武漢長江主軸右岸大道示范段海綿城市分析

尹祖超，鄭立平，丁永富，彭圣華，李 亮

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010)

1 項目概況

為貫徹習(xí)近平總書記提出的長江經(jīng)濟帶發(fā)展必須堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的戰(zhàn)略定位，武漢提出規(guī)劃優(yōu)化長江主軸[1]的建議，構(gòu)建交通、生態(tài)、景觀、文化為一體的武漢中軸,引領(lǐng)和推動武漢大都市提升發(fā)展。以“貫通、串通、連通”的原則高標準建設(shè)左、右岸大道，使其打造成長江主軸的交通主動脈。

長江主軸右岸大道示范段北起二七長江大橋，南至張之洞路段，依次下穿長江二橋、長江大橋，路線全長約11.4 km。沿線集中了江灘公園、武昌濱江商務(wù)區(qū)、沙湖公園、楚河漢街、東湖等城市亮點片區(qū)。本項目的建設(shè)對于優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提升沿江環(huán)境品質(zhì)、改善慢行交通都具有重要意義。

2 研究區(qū)域模型建立

2.1 匯水區(qū)域及管網(wǎng)概化

水文過程的模擬是在子匯水區(qū)域的基礎(chǔ)上進行的，子匯水區(qū)域是模型最小的水文響應(yīng)單元。將子匯水區(qū)域分為透水區(qū)域和不透水區(qū)域，地表徑流可以通過透水區(qū)域并下滲，但在不透水區(qū)域無法下滲。依據(jù)下墊面分類布局圖和道路雨水管網(wǎng)平面布置圖，對研究區(qū)域進行子匯水區(qū)域劃分，將路表徑流匯流分配到相應(yīng)的排水管網(wǎng)節(jié)點(本模型中以檢查井和雨水篦子為節(jié)點)，使管網(wǎng)的入流量分配盡可能符合實際情況。如圖1所示，研究區(qū)域內(nèi)概化匯水區(qū)域共劃分為62個子匯水區(qū)域，匯水面積約0.48 km2，雨水管道按照道路管線設(shè)計資料，按照實際布設(shè)情況概化，雨水徑流經(jīng)管網(wǎng)收集后入現(xiàn)狀徐家棚泵站(出水口U1)抽排或自排出江。

2.2 降雨條件設(shè)計

在水文氣象中，降雨特性可以用降雨強度、降雨歷時和降雨重現(xiàn)期表征。數(shù)學(xué)模型中用到的設(shè)計暴雨資料包括設(shè)計暴雨量和設(shè)計暴雨過程。

當(dāng)0≤t≤ta時：

(1)

當(dāng)tb≤t≤T時：

(2)

式中，A、b、n為暴雨雨強計算公式中地方參數(shù)，采用漢口暴雨強度公式：A=5.299(1+1.58lgP)，b=6.37、n=0.604；r為雨峰系數(shù)，本文取0.5；ia、ib分別為峰前雨強和峰后雨強，mm/min；ta、tb分別為峰前降雨歷時和峰后降雨歷時，min；T為總降雨歷時min，采用T=60 min；P為降雨重現(xiàn)期，a,根據(jù)城市道路雨水管道流量計算采用重現(xiàn)期，P=3 a。利用芝加哥暴雨強度模型公式分別推求設(shè)計降雨過程曲線，降雨時間序列間隔為1 min，如圖1所示。

圖1 設(shè)計降雨過程曲線(P=3 a)

3 計算結(jié)果及分析

采用SWMM軟件[2]模擬研究區(qū)域道路改造前后的產(chǎn)匯流過程及雨洪狀況。結(jié)合道路雨水徑流控制目標，從出水口流量削減、路面積水節(jié)點情況及管網(wǎng)流量過程線等方面分析海綿設(shè)計雨水控制效果。

3.1 出水口流量削減情況

如圖2所示，研究區(qū)域在模擬降雨條件(P=3 a)下的總進流量歷時曲線與降雨強度過程曲線響應(yīng)，特別是在降雨峰前歷時階段，進流量與降雨強度變化趨勢相近，總進流量峰值出現(xiàn)時間(32 min)也與降雨峰值對應(yīng)時間(30 min)接近。相比于總進流量，海綿化設(shè)計前后出水口流量均出現(xiàn)不同程度的降低，主要表現(xiàn)為出口流量增加速率放緩，流量峰值削減，流量峰值出現(xiàn)時間延遲。對比分析海綿化設(shè)計前后出口流量變化曲線，可以發(fā)現(xiàn)對研究區(qū)域進行海綿化設(shè)計后出水口排水量(即流量曲線對時間的積分)減小18.55%；峰值流量由1.166 m3/s降低為1.064 m3/s,峰值削減約8.74%，峰值出現(xiàn)時間均為38 min左右。

圖2 研究區(qū)域海綿化設(shè)計前后出口流量變化曲線

3.2 路面節(jié)點水深情況

對研究區(qū)域的雨水中的31個主要節(jié)點的水深情況進行統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)對于同一節(jié)點，海綿化設(shè)計前后路面節(jié)點平均水深和最大水深變化較小，變化幅度在0～2 cm；最大水深發(fā)生時間基本接近。這說明研究區(qū)域海綿設(shè)計對道路區(qū)域節(jié)點水深的影響基本可以忽略，這可能是由于研究區(qū)域存在排水不利點，管道設(shè)計標準局部提高至P=5 a，使得設(shè)計降雨條件下節(jié)點水深均較小。

3.3 雨水管網(wǎng)流量過程線變化情況

如圖3所示，由降雨歷時為35 min(此時管內(nèi)流量最大)時雨水管道內(nèi)水位剖面線圖可以看出，相比于海綿設(shè)計前，海綿化后管道內(nèi)的水位線均出現(xiàn)略微下降，且均未達到滿流狀態(tài)。

圖3 海綿化設(shè)計前后雨水管網(wǎng)中水位剖面線圖(35 min時)

為定量分析比較不同海綿設(shè)計下雨水管網(wǎng)內(nèi)部的流量和流速變化情況，選取靠近出水口的管段C31,繪制該管段的流量和流速隨時間變化曲線，如圖4～5所示，可以看出，海綿設(shè)計后管網(wǎng)內(nèi)部流量和流速在峰現(xiàn)時間之前流速基本無變化，但在峰現(xiàn)時間之后流速出現(xiàn)明顯的降低。這主要是由于海綿設(shè)施(透水鋪裝、下沉式綠地)的滯蓄效能引起的。

圖4 海綿化設(shè)計前后雨水管網(wǎng)流速變化曲線

圖5 海綿化設(shè)計前后雨水管網(wǎng)流量變化曲線

總的來說，結(jié)合本工程案例的特點，海綿設(shè)計前后研究區(qū)域硬化路面中透水地面面積比約為0.11，這使得海綿設(shè)計后區(qū)域出水口流量、路面節(jié)點水深以及管道流量變化均不夠明顯。這也說明要提高低影響開發(fā)設(shè)施的雨水徑流控制效果，提高透水面積比例至關(guān)重要。

4 結(jié) 語

基于海綿城市理念對武漢長江主軸右岸大道示范段排水設(shè)計進行了分析，并用軟件進行了模擬。計算結(jié)果表明，要提高低影響開發(fā)設(shè)施的雨水徑流控制效果，提高透水面積比例至關(guān)重要，分析結(jié)果可為相關(guān)類似工程提供參考。

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