滨江地区海绵改造雨洪控制效果研究

班 超,赵 祥,周杨军,周鹏飞

(中国城市规划设计研究院上海分院,上海 200335)

滨江城市的排水防涝问题一般不能只考虑城市区域内的防洪要求,需要在结合流域整体的防洪规划和城市内外防洪系统衔接的基础上进行统筹安排,不仅要考虑城市内洪外排,还要考虑外洪顶托可能。

考虑到滨江地区地理位置紧靠河流,不仅需要抵御江河洪水,同时还需要防止城市化过快带来的城市内涝风险[1]。因此,在进行滨江城市排水防涝建设时,需要注意以下几点：1)增加城市的排水能力,以面对城市雨水径流量的明显增长；2)从源头上控制降水落地后的排泄方式,力求减少径流的产生,延缓降水的集聚,为排水管网缓解压力；3)增设大容积的调蓄体,存储无法及时排泄的降水；4)使用强排措施连接城市内外水系应对自排能力不足时的内涝威胁。

1 研究区概况

信江新区属典型的滨江冲积地形,城区内分布有一定数目的湖泊湿地,河流较少。研究区内骨干河流由于开发建设已经被填埋,只剩下三个湖泊,分别为虎岭湖、刘家湖和湿地公园湖。虎岭湖和刘家湖两个湖泊位于信江新区南侧靠近信江北岸处,在城市化建设中被一定程度的掩埋,现状面积不足之前的百分之70%,但是填埋处尚未开发,仍有恢复和扩容的空间。湿地公园湖位于新区北侧,周围城市化开发程度很低,绝大部分水系还保留原始状态。2010年信江新区进入全面开发建设阶段,至2014年12月,新区内主干道路网基本建成,城市排水体制采用分流制,城市主干管网基本建成。根据新区发展规划,新区内主干排水片区分为三个大片区,分别为虎岭片区,刘家片区和湿地公园片区。目前虎岭片区和刘家片区内城市化建设已经初具规模,城市排水管网体系基本建成；湿地公园片区大部分土地仍然未被开发,处于自然状态。因此,本次模拟选择新区内的虎岭片区和刘家片区两个排水分区为研究区域,见图1,总面积5.8km2。

2 研究区概化与方案设计

在SWMM5.1版本上,模型研发部门专门针对现代雨洪管理理念的需求,设计了多种小模块,包括渗透铺装、植草沟、雨水花园、屋面雨水接收设备、下渗沟、绿色屋顶、生物滞留网格、雨水桶,共八种,已经能够比较全面的满足现代雨水管理理念中对城市下垫面的改造需求并进行细致准确的模拟。

2.1 下垫面概化

根据信江新区下垫面卫星图和排水现状管网布局CAD图,提取管网的管径、走向、管道材质等信息进行概化,见图2,得到研究区概化管道110段,共27.8km；检查井108个；子汇水区100个,排水口2个。使用实测降水资料进行模型率定[2],结果见表1。模拟积水点情况与实测资料吻合度较好,表明模型参数设置合理。

表1 模型参数率定结果表

图2 研究区模型概化图

2.2 雨型设计

考虑到城市防洪排涝设计需求,本次设计暴雨时长确定为24h,重现期为2a、5a、10a。根据研究区的地理位置信息,查找《江西省暴雨洪水查算手册》,确定点暴雨量、折算系数和时程分配表,推算得到各重现期设计雨型,见图3。

图3 研究区24h设计雨型图

2.3 方案设计

基于研究区各个下垫面特性和滨江城市防洪排涝需求设计海绵改造方案[3-4],见图4,具体方案设计如下：

(1)出水口的改造：由于原始出水口为自然出流,汛期容易发生洪水倒灌问题,因此将出水口由原来的自由出流改为泵站形式,在出口设置闸站防止倒灌。根据新区排水防涝规划,虎岭泵站流量为2.66m3/s,刘家泵站为1.57m3/s。

(2)增设蓄水池：在出水口上游设置调蓄湖,利用原有的虎岭湖和刘家湖,扩容后作为出水口调蓄湖,以缓解出水口排水压力,根据排水防涝规划虎岭调蓄湖扩容后为45万m3,刘家调蓄湖扩容后为34.56万m3。

(3)改造部分管道管径和坡度。改造原则为：在城市化面积高的子汇水区域内增大管径和坡度；城市化程度低的子汇水区内,根据城市未来发展需要选择维持管径不变或适当增大管径坡度；对管道坡度不合理的地方必须进行重新规划改善；城市主干管网体系应该满足小管入大管的要求,即下游管径不得低于上游管径,按照该要求进行主干管改造。共改造管网12.54km

(4)源头控制措施布设。规划方案原则为：城市化程度低、非城市核心区等易于进行源头控制措施改造的区域,应尽量减少管网改造工程；建筑密集、源头控制开发难度大的城市中心区或居民集聚区,应减少布设占地需求大的源头控制措施。共布设各类措施78ha,其中透水铺装57.2ha,雨水花园14.4ha,植草沟6.4ha

图4 研究区海绵方案模拟图

3 结果分析

将三种重现期(2a、5a、10a)的24h设计雨型输入模型运行,模拟得到现状下垫面和海绵改造方案下的运算结果,见表2。以管道超载个数、节点溢流个数、综合径流系数为指标进行分析。

表2 现状与海绵工况模拟指标对比表

从表2中可以看出,各重现期降雨情况下,海绵措施对信江新区的降雨径流均起到了有效的控制。各重现期降雨下,海绵措施方案的管道超载个数、节点溢流个数、综合径流系数均明显低于现状情况,特别是节点溢流数量显著减少,表明地面积水问题得到了有效控制。

4 结语

滨江地区海绵措施的建设能够有效的缓解城市雨洪问题,减少“城市看海”发生的几率。建设方案的拟定应避免局限于某一类建设措施或单一问题导向,应该同时考虑城市防洪、防涝和水环境建设需求,谋求最优化解决方案。