灯塔市现状排水管网模拟研究与分析

SS给水排水工程

灯塔市现状排水管网模拟研究与分析

王頓

(中国城市建设研究院有限公司，北京110120)

摘要：以灯塔市为例，基于气象实测资料分析推导出不同重现期下短历时(2 h)和长历时(24 h)的设计雨型，对市内现状 排水管网的排水能力和内涝灾害风险进行模拟研究与分析。总结了现状排水管网各管段的排水能力和内涝风险等级、风 险区域的划分。以期为类似设计雨型的其他城市排水管网改造、雨水防涝规划和灾害防治提供借鉴与参考。关键词：排水管网；模型模拟；排水能力评估；内涝风险分析中图分类号：TU 992.2

文献标志码：B

文章编号：1009-7767(2019)05-0176-04

Simulation Research and Analysis of Drainage Pipeline Network Present

Situation in Dengta City

Wang Di

近几年，随着城市气候不断改变，暴雨、特大暴雨 等极端天气增多，加之城镇化进程逐步加快[|\\城市基 础设施体系构建和日常管理维护不足，导致国内多地 频发内涝灾害，严重影响社会经济和城镇发展的良性 循环，甚至威胁人民的生命财产安全[2_3]。为应对上述 问题，国务院、住房和城乡建设部等政府部门先后颁发 通知和调整专业规范，提出城镇老城区应利用水力模 型评估现状排水管网排水能力，新建城区汇水面积超 过2 km2时，宜采用数学模型法计算雨水设计流量>51。 鉴于此，笔者通过数学模型法对灯塔市现状排水管网 排水能力和内涝风险进行评估与分析。图1

现状排水分区示意图

1城市概况及参数选定 114个汇水区。

1.1

城市概况

1.2.2地面数字高程模型

灯塔市隶属于辽宁省辽阳市，位于辽东半岛北部。 根据现状地理信息数据，通过ArcGIS中3D Analyst

其以哈大铁路和葛西河为界分为3大排水分区，分别 Tools等相关工具模块建立地面数字高程模型，如图2

为工业园排水分区、老城排水分区和新城排水分区。 现状排水分区范围如图1所示。灯塔市现状面积约 16.0 km2,排水管渠长度约41.8 km,排水体制为雨、污 合流制，受纳水体为葛西河。区内地势东北高、西南低， 高程介于19.0〜54.0 m之间。1.2参数选定1.2.1

模型拓扑关系的建立

根据现状排水管网普查数据，构建排水一维模型。 经数据校对后，现状区共有132个节点、203个管段和

图2

地面数字高程模型示意图

176 彳芘叙术

2019No.5(5ep.) Vol.37

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Water Supply & Drainage Engineering

SS

1.2.3设计降雨

11816.

4..1采用灯塔市市区国家基本气象站1987—2017年降 1280..6.4..

雨资料，整理各降雨历时最大降雨量数据，如表1所示。

表1

灯塔市30年各降雨历时最大降雨量mm

序__________________________降雨历时_________________________号 5min lOmin 15min 20min 30min 60min 120min 180min 24h18.313.417.018.724.428.229.032.0

80.5

29.014.017.827.836.361.095.8118.9184.3沄次穿妥沄说8SS2宕j312.719.727.529.131.848.756.665.783.3jq沄说穿备沄SS

〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 ci

49.417.124.826.532.942.045.451.966.9时间

56.69.513.914.617.023.632.036.774.3图3短历时(2 h)设计雨型

67.310.213.614.519.521.021.525.632.1710.714.316.716.718.121.842.750.752.3813.622.129.135.843.549.058.474.4108.83

99.612.719.922.626.128.029.129.348.6-

0210

6.0

10.411.512.112.317.720.020.835.8

.5

.201113.521.028.333.040.745.358.168.6

117.4

1.5

1211.017.120.535.041.258.5100.0127.2.298.8

01321.025.727.829.530.334.61

49.867.0121.514

8.3

8.69.611.514.821.333.942.9104.51511.217.523.026.034.150.151.251.659.81613.221.225.227.229.329.530.344.096.7OO — Q-^1711.523.031.433.937.045.646.946.946.9时间

