根據(jù)國務院辦公廳2013年3月發(fā)布的《關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》（國辦發(fā)［2013］23號）以及住房和城鄉(xiāng)建設部2013年6月印發(fā)的《城市排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃編制大綱》（以下簡稱《大綱》）要求，南昌市于2013年10月—2014年5月完成了《南昌市城市雨水防澇綜合規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》），《規(guī)劃》于2014年6月通過了專家評審。筆者以南昌市青山湖排水區(qū)為例，闡述了《規(guī)劃》的主要技術特點以及水力模型在《規(guī)劃》編制中相關技術方法的應用。

1 區(qū)域現(xiàn)狀

1.1 區(qū)域介紹

南昌市地處江西省中部偏北，贛江、撫河下游，鄱陽湖西南岸，全市以平原為主，東南平坦，西北丘陵起伏，中心城區(qū)分昌南城和昌北城，總規(guī)劃面積為330km²。昌南城區(qū)規(guī)劃面積為210km²，地形平坦，地勢西南高（高程為24~28m）、東北偏低（高程約為20m）。青山湖排水區(qū)位于昌南城區(qū)中北部，面積為52km²，屬南昌市老城區(qū)，也是全市內澇災害較為頻發(fā)的區(qū)域。

1.2 排水管網(wǎng)

青山湖排水區(qū)現(xiàn)狀排水體制為截流式合流制，區(qū)域內現(xiàn)有排水管237km，中途提升泵站4座，立交雨水泵站4座。

1.3 水系及排澇泵站

青山湖排水區(qū)現(xiàn)有水系主要為玉帶河水系和青山湖，河道總長為18.63km，青山湖位于水系末端，河湖總面積為3.56km²。雨季澇水通過城市排水管網(wǎng)匯入玉帶河和青山湖，經(jīng)青山湖調蓄后，由青山閘自排或青山湖排澇站提排入贛江。青山湖電排站的總裝機容量為8000kW，總設計排澇流量為77.6m³/s。

1.4 降雨條件

南昌市雨量充沛，多年平均降雨量為1645mm，年最大降雨量為2356mm（1954年），年最小降雨量為1046.2mm（1963年），最大日暴雨量為289mm（1973年），最大時降雨量為58.7mm。根據(jù)南昌市氣象站提供的降雨統(tǒng)計資料，20年一遇最大日降雨量為186mm，50年一遇最大日降雨量為248.6mm。

2 規(guī)劃思路

對青山湖排水區(qū)現(xiàn)狀排水系統(tǒng)進行充分調查，建立區(qū)域地形和排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并構建排水系統(tǒng)數(shù)學模型，通過模型模擬，評估現(xiàn)狀排水設施能力和內澇風險程度，劃分積澇區(qū)域。然后，根據(jù)南昌市降雨、土壤、水資源、土地利用等因素，綜合考慮“蓄、滯、滲、凈、用、排”等多種措施組合，再經(jīng)水力模型模擬，確定青山湖排水區(qū)防澇系統(tǒng)最優(yōu)方案。

3 水力模型應用

《規(guī)劃》利用MikeUrban、Mike 11和Mike 21水力模型軟件，分別建立城市管網(wǎng)模型、河道模型以及二維地表漫流模型，并利用MikeFlood軟件平臺將三者進行耦合模擬。

3.1 城市排水管網(wǎng)模型

Mike Urban Cs包括降雨徑流模塊（Rainfall-Runoff）和水動力學模塊（Hydrodynamics）。

3.1.1 管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)字化模型的建立

將現(xiàn)有排水系統(tǒng)CAD資料進行概化整理后，轉化成管網(wǎng)GIS拓撲數(shù)據(jù)文件，導入Urban水動力模塊中，建立Mouse管網(wǎng)模型，并對其核查、整理。同時將模型中泵站、閘、堰等構筑物的屬性參數(shù)根據(jù)實際情況進行補充完善。

3.1.2 降雨徑流模型的搭建

徑流模型主要用于地表徑流的計算，包括降雨條件的處理、集水區(qū)的劃分和參數(shù)的設置等。

① 降雨條件的處理

降雨條件的處理關鍵是選擇合理的降雨雨型，《大綱》中要求采用短歷時降雨和長歷時降雨兩種雨型。南昌市降雨統(tǒng)計資料顯示，短歷時強降雨中，單峰雨型占多數(shù)，雨峰一般在前部和中部，在后部的較少，且雨峰位置大多在0.3~0.4之間，基本符合芝加哥雨型的特點，選用芝加哥雨型較為合適�！兑�(guī)劃》中南昌市短歷時降雨雨型時間序列數(shù)據(jù)是利用芝加哥降雨過程線將現(xiàn)有的暴雨強度公式轉換成單峰降雨曲線得到的，雨峰系數(shù)取0.35，降雨歷時采用2h。南昌市3年一遇2h暴雨雨型如圖1所示，該雨型最大降雨強度為10.4mm/min，2h總降雨量約為70mm。

