王泽阳 吴连丰
（厦门市城市规划设计研究院，厦门361000）
小编导语：针对国内滨海城市近两年几场特大暴雨暴露出的排水安全问题，特别是滨海城市排水防涝易受外海潮位的影响，以厦门市滨海街区营平片区改造为研究实例，采用排水模型方法，分析了日常多年平均潮位及台风时风暴潮影响下片区主要积涝成因，提出合理的改造实施策略,同时对风暴潮影响下片区的内涝风险进行评估与区划，采用工程与非工程措施共同保障城市内涝安全，以期为滨海城市的排水防涝改造提供借鉴。
近年来，受全球气候变化影响，滨海城市频繁遭受暴雨、台风袭击。特别是2013年“5·16”暴雨和第7号台风“苏力”、第8号台风“西马仑”造成厦门市部分片区出现内涝，多处路段、隧道口积水，交通大面积瘫痪，部分商业中心、旅游景点、学校和地下车库等中心城区重要地区被淹，不仅严重影响了城市正常生产生活，同时也对人民生命财产安全造成严重威胁，损害城市品质和形象。
厦门市滨海街区营平片区人口密度大，排水管网老化、养护缺失，片区雨水管网采用直排入海形式，排水防涝易受海潮顶托的影响，因此本文以该片区为例，通过排水模型软件分析不同潮位影响下片区主要积涝成因，并提出合理的改造实施策略。
1研究方法及研究区域排水概况
本次研究目标是力求改造后，雨水管渠设计重现期达到大城市中心城区5年一遇，城市内涝设计重现期达到大城市50年一遇的标准。排水模型中的校核标准分别为在雨水管渠设计重现期下的降雨时，城市道路不应有明显积水；在城市内涝设计重现期下的降雨时，城市道路留有一条车道地面积水深度不超过375px。
研究方法主要采用英国InfoWorksICM排水模型软件，综合流域内的雨水排涝设施、本地暴雨特征、海潮影响、城市用地分布等信息，对现状排水系统进行评估，识别涝水风险区域，诊断系统的局限性及洪涝成因，并根据规划目标改造现有的排水管网系统，对排涝骨干工程的不同规划方案进行评估，选择最优设计方案，制定相应管理措施，减少本流域的洪涝风险。
厦门市营平片区位于鹭江道的腹地，位于厦门岛西南海滨，街区北面以厦禾路为界，东侧至思明南路，西面隔鹭江道滨海景观带与鼓浪屿风景名胜区相望，南至大同路，是鹭江道总部经济商务中心。营平片区为中山路滨海街区的一部分，是目前厦门本岛旧城中历史最悠久的片区之一，其中的开元路始建于1920年，是厦门的第一条马路。该片区规划面积25.42hm2，汇水面积52hm2，地面标高介于3.73~11.4m，建筑物多商业和住宅。片区现状排水体制为雨、污分流制，雨水管穿鹭江道直排入海，排水系统设计标准均为1年一遇。对于《室外排水设计规范》（GB50014-2006，2014年版)提出的两个设计重现期的要求，一是雨水管渠设计重现期，二是内涝防治设计重现期，片区现有排水系统均无法满足。
2排水模型的构建
对于排水模型的构建，常规的一维管网模型仅能模拟管道的运行和检查井冒水等情况，对地面降雨的汇流和积水并不能很好地反应实际情况，因此本次研究将结合一维、二维的模型构建来评估并改造提升片区的排水防涝能力。
首先管网模型网络的建立是根据厦门市2008年全市管网普查数据，将筛选编辑后的CAD数据利用第三方CAD开发软件处理成节点及管道数据EXCEL表，并将EXCEL表通过ICM数据导入中心导入排水模型，通过拓扑结构分析和检查后，建立营平片区排水管网模型网络，共有1085个检查井节点、1088条管道、1020个子集水区。
地面数字高程模型是采用该片区1∶500 DWG地形图，通过ArcGIS软件建立该片区的地面高程模型，并导入ICM排水模型软件中。在掌握“地有高低”的基础上判断“流有缓急”，从而精确预测雨水径流在地面上的流向。
3模型参数的选取
3.1产流参数
本次地表产流模型根据不同的用地性质选定不同的产流参数，分为路面、综合、绿地3种产流表面，其中前两种为非渗透表面，采用固定径流系数法，绿地设定为可渗透表面，采用霍顿渗透系数法。汇流模型选用国内使用广泛的SWMM模型。对1 020个子集水区分别统计3种不同产流表面面积，具体参数选定见表1。
3.2降雨事件
由于厦门市尚未编制本市的设计雨型，本次设计降雨采用芝加哥雨型进行模拟，选取厦门市暴雨强度公式（2003版）的参数，计算降雨历时采用5 min、10 min、15 min、20 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min、150 min、180 min共11个历时，计算降雨重现期选取1 a、2 a、3 a、5 a、10 a、20 a、30 a、50 a共8个重现期，雨峰位置为0.4。
3.3潮型组合
