水力模型軟件在城市排水防澇規(guī)劃中的應(yīng)用

許丙未

摘 要：隨著城市快速發(fā)展，配套排水設(shè)施規(guī)劃滯后，導(dǎo)致部分區(qū)域雨天排水不暢，甚至積水嚴(yán)重。通過(guò)水力模型軟件模擬不同降雨情景，對(duì)城市現(xiàn)狀排水設(shè)施進(jìn)行評(píng)估，依據(jù)評(píng)估結(jié)果可以在排水防澇規(guī)劃中更加有效地針對(duì)相關(guān)問(wèn)題提出解決辦法。

關(guān)鍵詞：InfoWorks ICM；排水防澇

1 城市排水防澇規(guī)劃規(guī)劃思路及方法

（1）進(jìn)行排水系統(tǒng)分區(qū)，合理規(guī)劃排水防澇分區(qū)服務(wù)范圍及澇水行泄通道；（2）根據(jù)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，確定重點(diǎn)研究區(qū)域；（3）利用模型軟件，在相應(yīng)工況下對(duì)規(guī)劃管網(wǎng)模擬，評(píng)估排水管網(wǎng)規(guī)劃方案實(shí)施后，主要積水區(qū)域分布及積水淹沒(méi)情況；（4）根據(jù)評(píng)估分析的結(jié)果，對(duì)城市平面及豎向加以控制，優(yōu)先考慮從匯水源頭降低城市內(nèi)澇發(fā)生的可能性；（5）根據(jù)模擬得出的積水區(qū)域及積水量，在防澇分區(qū)內(nèi)規(guī)劃雨水行泄通道與雨水調(diào)蓄設(shè)施；（6）整合集成規(guī)劃防澇方案，利用模型驗(yàn)證規(guī)劃方案的實(shí)施效果。

2 ICM模型簡(jiǎn)介

InfoWorks ICM采用分布式模型模擬降雨-徑流，基于詳細(xì)的子集水區(qū)空間劃分和不同產(chǎn)流特性的表面組成進(jìn)行徑流計(jì)算。降雨-徑流由三個(gè)模型部分組成：初始損失、產(chǎn)流和匯流。[1]。InfoWorks ICM集成世界廣泛應(yīng)用的多種模型選項(xiàng)，可滿足不同地區(qū)用戶的需要。

3 評(píng)估方法及相關(guān)參數(shù)確定

3.1 評(píng)估方法

基于ICM模型，借助于GIS技術(shù)，建立地形模型、降雨模型、排水模型和地面特征模型，模擬內(nèi)澇在發(fā)生的情景。根據(jù)積水深度及積水時(shí)間開展內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，基于情景模擬內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法能直觀的、高精度地反映一定概率的致災(zāi)因子導(dǎo)致的災(zāi)害事件的影響范圍與程度，能高精度地反映災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的空間分布特征[2]。

采用不同重現(xiàn)期（0.25，0.5，1，2，3，5年）芝加哥降雨雨型，雨峰位置為r=0.4[3]；

評(píng)價(jià)指標(biāo)為管道充滿度A模擬值，即

A=[S-DH]

式中，A—為管渠充滿度；S—為水位高程（米）；D—為管渠底高程（米）；H—為管渠高度（米）。

評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)A大于1時(shí)即超過(guò)管道排水設(shè)計(jì)能力；當(dāng)A不大于1時(shí)即滿足管道排水設(shè)計(jì)能力。

3.2 參數(shù)確定

設(shè)計(jì)降雨：5年、30年、50年一遇2小時(shí)降雨。徑流系數(shù)分別采用0.6、0.65、0.70。出口邊界條件：泵站強(qiáng)排系統(tǒng)按照泵站實(shí)際能力設(shè)定；自排系統(tǒng)設(shè)置河道水位邊界條件。暴雨強(qiáng)度公式依據(jù)保定市氣象局提供的《河北省主要城市城區(qū)暴雨強(qiáng)度公式技術(shù)報(bào)告》。

4 計(jì)算結(jié)果分析

4.1 大于15cm積水時(shí)間（交通影響時(shí)間）情況分析

（1）P=5

保定市中心區(qū)積水深度大于15cm的時(shí)間低于30min的區(qū)域有48.8ha、積水時(shí)間在30min～120min的區(qū)域有62.1ha、積水時(shí)間大于120min的區(qū)域有214.3ha。