圖1 南昌市3年一遇2h暴雨雨型

前已述及，南昌市20年一遇和50年一遇最大日暴雨量分別為186和248.6mm。由于南昌之前沒有權威的長歷時雨型資料，而《規(guī)劃》編制時間緊迫，為了選擇合適的長歷時雨型，編制中根據(jù)南昌市已有記錄的2012年5月12日特大暴雨降雨雨型進行比例放大處理。南昌市2012年5月12日每分鐘自動統(tǒng)計降雨資料顯示，該日降雨量為152.8mm，由于降雨異常集中，市區(qū)朝陽中路、京山老街、老福山、孺子路、南京西路等地和江鈴、解放西路等立交橋出現(xiàn)較嚴重積水，積水點46處，積水總面積約為12×10⁴m²，水深大多在0.2～1m，最深處超過2m。2012年5月12日的降雨雨型較具有代表性，《規(guī)劃》將該日數(shù)據(jù)進行比例放大處理，作為設計雨型。

② 集水區(qū)的面積劃分與參數(shù)設置

根據(jù)排水區(qū)DEM數(shù)字高程圖、檢查井和管道位置自動劃分集水區(qū)，修正不合理的集水區(qū)，連接各集水區(qū)和檢查井。

由于青山湖排水區(qū)內高度城市化，選用Urban中的時間面積（T-A）法作為區(qū)域降雨徑流模型，T-A模型包括5個參數(shù)：集水時間、初損、水文衰減系數(shù)、不透水面積率、T-A曲線類型。根據(jù)實際情況，各集水區(qū)集水時間根據(jù)地表流速為0.3m/s自行計算，初損取1mm，水文衰減系數(shù)取0.9，不透水面積率自動提取屋面、道路等的面積，曲線類型選用面積隨時間增加的正三角形類型。

3.2 河道模型

Mike 11模型主要是建立河網(wǎng)、河道斷面、水工建筑物、邊界條件等數(shù)據(jù)文件。

3.2.1 河網(wǎng)文件

在青山湖排水區(qū)水系CAD地形圖中勾勒出水系位置泓線，通過ArcGIS軟件生成Shape文件，將其導入到Mike 11模型中生成河網(wǎng)文件。編輯定義各河道名稱、流向，并確定上下游連接關系。

3.2.2 河道斷面

輸入各河道斷面數(shù)據(jù)，包括河道形狀、河床標高和河道糙率等，將各斷面對應的里程位置作為水位計算點，在水位計算點之間插入里程樁號作為流量計算點，控制河道斷面間距不大于150m，在特殊位置（如有水工構筑物、管道排出口等）前后加密斷面數(shù)據(jù)，以滿足計算精度。

3.2.3 水工構筑物

排水區(qū)內玉帶河水系中的西支和南支各有一道攔水固定堰，青山湖末端設有電排站，模型中水工構筑物處應為流量計算點，而不能作為水位計算點。固定堰選用寬頂堰公式，需輸入堰寬和堰高參數(shù)。電排站參數(shù)需輸入開停泵水位、時間、水泵流量等。

3.2.4 邊界條件

邊界條件主要包括降雨、流量、水位等。降雨條件前已述及。MikeUrban管網(wǎng)模型和Mike 11河道模型耦合后，各管網(wǎng)出水口流量時間序列文件自動作為邊界條件。電排站前池的初始水位為16.00m，外排贛江的水位選取頻率P分別為1%、2%、5%三種洪水位情況進行模擬。

3.3 二維地表漫流模型

根據(jù)南昌市青山湖排水區(qū)1∶1000的地形圖構建數(shù)字高程模型（DEM）。為了獲得合理的積水模擬數(shù)據(jù)，需將現(xiàn)有建筑、水系范圍內的地面標高拔高處理。

3.4 模型耦合

降雨在地面、管網(wǎng)、河道中流動，單獨的模型無法完整地反映降雨的全過程流動情況，需要將三者動態(tài)地聯(lián)系起來，MikeFlood平臺共有6種連接形式，將Mike Urban、Mike 11和Mike21相互連接耦合起來，從而精確模擬地面二維坡面流、排水管網(wǎng)流、明渠流、各種水工構筑物水流的相互影響情況。

3.5 模型檢驗

青山湖排水區(qū)的排澇模型建好后，需要對其合理性進行檢驗。把雨量站自動統(tǒng)計的2012年5月12日的暴雨雨型輸入模型，進行耦合模擬，將模擬結果與2012年5月12日發(fā)生暴雨時的積水歷史記錄進行對比。對比結果顯示，積水范圍、深度、時段等數(shù)據(jù)吻合得較好，青山湖排水區(qū)的京山老街、老福山、孺子路和南京西路以及江鈴立交、解放西路立交等都有積水，積水面積、深度與實際情況都基本一致。經(jīng)過檢驗，建立的排澇模型合理，可以使用。

