宁波市海绵城市试点区域内涝研究

宋 娟，张 焱，王新龙，孙飞飞

(宁波市水利水电规划设计研究院，浙江 宁波 315192)

近年来随着城市开发进程的不断推进、洪涝水滞蓄空间缩减以及极端气候的频发，城市防洪减灾形势日益严峻，洪涝灾害现象频发。《宁波市城市总体规划2006—2020》(2015年修订)提出，2020年中心城建设用地规模在原规划311.9km2的基础上增加至420km2。经济社会的快速发展，城市建设区的进一步扩张使得城市防洪排涝压力进一步增大，海绵城市建设已成为缓解新形势下城市内涝压力的重要举措。

为支撑宁波市海绵城市建设的相关工作，有必要研究试点区域现状内涝积水点分布情况。目前，国内多使用SWMM、InforWorks等软件建立研究区域范围内的雨洪模型，模拟分析不同重现期条件下的内涝积水情况，模型一般使用常水位、警戒水位等河道特征水位做为管网下边界。本文认为仅独立建立研究区域雨洪模型，并使用固定水位边界的做法与实际情况不完全相符，因此，本研究建立流域河网水动力模型，为试点区域雨洪模型提供水位边界，模拟分析试点区域现状内涝积水点分布情况。

1 研究区域

宁波市海绵城市试点区域位于江北区，包括慈城古县城、慈城新区、前洋立交东北侧地块、姚江新区启动区、姚江新区、谢家地块、天水家园以北地块、湾头地块等8片地块，面积总计30.95km2。其中，慈城古县城为古城区，慈城新区、湾头地块为正在开发的地块，前洋立交东北侧地块、姚江新区启动区、姚江新区基本为农田和村庄，谢家地块和天水家园以北地块为已开发地块。

宁波市海绵城市试点区域地处甬江流域东排区，面积共计4182km2，甬江流域东排区范围与试点区域范围示意图如图1所示。甬江流域位于浙江省东部，长江三角洲南翼。姚江、奉化江为甬江两大源流，在宁波三江口汇合后称为甬江。流域内河网密集，地势较低，易遭受台风性暴雨、梅雨性暴雨、突发性暴雨和风暴潮侵袭。

图1 甬江流域东排区范围与试点区域范围

2 模型构建

2.1 宁波市内涝形成机理分析

宁波市城市雨水排放主要有重力流排放和泵站强排两类：重力流排放是指雨水通过市政管网系统先就近排入城市内河，内河再通过沿江碶闸排入外江；泵站强排是雨水通过市政管网系统收集，再由强排泵站直排外江。

由于试点区域河网密布，涝水主要还是采用重力流排放为主。而重力流排放的排水效率受内河水位影响较大。由于水系连通性，试点区域的内河水位取决于其所处的整个江北镇海平原河网水系的水位。

江北镇海河网所处甬江流域水系复杂，沿江闸泵众多，其洪涝水的形成不仅来自区域本身降雨，同时还有周边山区汇水、边界闸堰分水、外江漫堤洪水，此外河道排水受外江洪水与外海潮水双重顶托，因此独立区块的河道水位难以通过局部模型实现，需要建立完善的流域河网水动力模型。因此，为满足试点区域内涝分析的要求，本次研究拟建立甬江流域一维河网水动力模型、试点区域一维河网水动力模型、试点区域管网水动力模型、试点区域二维地表漫流水动力模型，并进行相应的耦合分析。

2.2 模型体系

根据以上需求，建立试点区域一维河网水动力模型、试点区域管网水动力模型、试点区域二维地表漫流水动力模型，以上三种耦合后，形成传统的独立片区雨洪模型。此外，考虑到宁波河网水系的连通性，还需建立以甬江流域作为计算范围的甬江流域一维河网水动力模型，为试点区域一维河网水动力模型提供外边界。

其中，甬江流域一维河网水动力模型对河道、节点、断面、闸门、泵站、平原调蓄空间等进行概化处理，并以山区入流作为上边界、外海潮位作为下边界。以甬江流域一维河网水动力模型为例，模型共概化2308条河段，2032个节点，14877个断面，352座闸门(含泵站)，960片平原调蓄空间，模型概化图如图2所示。

图2 甬江流域一维河网水动力模型概化图

3 模拟分析

3.1 模拟情景设置

为充分分析内涝积水情况，本文设置以下几种暴雨情景：1年一遇、2年一遇、3年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇、30年一遇、50年一遇。其中，1年一遇、2年一遇、3年一遇、5年一遇暴雨采用短历时设计雨型，暴雨强度根据宁波市三江片暴雨强度公式(见公式1)计算，采用宁波市模式雨型进行120min暴雨分配，短历时设计暴雨成果见表1。

(1)

式中，q—降雨强度，L/(s·ha)；t—降雨历时，min；P—设计暴雨重现期，a。

10年一遇、20年一遇、30年一遇、50年一遇暴雨使用《宁波市江北区防洪排涝规划》(2013)设计暴雨成果，按流域典型暴雨“63雨型”进行时空分配，长历时设计暴雨成果见表2。

表1 宁波市三江片120min历时设计暴雨计算成果

表2 长历时设计暴雨计算成果表

长历时暴雨情景下，使用甬江流域一维河网水动力模型计算成果作为试点区域雨洪模型水位边界，短历时暴雨情景下，使用江北内河水位站警戒水位、保证水位作为试点区域雨洪模型水位边界。

3.2 内涝积水点分布及分析

本文依据住建部《试点城市内涝积水点分布图绘制说明》，确立内涝积水点统计标准：深度超过15cm的时间超过2h区域可以认为是内涝积水区域，内涝积水区域面积大于500m2视为内涝积水点。根据模型体系计算成果，宁波市海绵城市试点区域现状内涝积水点分布见表3。

(1)慈城古镇共有三处较大面积内涝点，且受淹频率较高，主要积水原因为古镇合流制排水系统设计标准低于1年一遇且设施陈旧；地势低洼。建议结合古县城改造，完善排水系统；进行局部出入口改造，并加强内河水位管理，发挥护城河作用。

(2)慈城新区已建成部分融入了澳大利亚水敏感城市设计理念，建设年代较近，排水系统，因此除排水系统正在建设中的维拉小镇二期，片区基本不存在内涝积水点。

(3)谢家地块和天水家园以北地块均存在较多内涝积水点，其主要原因为地势低洼和排水口河道水位顶托。建议源头进行海绵化改造，减少产水量，同时在排水管网末端设置排水泵站。

(4)湾头地块10年一遇开始出现大面积积水，主要原因是部门姚江堤岸未完成建设，因此建议源头进行海绵化改造，减少产水量，并同时完成姚江封闭。

表3 宁波市海绵城市试点区域现状内涝积水点分布情况表

(5)前洋立交东北侧地块、姚江新区启动区、姚江新区等片区下垫面主要为农田、村庄，因此出现大面积积水，但未详细列入表3。

4 结语

本文建立了以甬江流域一维河网水动力模型为基础的模型体系，根据模型分析结果，除慈城古镇外，宁波市海绵城市试点区域内涝积水主要原因为排水口河道水位顶托和姚江堤防未封闭。由此可得出推论，由于独立建立研究区域雨洪模型，并使用常水位、警戒水位等固定水位边界的做法不能准确模拟排水口河道水位顶托和姚江漫堤的情况，因此以甬江流域一维河网水动力模型为基础计算研究区域雨洪模型边界是有必要的。