基于InfoWorks ICM模型確定排澇泵站規(guī)模

游 暢

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，福建 福州 350108)

隨著全國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快以及城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張，城市發(fā)展面臨諸多問(wèn)題，尤其到了雨季，特別是近年受全球氣候變化的影響，暴雨等極端天氣導(dǎo)致城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市的良性發(fā)展，也給城市居民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大威脅。為此，本文構(gòu)建基于InfoWorks ICM 的城市綜合流域排水模型，對(duì)片區(qū)內(nèi)排水系統(tǒng)進(jìn)行水力模擬。

1 研究區(qū)域概況

以寧德市三嶼新區(qū)為研究區(qū)域，范圍涉及七都鎮(zhèn)三嶼村部分陸域、海域圍填用地和八都鎮(zhèn)云淡村部分海域用地。規(guī)劃區(qū)范圍西至104國(guó)道，東、南、北向以海堤邊界為依據(jù)，面積約457.45 hm2，具體見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 三嶼新區(qū)排水防澇規(guī)劃范圍圖

圖2 三嶼新區(qū)排水防澇系統(tǒng)模型概化圖

2 排水系統(tǒng)模型構(gòu)建

2.1 模型建立

根據(jù)三嶼新區(qū)的規(guī)劃管網(wǎng)分布情況，將工程區(qū)域概化為309個(gè)節(jié)點(diǎn)，304個(gè)管渠，312個(gè)子集水區(qū)。

本規(guī)劃擬新建泵站1座。根據(jù)目前已有相關(guān)設(shè)計(jì)資料，考慮3種設(shè)計(jì)規(guī)模，分別是13 m3/s、20 m3/s、26 m3/s?，F(xiàn)對(duì)這三種泵站規(guī)模分別經(jīng)模型演算，通過(guò)最高水位指標(biāo)來(lái)論證分析泵站規(guī)模合理性。

2.2 模型參數(shù)

1)排水管網(wǎng)模型參數(shù)

管道糙率根據(jù)管道材質(zhì)確定，取值0.013。徑流系數(shù)參考相關(guān)給排水規(guī)范取值。

2)河道模型參數(shù)

河道綜合糙率取0.028。

3)水位邊界條件

本工程區(qū)北排洪渠出口年最高潮位均值采用4.97 m，100年一遇水位為5.90 m。排澇潮型潮位過(guò)程線采用2005年7月15日三都澳實(shí)測(cè)潮型，按三嶼站與三都站相關(guān)關(guān)系移用，設(shè)計(jì)潮水位過(guò)程線按多年平均高潮水位與該實(shí)測(cè)過(guò)程最高潮位比進(jìn)行，按設(shè)計(jì)值控制修勻得設(shè)計(jì)潮水位過(guò)程，見(jiàn)圖3。

圖3 外江典型設(shè)計(jì)水位過(guò)程

同時(shí)外江水閘和排澇泵站的調(diào)度規(guī)則為：當(dāng)外江水位低于內(nèi)河水位時(shí)，開(kāi)閘排水；當(dāng)外江水位高于內(nèi)河水位時(shí)，閘門關(guān)閉，若內(nèi)河水位高于排澇泵站起排水位，排澇泵站開(kāi)啟工作。

4)水位容積關(guān)系

根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)資料，經(jīng)調(diào)蓄計(jì)算，確定滯澇區(qū)面積為375畝。水位容積關(guān)系成果見(jiàn)表1。

表1 水位容積關(guān)系成果表

根據(jù)新區(qū)市政豎向規(guī)劃要求，滯澇區(qū)閘前水位控制在1.5 m，平原區(qū)滯澇區(qū)面積375畝(水位1.5 m)，相應(yīng)庫(kù)容33萬(wàn)m3(-0.5 m～1.5 m之間)。水位容積關(guān)系成果曲線見(jiàn)圖4。

圖4 水位容積關(guān)系成果曲線圖

5)設(shè)計(jì)降雨

雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的排水能力評(píng)估將采用1年一遇、2年一遇、3年一遇和5年一遇2 h短歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨及雨型。內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)將根據(jù)流域的匯流時(shí)間來(lái)選取，采用50年一遇24 h長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨及雨型。根據(jù)寧德雨量站雨量成果，24 h累積降雨289 mm。短歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨成果見(jiàn)表2。