4 現(xiàn)狀排水能力評估

現(xiàn)狀排水能力分析一般采用短歷時降雨條件，《規(guī)劃》中分別采用了1年、2年、3年和5年四個重現(xiàn)期標準降雨條件進行模擬，模擬是在MikeFlood平臺中，將MikeUrban和Mike 21二者耦合，并考慮地面最大積水深度為3cm。模擬結果表明，青山湖排水區(qū)的管道總長為237km，其中，<1年一遇、1~2年一遇、2~3年一遇、3~5年一遇、≥5年一遇的管網(wǎng)長度分別為98.8、104.0、18.7、8.2、7.3km。排水區(qū)內管道有41.7%不能滿足1年重現(xiàn)期，另外有2座立交雨水泵站不能滿足3年重現(xiàn)期。

5 內澇風險評估

5.1 內澇風險等級劃分

《大綱》中推薦按低、中、高三個級別評估風險等級，但未提出具體的等級判別標準�！兑�(guī)劃》結合南昌市實際情況，根據(jù)不同的積水深度和積水時間對人、車出行及人身安全造成的影響程度劃分出不同的風險等級，詳見表1，以此標準通過模擬獲得各個內澇區(qū)域的風險等級平面圖，從而統(tǒng)計出易澇點的個數(shù)和不同風險等級區(qū)域的面積。

表1 內澇風險等級劃分標準

5.2 內澇風險評估

內澇風險分析一般采用長歷時降雨條件，《規(guī)劃》中采用了50年一遇24 h暴雨雨型進行模擬，利用Mike Flood 平臺，將Mike Urban、Mike 11和Mike21三者耦合，結果見圖2。經(jīng)模擬和統(tǒng)計，南昌市青山湖排水區(qū)易澇點為53個，內澇低、中、高風險區(qū)面積分別為0.08、0.1、0.12km²�，F(xiàn)狀青山湖電排站的排澇能力基本滿足50年一遇標準。

圖2 南昌市青山湖排水區(qū)現(xiàn)狀內澇風險

5.3 主要內澇成因分析

① 管網(wǎng)排水能力不足：如青山湖以北的江紡路、青山北路附近片區(qū)，積水深度普遍大于0.3m。從江防路管道斷面圖可以看出，瞬時最大積水深度達到1.2m。積水原因主要是管網(wǎng)不完善，現(xiàn)有管道斷面偏小，青山北路溢流口排水能力小。規(guī)劃方案中通過采用完善管網(wǎng)、擴大管道斷面、加長溢流堰等措施，經(jīng)模擬可以解決該片內澇問題。

② 局部地勢低洼：主要積水點為陽明東路以北的住宅區(qū)、南京西路和賢士一路交口附近、北京西路省政府大院內、文教路省圖書館附近、東側住宅區(qū)等。主要積水原因為局部地勢比周圍偏低。通過提高地面標高、低洼地增設調蓄池和新增排水管等措施，經(jīng)模擬可以解決此積水問題。

③ 立交泵站標準偏低：南京西路立交、北京西路立交和解放路立交由于建設較早、標準偏低，解放路立交最大積水深度達到4.5m。通過增大水泵裝機容量、擴大出水管斷面等措施，經(jīng)模擬可以解決此積水問題。

6 系統(tǒng)規(guī)劃

6.1 規(guī)劃期限

規(guī)劃基準年為2012年，規(guī)劃期限為2020年。近期建設規(guī)劃期限至2017年。

6.2 規(guī)劃目標

根據(jù)《大綱》要求和南昌市實際情況，確定以下規(guī)劃目標：①短歷時降雨低于雨水管渠設計重現(xiàn)期標準時，地面積水<3cm。②長歷時降雨低于城市內澇防治標準時，城市不出現(xiàn)積水深度>27cm、面積>200m²、積水時間>1h的內澇災害。③發(fā)生超過城市內澇防治標準的降雨時，超標準雨水通過排泄通道泄流，根據(jù)氣象預報，提前做好內澇預案工作，包括調蓄水位降低、低洼路段交通組織、人員疏散等等，確保城市運轉基本正常，不造成重大財產(chǎn)損失和人員傷亡。

6.3 規(guī)劃標準

① 老城區(qū)改造后雨水綜合徑流系數(shù)控制在0.55。

② 有內澇風險區(qū)域內雨水管渠重現(xiàn)期不滿足1年的，本次規(guī)劃改造達到大于或等于3年；其他區(qū)域內重現(xiàn)期不滿足1年的，待以后城區(qū)道路改造、小區(qū)改造、低洼舊城改造以及架空線入地等其他管線改造時，逐步改造為3年重現(xiàn)期。已建下穿立交重現(xiàn)期采用10年，新建下穿立交重現(xiàn)期采用20年，隧道重現(xiàn)期采用20年。