1812.920.028.735.849.462.166.369.096.7图4长历时（24 h)设计雨型

1912.920.028.735.849.462.166.369.096.720

9.014.018.222.832.545.950.650.974.5表2

模型主要参数取值

2112.419.219.721.727.727.733.733.858.4产流表面类型面积/km2比例/%径流系数汇流系数2210.619.425.128.231.638.844.449.360.4一般区域12.5879.00.6523

6.9

11.013.814.216.422.328.60.02035.074.32411.417.322.223.423.8绿地区域26.930.731.875.10.181.00.150.150259.218.224.827.330.234.357.868.088.7道路区域

3.15

20.0

0.90

0.013

265.210.312.713.715.518.520.624.342.3279.718.627.233.943.518.249.850.293.02评估结果与分析

287.913.917.722.529.935.843.350.594.92.1现状排水管网排水能力评估

299.210.912.615.523.137.239.156.6117.4根据上述模型参数，分别进行重现期1、2、3和5年 30

7.8

13.7

17.3

20.3

24.2

30.0

33.2

39.8

57.2

情况下的降雨排水模拟计算，模拟时间采用2 h,时间 步长取5 s。根据模型计算结果得到不同重现期下水力

分析典型场次降雨资料，推导灯塔市设计雨型，其 坡度与管道坡度对比数据，统计各重现期下水力坡度 中短历时（2 h)设计雨型如图3所示；长历时(24 h)设 大于管道坡度的管道，选取该管道可满足的最大重现 计雨型如图4所示。

期绘制管网排水能力评估图，如图5所示。

从图3可以看出，短历时设计雨型呈明显的双雨峰 由图5统计各排水分区在不同重现期下非满流 形式，第一雨峰靠前，这与芝加哥雨型具有明显区别。 管道长度，统计结果如图6所示。

1.2.4相关模型参数

由图6可知，除重现期為5年外，现状排水管网的 参考灯塔市相关专项规划和水文气象数据以及

排水能力多小于重现期1年且主要分布于老城区和 InfoWorks ICM模型应用手册等资料率定模型相关参

工业园区，占管道总长度的比例均在50 %左右；另可 数，模型主要参数的取值见表2。

见，重现期>5年的管道占管道总长度的比例较大，且

2〇i9卑第5雋（9»〇第37鲞4払啟;(：177

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力坡度大于管道坡度）可知，淹水原因可能是由于管道 实际过流能力超过了设计流量，产生管道超载所致。改 造此类管道时，应首先考虑扩大设计断面或坡度，从而 增加管道过流能力。

图7

2)轻度内涝

轻微淹水范围分布图

图6现状管道评估结果

轻度内涝范围约为4.0km2,占评估总面积的73.8 %, 如图8所示。轻度内涝区多集中在地势较低的城市凹 地和火车站等人流密集、管道老旧区周围，这也与灯塔 市常年实际易涝点位置基本吻合。

多集中于管网末端。分析原因可能是模型评估范围边 缘条件设定为“到达即泄流或蒸发”，管道末端呈无阻 碍排放。具体原因有待于进一步研究确定。2.2现状内涝风险评估

内涝风险评估模型的基本参数设定同现状排水 管网排水能力评估，但降雨模型为选取一场30年一遇 24 h的长历时设计降雨。地理信息数据采用精度为10 mx 10m的数字高程模型导人ICM中计算，时间步长取5 s， 计算步长取5 min。根据模型计算结果和风险等级划分 规则（见表3)，确定城区轻微淹水、轻度内涝和重度内 涝范围，利用ArcGIS等绘制主题图，如图7〜9所示。

表3

风险等级轻微淹水轻度内涝重度内涝

风险等级划分积水深度/m

积水时间/h

h^0.\\5

0.15f<1.0

\\.0^t<

2.0

h>0A0t^l.O

图8轻度内涝范围分布图

因此，建议优先改造此部分管道，降低瓶颈管道占

1)轻微淹水

轻微淹水范围约为052 km2,占评估总面积的9.6%, 如图7所示。对比图5和图7可知，淹水区周围管道排 水能力多小于重现期2年。轻微淹水范围多集中在各 雨水排水系统起、中端。同时参考图5统计标准（即水

比，完善管网整体服务能力；并在城市经历超标雨水 时，将易淹水道路临时封闭，作为涝水行泄通道；或在 易涝点周围选取适当位置建设植草沟、下凹绿地和雨 水花园等通过源头控制、管道错峰行涝，进而缓解 管道排水压力，降低内涝风险。

