王澤陽 吳連豐
（廈門市城市規劃設計研究院，廈門361000）
小編導語：針對國內濱海城市近兩年幾場特大暴雨暴露出的排水安全問題，特別是濱海城市排水防澇易受外海潮位的影響，以廈門市濱海街區營平片區改造為研究實例，采用排水模型方法，分析了日常多年平均潮位及臺風時風暴潮影響下片區主要積澇成因，提出合理的改造實施策略,同時對風暴潮影響下片區的內澇風險進行評估與區劃，采用工程與非工程措施共同保障城市內澇安全，以期為濱海城市的排水防澇改造提供借鑒。
近年來，受全球氣候變化影響，濱海城市頻繁遭受暴雨、臺風襲擊。特別是2013年“5·16”暴雨和第7號臺風“蘇力”、第8號臺風“西馬侖”造成廈門市部分片區出現內澇，多處路段、隧道口積水，交通大面積癱瘓，部分商業中心、旅游景點、學校和地下車庫等中心城區重要地區被淹，不僅嚴重影響了城市正常生產生活，同時也對人民生命財產安全造成嚴重威脅，損害城市品質和形象。
廈門市濱海街區營平片區人口密度大，排水管網老化、養護缺失，片區雨水管網采用直排入海形式，排水防澇易受海潮頂托的影響，因此本文以該片區為例，通過排水模型軟件分析不同潮位影響下片區主要積澇成因，并提出合理的改造實施策略。
1研究方法及研究區域排水概況
本次研究目標是力求改造后，雨水管渠設計重現期達到大城市中心城區5年一遇，城市內澇設計重現期達到大城市50年一遇的標準。排水模型中的校核標準分別為在雨水管渠設計重現期下的降雨時，城市道路不應有明顯積水；在城市內澇設計重現期下的降雨時，城市道路留有一條車道地面積水深度不超過375px。
研究方法主要采用英國InfoWorksICM排水模型軟件，綜合流域內的雨水排澇設施、本地暴雨特征、海潮影響、城市用地分布等信息，對現狀排水系統進行評估，識別澇水風險區域，診斷系統的局限性及洪澇成因，并根據規劃目標改造現有的排水管網系統，對排澇骨干工程的不同規劃方案進行評估，選擇最優設計方案，制定相應管理措施，減少本流域的洪澇風險。
廈門市營平片區位于鷺江道的腹地，位于廈門島西南海濱，街區北面以廈禾路為界，東側至思明南路，西面隔鷺江道濱海景觀帶與鼓浪嶼風景名勝區相望，南至大同路，是鷺江道總部經濟商務中心。營平片區為中山路濱海街區的一部分，是目前廈門本島舊城中歷史最悠久的片區之一，其中的開元路始建于1920年，是廈門的第一條馬路。該片區規劃面積25.42hm2，匯水面積52hm2，地面標高介于3.73~11.4m，建筑物多商業和住宅。片區現狀排水體制為雨、污分流制，雨水管穿鷺江道直排入海，排水系統設計標準均為1年一遇。對于《室外排水設計規范》（GB50014-2006，2014年版)提出的兩個設計重現期的要求，一是雨水管渠設計重現期，二是內澇防治設計重現期，片區現有排水系統均無法滿足。
2排水模型的構建
對于排水模型的構建，常規的一維管網模型僅能模擬管道的運行和檢查井冒水等情況，對地面降雨的匯流和積水并不能很好地反應實際情況，因此本次研究將結合一維、二維的模型構建來評估并改造提升片區的排水防澇能力。
首先管網模型網絡的建立是根據廈門市2008年全市管網普查數據，將篩選編輯后的CAD數據利用第三方CAD開發軟件處理成節點及管道數據EXCEL表，并將EXCEL表通過ICM數據導入中心導入排水模型，通過拓撲結構分析和檢查后，建立營平片區排水管網模型網絡，共有1085個檢查井節點、1088條管道、1020個子集水區。
地面數字高程模型是采用該片區1∶500 DWG地形圖，通過ArcGIS軟件建立該片區的地面高程模型，并導入ICM排水模型軟件中。在掌握“地有高低”的基礎上判斷“流有緩急”，從而精確預測雨水徑流在地面上的流向。
3模型參數的選取
3.1產流參數
本次地表產流模型根據不同的用地性質選定不同的產流參數，分為路面、綜合、綠地3種產流表面，其中前兩種為非滲透表面，采用固定徑流系數法，綠地設定為可滲透表面，采用霍頓滲透系數法。匯流模型選用國內使用廣泛的SWMM模型。對1 020個子集水區分別統計3種不同產流表面面積，具體參數選定見表1。
3.2降雨事件
由于廈門市尚未編制本市的設計雨型，本次設計降雨采用芝加哥雨型進行模擬，選取廈門市暴雨強度公式（2003版）的參數，計算降雨歷時采用5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min共11個歷時，計算降雨重現期選取1 a、2 a、3 a、5 a、10 a、20 a、30 a、50 a共8個重現期，雨峰位置為0.4。
3.3潮型組合
濱海地區排水防澇的突出特點在于受潮位頂托的影響，潮位越高，排水能力越小，反之則越大。根據國家海洋局廈門分局對近43年實測資料的統計分析結果，在日常降雨下，選定多年平均潮位過程線（最高2.44m）作為雨水管渠設計重現期下雨水管道邊界條件；降雨遭遇風暴潮或天文大潮的極端情況時，選定2年一遇潮位過程線（最高3.91 m）作為城市內澇風險評估區劃邊界條件,詳見圖1。同時降雨過程線及潮位過程線采用最不利組合，即潮位峰值與設計降雨的峰值擬合為同一時刻。