③ 南昌市是省會城市，治澇標準確定為50年一遇暴雨不發(fā)生內澇風險。

6.4 規(guī)劃方案

通過對現(xiàn)有排水系統(tǒng)調查、模擬評估現(xiàn)有排水能力和內澇風險情況，查找出問題和原因，采用控制雨水徑流、改造現(xiàn)有排水系統(tǒng)、新增管網(wǎng)和調蓄設施、整治河道等手段，經(jīng)水力模型模擬，尋求最優(yōu)規(guī)劃方案，達到排澇規(guī)劃目標。

6.4.1 雨水徑流控制

① 徑流量控制

《規(guī)劃》中將滲透鋪裝地面、下凹式綠地、生態(tài)植草溝、雨水調蓄池、人工濕地等雨水滲、滯、蓄設施與自然洼地或水塘相結合，形成具有“城在湖中，湖在城中”的南昌城市特色的雨水滲蓄系統(tǒng)，并提出了相應的控制指標，通過以上措施使青山湖排水區(qū)的雨水綜合徑流系數(shù)由現(xiàn)有的0.63減小到0.55。

② 徑流污染控制

控制初期雨水是城市雨水徑流污染控制的一項主要舉措，《規(guī)劃》中沿玉帶河增設截流、調蓄箱涵31.8km，箱涵最大斷面B×H=9m×2.5 m，使區(qū)域初期雨水調蓄容積擴大到25×10⁴m³，總體實際截流倍數(shù)由原來的2提高到5以上，通過河道模型（Mike11）水質模擬，玉帶河、青山湖能達到Ⅳ類水體標準。

6.4.2 管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃

① 排水體制

青山湖排水區(qū)現(xiàn)狀主要以截流式合流制為主，《規(guī)劃》近期采用分流制和截流式合流制并存的排水體制，遠期改造成分流制排水體制。

② 排水管渠及泵站

為解決青山湖排水區(qū)積水點較多、積水面積較大的問題，通過完善管網(wǎng)、改擴建主要排水通道、改造溢流口、加大泵房裝機容量等，經(jīng)過模擬校核，需新增管網(wǎng)長度為125.4km，改建管網(wǎng)長度為69.5km，管渠斷面為管徑DN600到箱涵斷面B×H=9m×2.5m，擴大南京西路、北京西路、壇子口、解放西路四處下穿立交雨水泵站裝機規(guī)模。改擴建的主要排水通道有青山北路、永外正街、疊山路、北京西路、香江路、解放西路6條主下水道。

③ 防澇系統(tǒng)規(guī)劃

現(xiàn)狀青山湖排水區(qū)已形成了比較完善的澇水排泄系統(tǒng)，防澇設施主要有青山湖電排站、青山閘、青山湖調蓄區(qū)以及澇水匯集溝渠。澇水匯集溝渠主要為玉帶河（包括玉帶河總渠、西支、東支、南支和北支），澇水通過青山閘自排（贛江水位低時）或青山湖電排站電排（贛江水位高時）入江。區(qū)域內雨水調蓄容積達300×10⁴m³，調蓄水面占排水區(qū)域面積的6%左右。經(jīng)過模擬，電排站排澇流量、調蓄容積以及河道斷面、控制水位均滿足規(guī)劃50年一遇排澇標準要求�？紤]現(xiàn)狀部分河段有淤積現(xiàn)象，《規(guī)劃》要求對淤積河段進行清淤，充分發(fā)揮河道過水能力。

7 結論

① 通過對南昌市青山湖排水區(qū)的排水系統(tǒng)進行模擬分析，查找出內澇問題和原因，通過采取控制雨水徑流、改造現(xiàn)有排水系統(tǒng)、新增管網(wǎng)、調蓄設施等手段，經(jīng)反復模擬，尋求最優(yōu)規(guī)劃方案，達到了排澇規(guī)劃目標。

② 利用水力模型輔助排水防澇規(guī)劃，是行業(yè)技術發(fā)展的趨勢之一，《規(guī)劃》在水力模型應用方面介紹了一些主要技術內容。另外，根據(jù)南昌市的實際特點，在降雨雨型、風險等級劃分、規(guī)劃標準、規(guī)劃目標等方面提出了具體的數(shù)據(jù)指標，并闡述了主要規(guī)劃方案，以期為類似項目提供有益參考。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第23期“城市雨水管理”欄目。作者為同濟大學環(huán)境科學與工程學院、南昌市城市規(guī)劃設計研究總院吳雪軍；3.南昌航空大學數(shù)學與信息科學學院楊就意）

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