城镇化进程中山地城市排水防涝设计研究Word文档格式.docx

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山地城市；

城镇化；

SWMM；

MIKEFLOOD；

内涝风险评估

中图分类号：

TV121文献标志码：

A文章编号：

1672-1683（2016）04-0147-06

Abstract ：

SimulationofthedrainagenetworkoperationinYunxianasatypicalmountainouscityinnorthwesternHubeiwasconductedusingMIKEFLOODandSWMMmode，lthedistributionoffloodpointsandwaterloggingareaswasanalyzed，andtheriskofwaterloggingwasassessed.Andtheresultshowedseriouscitywaterlogging.Thereasonsforwaterloggingwereclarifiedbasedonthesimulationresults.Thenbasedonthegreenstormwaterinfrastructure，grayrainwaterinfrastructurewasusedtoenhancethedrainageandfloodcontrolcapacityintheregion，ensuringthesecurityofYunxianoldtowndrainageandfloodcontrolintheprocessofurbanization.Inconclusio，nMIKEFLOODmodelwasusedforverificationoftheengineeringprogram，provingthefeasibilityoftheengineeringproject.

Keywords ：

mountainouscity；

urbanization；

riskassessmentofwaterlogging

2014 年我国城镇化率为54.77%，不仅远低于发达国家80%的平均水平，也低于人均收入与我国相近的发展中国家60%的平均水平。

因此，我国2014年《国家新型城镇化规划（2014-

2020）》提出城镇化率发展目标为60%。

城镇化的典型特点是不透水面积的增加。

研究表明雨水径流量和洪峰值与不透水面积呈线性增长关系[1]。

而在山地城市在城镇化建设中，除不透水面积增加外，还由于其易引发山洪的地势特征，使得城区内涝情况加剧（溢流点数目增加和内涝区面积扩大），给城区排水防涝工作带来极大压力，严重影响居民的人身和财产安全。

本文以湖北郧县老城区为例，采用SWMM与MIKEFLOOD模型，分别对研究区域排水管网运行状况进行模拟，分析城区内涝原因，然后结合踏勘情况和模拟结果对研究区域进行设计改造，并对工程方案进行校核，保证方案的合理性和可行性。

1研究区域概况

研究区域地貌以秦岭山脉和大巴山脉东段延伸部分为主，南北西边高山，东南低丘盆地，为典型的山地城市。

城区面积为800hm2，高程介于140～300m，北靠黑石山，三面环水，向汉江河谷倾斜。

城区路网呈现“四横三纵”的形式，其中横向主干路为城北西路、城北东路、郧阳路、双庆路、献珍路，纵向主干路为沿江大道、解放路、滨江西路。

研究区域多年平均降雨量为803.76mm，降雨主要集中在5月-9月，占年降雨量的67%。

其中，夏季的降雨量占全年的43.3%；

冬季最少，仅占全年的的6.37%；

春秋季节占全年降雨的比例分别为24.02%、

26.31%。

暴雨主要集中在7月-9月份，约占暴雨总量的70.1%。

其中，汉江郧县段作为南水北调中线工程核心水源区，需确保饮用水水源地水质的安全性。

研究区域范围见图1。

2模型建立

SWMM 是一维动态的降水—径流模拟模型，广泛应用于城市地区的合流式下水道、排污管道、暴雨洪水以及其它排水系统的规划、分析和设计。

MIKEFLOOD是一维管网系统模块

（MikeUrbanCS）和二维地表漫流模块（Mike21）耦合的模型，能模拟城市内涝地表的积水情况，可以评价内涝对城市地表产生的影响。

国内已将这两种模型用于城市排水系统的研究[2-7]。

2.1模型拓扑结构

2014 年地下管线普查数据显示，区域现状已建排水（雨水）管渠总长为58.431km，其中雨水和合流管渠长度各占比例为34%和66%。

管材主要为钢筋混凝土圆管，沟渠多为矩形断面砖石砌。

建模针对城区雨水和合流管网的排涝状况，将普查数据作为模型拓扑结构的输入数据，见表1。

将管渠拓扑结构导入模型，同时输入模型的空间属性数据，包括管渠断面的几何尺寸、管渠埋深、管渠进出口偏移量、管渠曼宁系数；

检查井底标高，检查井的最大深度等。

2.2模型率定

模型参数可以通过管网节点的流量、流速、水位等数据进行率定。

根据模拟值与实测值的拟合度，率定模型的参数，直至两者的拟合度满足要求。

本设计中用Nash-Sutcliffe效率系数评价模拟曲线和监测结果的拟合度，见公式

（1）。

NS 值越接近于1，模拟曲线与监测结果的拟合度越高[8]。

采用典型的长历时降雨事件对模型进行率定和验证。

选取2013年7月17日-18日流量监测数据率定SWMM与MIKE

FLOOD模型参数（见图2（a）），NS效率系数分别为0.93和0.90；

选取2014年8月10日-

11日流量监测数据验证模型，NS效率系数分别为0.81和0.82（见图2（b）），率定与验证模型的NS效率系数均大于0.7，表明两个模型均达到城市排水系统水力模型参数率定和验证的要求，可用于城市内涝风险评估。