4現狀評估情況
根據上述設定條件，現狀排水管網的評估結果如下：在1年一遇的設計降雨下，A（大同路輪渡公交場站）、B（磁安路）、C(第四市場)、D(廈禾路大同小學)（以下簡稱A、B、C、D）已有部分路段產生5～15 cm的地面積水；在5年一遇的設計降雨下，A、B、C、D開始出現15 cm以上的地面積水；在10年一遇的設計降雨下，A、B、C、D出現大于25 cm的地面積水，見圖2。積水點與歷史調查積水情況基本吻合，且這幾個路段均為人流車流量較大區域，已對城市的正常運行造成嚴重影響。
5排水系統改造
5.1改造思路
通過現狀管網的評估，發現片區現狀排水能力達不到1年一遇的設計標準，主要原因有：①管道標高錯接；②局部管道大管接小管，存在水力瓶頸；③管道逆坡，下游出口能力不足；④管徑小，管道維護難，淤積嚴重，排水能力下降。
按照常規的排水管網設計思路，通常以雨水管渠設計重現期5年一遇的設計標準，通過推理公式法對管道進行重新計算評估，全面改造片區的雨水管網，但營平片區為歷史街區，人口密度大，道路紅線寬度為6～12 m，建筑以騎樓形式為主，大規模進行管網翻建的可能性小，因此本次排水防澇改造規劃采用排水模型計算方法，期望抓住關鍵問題，盡可能減少改造工程量，達到規劃目標。
5.2改造措施
首先對現狀錯接及存在局部水力瓶頸的雨水管道進行改造。其次，由于該片區為騎樓老街區，用地緊張，通過增加綠地、新建調蓄池、在人行道鋪設透水磚等形式進行源頭徑流控制的操作性不強。因此，對于雨水管道下游出現超負荷的管道，采取增大管徑或新建出水口的方式進行改造，具體改造措施見表2。
5.3改造系統評估
積澇區工程改造后的系統評估結果見圖3、圖4。可以看出，在日常降雨情況下，積澇區的積水情況有明顯改善，在5年一遇設計降雨遇2.44 m多年平均高潮位情況下，片區道路無明顯積水；在50年一遇設計降雨遇2.44 m多年平均高潮位情況下，道路積水深度基本不超過375px，滿足《室外排水設計規范》（GB50014-2006，2014年版）中發生城市內澇時城市道路中一條車道積水深度不超過375px的要求。
6風暴潮影響研究
6.1內澇風險評估區劃
濱海地區每年受臺風影響較大。因此，本項目通過模擬獲得風暴潮（相當于2年一遇設計高潮位約3.91 m）洪澇災害情況下的積水范圍、積水深度等信息，結合城市建設用地的重要性和敏感性以及相應防澇標準進行內澇風險等級劃分，將本流域劃分為低風險區、中風險區和高風險區。低風險區是指不積水或積水深度在0.05m以下不影響城市居民生活的區域；中風險區是指積水深度在0.05~0.15m影響居民生活的區域；高風險區是指積水深度在0.15m以上嚴重積水、嚴重影響市民生活的區域，不能滿足防澇標準的區域。居住區、學校、醫院、行政辦公場所、重要的商業建筑和基礎設施所在區域可適當提高內澇風險等級，綠地、河道、廣場可適當降低內澇風險等級。
風暴潮時營平片區的洪澇模擬結果見圖5、圖6。可見在遇到風暴潮時，片區雖經改造，但積水情況并無明顯改善，在5年一遇設計降雨時，地面已出現超過375px積水。主要原因在于：①營平片區的雨水管網直排入海，受海潮頂托影響大；②區內部分地勢低洼，低于2年一遇高潮位3.91 m。在此情況下，僅僅通過增大雨水管徑很難解決積澇問題。
6.2風險區防護措施
由于風暴潮高潮位持續時間較短，一般1～2 h潮位便會逐步降低，根據內澇風險等級劃分，綜合歷史內澇及水力模型模擬情況，確定本流域重點防護對象為：①廈禾路大同小學、思明北路第四市場；②開元路輪渡公交場站、大同路；③磁安路、典寶路、擔水巷。防護措施分別為：①地下停車場、地下人行通道等地下空間出入口設置擋水板；②適當抬高路緣石和人行道高度；③居民住宅和工商業建筑底層設置擋水板；④結合鷺江道改造，設置澇水行泄通道；⑤小片區整體拆遷改造。
7結論
濱海地區排水防澇的特點是受海潮影響大，因此在豎向規劃時應特別注意潮位對排水系統的影響。同時通過豎向的合理調整，避免道路交叉口形成大洼地，在發生超過雨水管道設計標準的降雨時，超標雨水可通過規劃設計的地面澇水行泄通道快速漫流外排。
濱海地區采用排水模型對管網進行評估及改造時，應選取合理的潮位與降雨雨型相結合，同時還需對遭遇風暴潮所可能導致的內澇風險進行評估。當片區地勢條件受限時，僅僅采用工程措施往往很難經濟合理地解決內澇防治問題，尤其是極端天氣條件下，此時非工程措施作為應急方案是有效應對的良方。
參考文獻略。
本文來源于《給水排水》2015年第三期。
濱海城市排水防澇對策研究——以廈門市營平片區為例
給水排水
