水力模型在老城区内涝整治设计中的应用

何建军

(深圳市市政设计研究院有限公司， 广东 深圳 518031)

水力模型在老城区内涝整治设计中的应用

何建军

(深圳市市政设计研究院有限公司， 广东 深圳 518031)

以合肥市安徽农业大学内涝点改造设计为例，在分析主要积涝成因基础上，提出将排水系统按高、低排区划分，通过水力模型的建立，在遭遇外河常洪水位等条件下分别进行评估分析，根据模拟结果优化工程设计，以最小的改造代价将片区排水标准提高至重现期P=5年一遇。

城市内涝；模型软件；工程设计

合肥市市政基础设施经过多年建设，目前已较完善，但汛期高强度的暴雨造成的局部内涝现象每年仍有发生。2013年7月30日，城区局部地区普降大暴雨，降雨集中在蜀山区和庐阳区。由于降雨时间短、强度大，并伴随雷电、大风等强对流天气，造成安徽农业大学(简称，安农大)在内的多个老城区出现内涝[1]。

安农大片区属于南淝河中游南岸，由于历史原因，排水标准低(P=1～1.5)，随着大学生公寓等一系列工程项目的实施，已经成为建设密集区，汛期常受内涝困扰，周边居民和学生深受影响。因此本文以该片区为例，通过排水模型软件分析不同水位影响下片区主要积涝成因，并提出合理的改造设计。

1 研究目标及校核标准

本次研究目标是力求局部管涵段设计改造后，雨水管涵设计重现期达到大城市中心城区P=5年一遇排水标准，排水模型中校核标准为P=5年一遇标准下，城市道路不应有明显积水[2]。

2 研究方法

3 区域排水概况

安农大片区排水系统为老系统，整个汇水面积约3.7 km2，汇集后的雨水经安农大校内部3.2 m×2.5 m箱涵(部分路段为3.6 m×2.2 m箱涵)直接排入南淝河(吴淞高程系下，南淝河百年水位15.66 m，常水位10.20～10.40 m)，详见图1。

由于箱涵过流能力小，加之安农大内局部地面有低点(最低处标高14.50 m)，暴雨及南淝河高水位时排水不及，雨水由低洼处外溢，产生积涝。

为解决安农大内涝问题，在上一轮内涝治理中，将霍山路以北穿越安农大的3.6 m×2.2 m雨水箱涵和d 1500雨水管改线，沿霍山路新建1道4 m×2.5m雨水箱涵，收集老箱涵和管道的雨水后排至肥西路，再沿肥西路排至南淝河，低洼区已新建雨水泵站，接入d 1500雨水管道，详见图2。

因肥西路-霍山路外围地势(标高约21 m)比原安农大地势(标高16 m左右)要高，原合肥市排水规划将安农大片区规划为低排区，规划排涝泵站规模为8 m3/s，因经济原因，该排涝泵站一直未建；规划霍山路-肥西路外围片区为高排区。

尽管4 m×2.5 m雨水箱涵已随肥西路实施，但新老箱涵依旧连通，暴雨时，整个收水范围内雨水仍只通过原安农大内3.6 m×2.2 m～3.2 m×2.5 m雨水老箱涵，而肥西路上新建雨水箱涵收集不到雨水，因此安农大存在内涝风险。

4 解决方案

由于霍山路以北、肥西路以东片区地势较低，标高在南淝河百年洪水位附近，按照低排区(汇水面积约S=0.35 km2)考虑，详见图3。即农大内老箱涵和管道通过设置2道混凝土封堵墙，让霍山路以南上游高排水接入肥西路新建4 m×2.5 m箱涵，将高水撇开，这样整个大汇水片区划为高排区和低排区。详见图4。再分别对高排区雨水系统和低排区雨水系统进行模型软件分析。

5 排水系统模型构建

首先对安农大片区管网进行物探普查、地面数字高程测量等，在 Infoworks CS 软件中导入这些相关数据，插加 GIS 等辅助信息，通过拓扑结构分析和检查后，搭建安农大片区可视化的排水管网模型。

雨型直接采用《合肥市城市排水(雨水)防涝综合规划》[4]中相关资料，为芝加哥雨型。本次模型中采用5年一遇暴雨对模型区域进行模拟与分析。

根据安农大排水系统情况，水力模型中将系统划分为41个集水区，进行径流模拟，详见图5。模型对系统进行合理的简化和概化，管网模型共包含62个节点和54根管段。

张翼等从青岛海水和武汉南湖水中筛选分离出11株小球藻和1株胶网藻[12]，黄秋婷等从吉林工学院荷花池中筛选分离出4株栅藻和1株小球藻[13]。本研究从华南理工大学校内东湖中筛选分离到6株绿藻，18S rDNA鉴定结合采样点筛选分离结果表明这6株微藻分别属于小球藻属与株栅藻，其中 DH1、DH6和DH3分别筛自采样点1表层水样和底层水养，DH4和DH2、DH5分别筛自采样点2表层和底层水养，不同取样点的筛选结果差异可能与不同藻株的生长习性有关。