表2 短歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨成果表

3 模型模擬結(jié)果分析

3.1 現(xiàn)狀管網(wǎng)排水能力評(píng)估

對(duì)三嶼新區(qū)的排水(雨水)管道按以上評(píng)估條件進(jìn)行模擬計(jì)算，排水管網(wǎng)排水能力評(píng)估結(jié)果見(jiàn)圖5，其中盤嶼路、縱一路管徑偏小，存在積水現(xiàn)象。對(duì)規(guī)劃管網(wǎng)的排水能力按評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 管道排水能力評(píng)估表

圖5 排水管網(wǎng)排水能力評(píng)估圖

經(jīng)分析，根據(jù)目前規(guī)劃管網(wǎng)資料有15.8%排水管道排水能力未達(dá)到5 a一遇，不滿足現(xiàn)行《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)管道排水能力的要求，需調(diào)整規(guī)劃。

3.2 泵站規(guī)模論證

本規(guī)劃擬新建泵站1座。經(jīng)與各部門對(duì)接，目前有3種設(shè)計(jì)規(guī)模，分別是13 m3/s、20 m3/s、26 m3/s?，F(xiàn)對(duì)這三種泵站規(guī)模分別經(jīng)模型演算，通過(guò)最高水位指標(biāo)來(lái)論證分析泵站規(guī)模合理性。50年一遇各泵站運(yùn)行工況下滯澇區(qū)最高內(nèi)澇水位成果見(jiàn)表4，過(guò)程線見(jiàn)圖6。

表4 50年一遇各泵站運(yùn)行工況下滯澇區(qū)最高內(nèi)澇水位成果表

圖6 50年一遇各規(guī)模泵站運(yùn)行工況下滯澇區(qū)水位過(guò)程線對(duì)比圖

經(jīng)復(fù)核，方案二泵站抽排流量20 m3/s，滯澇區(qū)最高內(nèi)澇水位1.467 m，滿足滯澇區(qū)水位豎向要求，同時(shí)能充分利用庫(kù)容。方案一，規(guī)模過(guò)小，不滿足排澇要求，方案三規(guī)模過(guò)大，未能充分利用滯洪庫(kù)容，造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。因此，方案二為最優(yōu)推薦方案。

圖7 50年一遇滯澇區(qū)調(diào)蓄運(yùn)行圖

50年一遇滯澇區(qū)調(diào)蓄運(yùn)行圖見(jiàn)圖6。經(jīng)分析，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外江潮位工況下，頂托時(shí)段為4:22～11:55，16:32～24:00合計(jì)約15小時(shí)，泵站全部開(kāi)啟17小時(shí)。最高內(nèi)澇水位為1.467 m。外海潮型峰值遭遇來(lái)水過(guò)程峰值低概率、極端工況下，通過(guò)現(xiàn)狀排澇閘及規(guī)劃滯澇區(qū)及泵站等設(shè)施，泵站20 m3/s能滿足要求。

3.3 防澇系統(tǒng)規(guī)劃效果

通過(guò)加大管徑、泵站抽排及滯澇區(qū)蓄排澇等綜合措施，經(jīng)模擬(圖8)，三嶼新區(qū)能滿足50年一遇降雨標(biāo)準(zhǔn)，片區(qū)內(nèi)無(wú)積水區(qū)。

圖8 50年一遇三嶼新區(qū)排澇系統(tǒng)規(guī)劃排水模擬圖

4 結(jié)論

利用Infoworks ICM水力模型構(gòu)建城區(qū)徑流模型，各泵站規(guī)模經(jīng)模型反復(fù)優(yōu)化以確定排澇站的建設(shè)規(guī)模。采取推薦的泵站規(guī)模方案后，三嶼新區(qū)積水情況有所改善。因此，采取新(改)建雨水管渠、新建泵站等綜合性措施后，可降低三嶼新區(qū)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，保障城市安全。