖

圖8 大坪村現(xiàn)狀、方案易澇點(diǎn)積水情況對(duì)比圖

圖9 大坪村現(xiàn)狀、方案內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)情況對(duì)比圖

易澇點(diǎn)工況對(duì)比。大坪村現(xiàn)狀、方案針對(duì)易澇點(diǎn)的內(nèi)澇模擬結(jié)果總結(jié)見表3和表4。

表3 5年一遇降雨條件下各工況易澇點(diǎn)內(nèi)澇情況總結(jié)表

表4 5年一遇降雨條件下各工況易澇點(diǎn)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果總結(jié)表

5.結(jié)論

通過模型模擬分析，現(xiàn)狀大坪村易澇點(diǎn)附近管網(wǎng)排水能力不暢導(dǎo)致管網(wǎng)溢流以及易澇點(diǎn)地勢低洼是造成內(nèi)澇的主要原因。利用模型模擬驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，從易澇點(diǎn)處開始增設(shè)雨水管道，起于坪園路，最終接入堅(jiān)朗地塊雨水箱涵，管徑依次為1m、1.2m、1.5m和1.65m，可以有效緩解易澇點(diǎn)內(nèi)澇積水情況。