为分析安农大学生公寓附近排水系统能力，模型中建立了一个方案，即为新箱涵建成后，将老箱涵封堵，上游来水全部由新箱涵排除，老箱涵只承担附近区域排水。

6 排水系统模型分析

6.1 工况1：南淝河常水位——P=5模型分析

五年一遇模型中，其中有长547 m左右的3.0 m×1.7 m箱涵以及长270 m左右的DN 300-400雨水管道为有压运行，根据图6新箱涵干管水力断面图可知，该段带压运行管涵水力线超出现状地面线，会积水，需改造设计，改造箱涵尺寸为3 m×3 m，管道为DN600-800后，能满足要求；而安农大内3.6 m×2.2 m老箱涵只承担该低排区雨水，排水情况较好，无需改造设计，详见图7。

6.2 工况2：南淝河洪水位——P=5模型分析

因工况1已对部分老箱涵按新尺寸改造设计，当南淝河洪水位时，通过软件分析，高排区排水也基本满足P=5年标准，但低排区受到南淝河洪水顶托，需考虑在低排区老箱涵入南淝河口设置排涝闸泵，设计采用拟定排涝泵规模，再通过软件分析是否有内涝出现，通过多次设定分析，最终采用泵站规模为Q=4.0 m3/s。

区域低点标高在15.3 m左右，根据该片区S=0.35 km2，安农大片区按照P=5年一遇重现期计算暴雨为Q=8.0 m3/s，核算过3.6 m×2.3 m雨水老箱涵实际水力坡度为0.2‰。控制地面以下0.5 m为安全水力线，推算当南淝河水位为14.35 m时，需关闸启泵，

泵站选址地面标高15 m，老箱涵出水口底标高9.0 m，泵站启泵水位为10.5 m(1台泵)；10.8 m(2台泵)；11.1 m(3台泵)；泵站停泵水位为9.0 m；泵站报警水位14.65 m。

利用泵的启泵水位与安全水力线之间老箱涵空间进行调蓄，详见图8和图9。通过模型计算分析，在南淝河洪水位时，能保证遭遇五年一遇暴雨区域内未有明显积水，调蓄后泵站规模4.0 m3/s，比原规划8.0 m3/s规模减小一半。

7 结论

(1) 利用Infoworks CS计算机模型软件，对霍山路以南高排区通过模型软件按P=5复核，有内涝积水，利用模型分析找出过流能力不足管涵，通过扩建改造后，能达到P=5的排水标准。

(2) 根据模型计算结果，在安农大内老箱涵出水口增设4.0 m3/s排涝泵站，并充分利用老箱涵调蓄容积，能解除霍山路以北低洼片区在重现期P=5年一遇且遭遇南淝河洪水位顶托时产生内涝的风险。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.住房城乡建设部关于印发城市排水(雨水)防涝综合规划编制大纲的通知[R/OL].(2013-06-18)[2015-01-11].http：//www.mohurd.gor.cn/zcfg/jsbwj-O/jsbwjcsjs/201306/t20130627_214142.html.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.关于印发《住房和城乡建设部城乡建设司2014年工作要点》的通知[R/OL].(2014-02-11)[2015-01-11].http：//www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_O/jsbwjcsjs/2014/t2014_217084.html.

[3] 王泽阳,吴连丰.滨海城市排水防涝对策研究-以厦门市营平片区为例[J].给水排水,2015,41(3):26-30.

[4] 上海市城市建设设计研究总院.合肥市城市排水(雨水)防涝综合规划(2013-2020)[R].合肥：2013.12.

Application of hydraulic model in waterlogging remediation of old city

He Jianjun

(Shenzhen Municipal Design & Research Institute Co.,Ltd., Shenzhen 518031, China)

In this paper, we took the waterlogging transformation of Anhui Agricultural University in Hefei as an example, to demonstrate how the hydraulic model was used. In this application, the main flooding cause was identified, and the drainage system of the university was divided into high and low-level drainage base areas, then we built the hydraulic model to evaluate the drainage capacity under normal level and flood level of the outer river respectively. Based on the simulation result, the engineering design for the waterlogging remediation could be optimized, and the flood recurrence interval could be extended to 5 years with the minimum cost.

urban waterlogging; modeling software; engineering design

2015-04-22； 2015-05-12修回

何建军, 男， 1983年生，工程师，研究方向：市政给排水工程设计。E-mail：531585390@qq.com

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