（2）P=30

保定市中心區(qū)積水深度大于15cm的時(shí)間低于30min的區(qū)域有120.3ha、積水時(shí)間在30min～120min的區(qū)域有297.7ha、積水時(shí)間大于120min的區(qū)域有1224.23ha。

（3）P=50

保定市中心區(qū)積水深度大于15cm的時(shí)間低于30min的區(qū)域有233.62ha、積水時(shí)間在30min～120min的區(qū)域有521.9ha、積水時(shí)間大于120min的區(qū)域有2262.26ha。

4.2 大于30cm積水時(shí)間（居民財(cái)產(chǎn)影響時(shí)間）情況分析

（1）P=5

保定市中心區(qū)積水深度大于27cm的時(shí)間低于30min的區(qū)域有17.73ha、積水時(shí)間在30min～120min的區(qū)域有40.2ha、積水時(shí)間大于120min的區(qū)域有129.69ha。

（2）P=30

保定市中心區(qū)積水深度大于27cm的時(shí)間低于30min的區(qū)域有52.61ha、積水時(shí)間在30min～120min的區(qū)域有153.0ha、積水時(shí)間大于120min的區(qū)域有643.49ha。

（3）P=50

保定市中心區(qū)積水深度大于27cm的時(shí)間低于30min的區(qū)域有75.66ha、積水時(shí)間在30min～120min的區(qū)域有226.8ha、積水時(shí)間大于120min的區(qū)域有1301.50ha。

4.3 地勢(shì)及排水設(shè)施分析

利用ArcGIS的分析工具，可以對(duì)保定市中心區(qū)地勢(shì)進(jìn)行分析，從地形分析可以看出，雖然保定市中心區(qū)整體地形比較平緩，但是仍存在大量局部低洼區(qū)，這些局部低洼區(qū)可能成為內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

雖然保定市中心區(qū)管道及泵站能力均不達(dá)標(biāo)，但相比管道，泵站能力更低，因此，規(guī)劃對(duì)發(fā)生30年一遇降雨情況下，有無(wú)泵站兩種情景進(jìn)行模擬，以分析泵站能力限制對(duì)于內(nèi)澇積水的貢獻(xiàn)。根據(jù)模擬結(jié)果，如果泵站能力與管道能力匹配，積水程度得到很大緩解，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積可下降80%。因此在不改造管線的情況下，提高泵站能力就可以大幅度緩解積水。

5 結(jié)語(yǔ)

5.1 低重現(xiàn)期和高重現(xiàn)期降雨均有較大影響

通過(guò)結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)：無(wú)論是發(fā)生5年一遇降雨，還是發(fā)生30年一遇、50年一遇降雨時(shí)，可能影響交通（低、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)）的區(qū)域面積很大，進(jìn)入房屋（高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)）情況也大量存在。

5.2 積水呈現(xiàn)深度大、時(shí)間長(zhǎng)、但流速不快

通過(guò)結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)：20年一遇和50年一遇時(shí)，積水深度增大，影響交通和可能侵泡車輛的范圍大且時(shí)間較長(zhǎng)，退水較慢，但基本不發(fā)生影響行人和車輛穩(wěn)定性的情況。內(nèi)澇災(zāi)害主要反映在內(nèi)澇積水無(wú)法排除導(dǎo)致浸泡，人員和車輛被沖走可能性較低。

5.3 設(shè)施存在瓶頸

根據(jù)管道和泵站評(píng)估結(jié)果，保定市中心區(qū)管道及泵站能力普遍不足0.25年一遇，完全無(wú)法應(yīng)對(duì)30年一遇降雨。通過(guò)模型分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生30年一遇降雨時(shí)，約有88.2%的管段發(fā)生溢流，即使提高泵站能力使其與管線能力一致，也仍有75.1%的管線發(fā)生溢流，因此排水能力不足是導(dǎo)致內(nèi)澇的重要原因。

參考文獻(xiàn)：

[1] 譚瓊.排水系統(tǒng)模型在城市雨水水量管理中的應(yīng)用研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2007.

[2] 高婷，張發(fā).基于Infoworks ICM模型的排水系統(tǒng)能力分析[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018（3）：15～18.

[3] 戴有學(xué)，王振華，戴臨棟，曹巧蓮，王通.芝加哥雨型法在短歷時(shí)暴雨雨型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].干旱氣象，2017（6）：1061～1069.