3模型运用

3.1内涝风险评估

内涝风险识别成果是主城区建设、用地规划、水务工程和应急管理的重要决策依据之一[9-11]。

为识别研究区域在极端暴雨天气下的积水风险，本研究根据《室外排水设计规范（GB50014-2006）》（2014局部修订版），对20年一遇24h的降雨情景进行模拟，并结合内涝积水的历史资料，确定研究区域的溢流点和内涝区。

3.1.1SWMM 模拟

SWMM 在设计降雨情景下模拟管网的溢流状况见图3。

区域溢流节点为22个，21个节点位于地块之中。

郧阳路以北的溢流节点数为13个，其中解放路以东的节点数为9个，密集分布于党校、法庭和政府家属楼等处，且位于同一排水干管的上下游；

其余9个节点分布于郧阳路与献珍路之间的中心城区，位置相对分散。

3.1.2MIKEFLOOD 模拟

据《室外排水设计规范（GB50014-2006）》（2014局部修订版），道路中的一条车道的积水深度不超过15cm，进而对模拟结果进行等级划分，见表2。

城区出现高、中风险区域的比例为4.38%，低风险区域比例为95.62%。

MIKEFLOOD 模拟降雨情景的内涝区域见图4。

内涝高风险区有17处，内涝中风险区有

9处，其余均为低风险区。

城北区域有三处（区党校、法庭和政府家属楼）大面积高风险区和

4处（交通规划设计院、城关三小、实验中学和龙景苑二期工程小区）中风险区，主要分布于城区的人口密集位置；

高、中内涝区多数分布于城区边缘，且地势低洼，涝区内部无排水管渠和外围无接纳管渠。

多处高风险区内涝积水面积较大，暴雨突发时，灾害影响范围较大。

从分布情况来看，由于受到地势高低起伏变化的影响，城区积水大部分发生于地块中。

表3对MIKEFLOOD模拟研究区域内涝情况进行统计（只针对高、中风险区），包括内涝点位置、内涝面积和内涝等级。

3.1.3模拟结果分析

通过对比图3和图4，分别对研究区域进行整体和局部分析。

就整体而言，区域管网溢流节点数目为22个，内涝高、中风险区为26个，中心城区和人口密集处均出现溢流节点和高风险内涝区，内涝情况严重。

从局部来看，郧阳路以北的风险区数目为13个且高风险区积水面积为10.97hm2；

溢流点与内涝区位置基本一致且大部分位于地块中，同时法庭、政府家属楼和宝南路施工地内涝区分别出现3个、2个和2个溢流节点；

朝阳南路内涝区不存在溢流节点。

分析原因如下。

（1）现状管网设计重现期明显偏小，与城市的内涝防治重现期（20年一遇）不匹配，难以满足设计降雨情景的内涝防治要求。

管渠的过流能力不足，检查井承压能力差，难以抑制洪水溢流。

（2）山洪涌入城区，造成郧阳路以北区域大面积内涝。

研究区域地势呈北高南低，黑石山南坡底部未设置雨水收集管网，导致山洪涌入城区。

山洪无法及时排除，进而使得黑石山附近雨水管网出现严重内涝。

（3）地表汇流受到地势影响，导致山地城市主要排水管渠位于地势低凹处，同时也影响溢流点和内涝区的分布。

在正常排水状况下，管渠内雨水呈重力流。

当下游管渠排水能力不足，雨水无法正常排除，进而形成压力流，造成上游管渠回水，故内涝区出现多个溢流点。

（4）结合区域地形分析，朝阳南路积水区域地势较低，且地块内无雨水管渠，故而形成内涝。

4工程方案

在传统的灰色雨水基础设施中，雨水不能渗入地下，增加雨水径流量和加剧水环境污染。

而绿色雨水基础设施可以减少城市排水管道系统的雨水径流量，对雨水资源合理的滞蓄、渗透和利用，保障城市良性水循环[12-15]。

推进绿色雨水基础设施建设以及科学整合传统的灰色雨水基础设施，才有利于城市排水防涝。

根据模拟结果和踏勘情况，采用绿色雨水基础设施和灰色雨水基础设施对研究区域进行设计。

4.1绿色雨水基础设施

对城市土地利用和下垫面进行解析，结合城市用地空间布置绿色雨水基础设施，达到径流污染控制和削减径流总量的目的。

研究区域绿色雨水基础设施设计见图5。

城市汇水面分为屋面、绿地、广场和道路四种。

绿地设计为下沉式绿地，屋面雨水经由雨落管排入到下沉式绿地中。

广场采用透水铺装入渗，溢流雨水经下沉式绿地吸收后排入至市政管道。

城区道路产生的雨水，排入路旁的生物滞留设施（包括生物滞留带、树池、雨水花园、雨水花坛），再溢流至市政管道。

按照设计要求进行绿色雨水基础设施布置后，采用MIKEFLOOD模型对效果进行模拟，结果见图6。

由图4和图6中的效果比较可知，加入绿色雨水基础设施后，区域内的高风险区的数量和面积减小，部分内涝中风险区得到有效控制，但仍存在内涝高风险区。

4.2灰色雨水基础设施

依据图6中的模拟结果，为达到排水防涝的要求，有针对性地采取灰色雨水基础设施，具体措施如下。

（1