178彳払啟术

2019 No.5(Sep.) Vol.37

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H

3)重度内涝

重度内涝范围约为0.9 km2,占评估总面积的16.6%, 如图9所示。重度内涝区多集中在山脚、城市下凹桥及 模型凹地。其中模型凹地可能为现状河道或网格化时 的无填洼区等⑷。因此，定性重度内涝区时，应结合其 他相关资料和实际情况综合分析确定。

另可知，详尽准确的现状排水管网普查数据和地理信息数据是构建排水模型的重要组成部分，也是模 拟计算结果真实性的重要体现。因此，加快发展模型模 拟的首要任务是建立全面、准确的信息数据平台库和 多部门、多领域的信息共享体制。_

参考文献：

[1] 夏军，石卫，张利平，等.气候变化对防洪安全影响研究面临

的机遇与挑战[J].四川大学学报（工程科学版），2016,48(2): 7-13.

[2] 王军，马洪涛.城市排涝规划有关问题探讨y].给水排水,2014,

40(3)：9-12,

[3] 车伍，杨正，赵杨，等.中国城市内涝防治与大小排水系统分

析[J].中国给水排水,20丨3,29(16): 13-19.

[4] 车伍，葛裕坤，唐磊，等.我国城市排水（雨水）防涝综合规划

剖析[J].中国给水排水,2016,32(10): 15-21.

[5] 上海市政工程设计研究总院.室外排水设计规范：GB 50014-

2006[S]. 2016年版.北京：中国计划出版社，2016.

间张炜，车伍，李俊奇，等.图解法用于雨水渗透下凹式绿地的

图9

重度内涝范围分布图

设计[J].中国给水排水,2008,24 (20): 36-39.

[7] 宫永伟，张爱玲，刘浩悦，等.下沉式绿地积水不利影响及促

渗排空方法研究[J].给水排水，2018,44(5):36-38.

[8] 方定懿，廖子元，艾静，等.雨水管网设计中推理公式法的适

应性研究[J].给水排水,2018,44(5): 104-108.

收稿日期：2019-02-14

3结语

综上所述，灯塔市现状排水管网排水能力多满足

重现期小于1年，轻度内涝区范围较轻微淹水区和重 度内涝区范围广，且多集中在城市下穿桥等地势低点 和火车站、汽车站等人流密集区周围，暴雨期应重点 防范，有条件时应优先改扩建此区域管道。(上接第175页）

作者简介：王蜎，男，工程师，硕士，主要从事市政给排水和雨洪管理等

工作。

进行道路下方的开发会受到较多的限制，而地铁车站 其功能性要求不强，下一步可以针对各种接口方案进

，一

S结论与讨论

地铁是百年工程，造价高

旦建设成功，改造涉

行深人研究。地铁公司可考虑将车站和地块退缩道路 之间的空间一并实施，这样可为以后商业的衔接创造 更好的条件，同时，地铁公司也可以根据方案情况拿 到部分商铺，做到地铁和地块客流共享、互贏，以便用 于地铁运营的补亏。GSI

及到地铁的保护和运营问题，实施起来非常困难。为实 现地铁车站与周边地块商业开发无缝衔接，应在乘客 可以到达的地铁车站公共区或出人口通道位置提前 预留一定的接口。

笔者通过分析总结目前地铁车站与周边物业衔接 的各种形式，提出车站预留范围需要结合车站周边现 状及规划情况，确定车站预留位置。该研究结果，可以 作为车站设计的指导文件。另外，因多数地铁车站设置 在道路下方，与地块有一定距离，且各个城市对地块开 发一般都会有退缩红线的要求，车站和地块之间往往 会有一个无法开发的空间，这样，车站和地块的衔接将 受到一定的限制。由于在道路下方的空间施工涉及到 管线迁改和交通疏解等市政功能，如果地块开发企业

参考文献：

[1] 公安部天津消防研究所.建筑设计防火规范:GB 50016-2014

[S]. 2018年版.北京：中国计划出版社,2018.

[2] 总参工程兵第四设计研究院.人民防空工程设计防火规范：

GB 50098-2009丨S].北京：中国计划出版社，2009.

收稿日期：2019-01-10

作者简介：刘淑燕，女，高级工程师，学士，主要从事城市轨道交通建筑

设计和研究工作。

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