滨海地区排水防涝的突出特点在于受潮位顶托的影响，潮位越高，排水能力越小，反之则越大。根据国家海洋局厦门分局对近43年实测资料的统计分析结果，在日常降雨下，选定多年平均潮位过程线（最高2.44m）作为雨水管渠设计重现期下雨水管道边界条件；降雨遭遇风暴潮或天文大潮的极端情况时，选定2年一遇潮位过程线（最高3.91 m）作为城市内涝风险评估区划边界条件,详见图1。同时降雨过程线及潮位过程线采用最不利组合，即潮位峰值与设计降雨的峰值拟合为同一时刻。
4现状评估情况
根据上述设定条件，现状排水管网的评估结果如下：在1年一遇的设计降雨下，A（大同路轮渡公交场站）、B（磁安路）、C(第四市场)、D(厦禾路大同小学)（以下简称A、B、C、D）已有部分路段产生5～15 cm的地面积水；在5年一遇的设计降雨下，A、B、C、D开始出现15 cm以上的地面积水；在10年一遇的设计降雨下，A、B、C、D出现大于25 cm的地面积水，见图2。积水点与历史调查积水情况基本吻合，且这几个路段均为人流车流量较大区域，已对城市的正常运行造成严重影响。
5排水系统改造
5.1改造思路
通过现状管网的评估，发现片区现状排水能力达不到1年一遇的设计标准，主要原因有：①管道标高错接；②局部管道大管接小管，存在水力瓶颈；③管道逆坡，下游出口能力不足；④管径小，管道维护难，淤积严重，排水能力下降。
按照常规的排水管网设计思路，通常以雨水管渠设计重现期5年一遇的设计标准，通过推理公式法对管道进行重新计算评估，全面改造片区的雨水管网，但营平片区为历史街区，人口密度大，道路红线宽度为6～12 m，建筑以骑楼形式为主，大规模进行管网翻建的可能性小，因此本次排水防涝改造规划采用排水模型计算方法，期望抓住关键问题，尽可能减少改造工程量，达到规划目标。
5.2改造措施
首先对现状错接及存在局部水力瓶颈的雨水管道进行改造。其次，由于该片区为骑楼老街区，用地紧张，通过增加绿地、新建调蓄池、在人行道铺设透水砖等形式进行源头径流控制的操作性不强。因此，对于雨水管道下游出现超负荷的管道，采取增大管径或新建出水口的方式进行改造，具体改造措施见表2。
5.3改造系统评估
积涝区工程改造后的系统评估结果见图3、图4。可以看出，在日常降雨情况下，积涝区的积水情况有明显改善，在5年一遇设计降雨遇2.44 m多年平均高潮位情况下，片区道路无明显积水；在50年一遇设计降雨遇2.44 m多年平均高潮位情况下，道路积水深度基本不超过375px，满足《室外排水设计规范》（GB50014-2006，2014年版）中发生城市内涝时城市道路中一条车道积水深度不超过375px的要求。
6风暴潮影响研究
6.1内涝风险评估区划
滨海地区每年受台风影响较大。因此，本项目通过模拟获得风暴潮（相当于2年一遇设计高潮位约3.91 m）洪涝灾害情况下的积水范围、积水深度等信息，结合城市建设用地的重要性和敏感性以及相应防涝标准进行内涝风险等级划分，将本流域划分为低风险区、中风险区和高风险区。低风险区是指不积水或积水深度在0.05m以下不影响城市居民生活的区域；中风险区是指积水深度在0.05~0.15m影响居民生活的区域；高风险区是指积水深度在0.15m以上严重积水、严重影响市民生活的区域，不能满足防涝标准的区域。居住区、学校、医院、行政办公场所、重要的商业建筑和基础设施所在区域可适当提高内涝风险等级，绿地、河道、广场可适当降低内涝风险等级。
风暴潮时营平片区的洪涝模拟结果见图5、图6。可见在遇到风暴潮时，片区虽经改造，但积水情况并无明显改善，在5年一遇设计降雨时，地面已出现超过375px积水。主要原因在于：①营平片区的雨水管网直排入海，受海潮顶托影响大；②区内部分地势低洼，低于2年一遇高潮位3.91 m。在此情况下，仅仅通过增大雨水管径很难解决积涝问题。
6.2风险区防护措施
由于风暴潮高潮位持续时间较短，一般1～2 h潮位便会逐步降低，根据内涝风险等级划分，综合历史内涝及水力模型模拟情况，确定本流域重点防护对象为：①厦禾路大同小学、思明北路第四市场；②开元路轮渡公交场站、大同路；③磁安路、典宝路、担水巷。防护措施分别为：①地下停车场、地下人行通道等地下空间出入口设置挡水板；②适当抬高路缘石和人行道高度；③居民住宅和工商业建筑底层设置挡水板；④结合鹭江道改造，设置涝水行泄通道；⑤小片区整体拆迁改造。
7结论
滨海地区排水防涝的特点是受海潮影响大，因此在竖向规划时应特别注意潮位对排水系统的影响。同时通过竖向的合理调整，避免道路交叉口形成大洼地，在发生超过雨水管道设计标准的降雨时，超标雨水可通过规划设计的地面涝水行泄通道快速漫流外排。
滨海地区采用排水模型对管网进行评估及改造时，应选取合理的潮位与降雨雨型相结合，同时还需对遭遇风暴潮所可能导致的内涝风险进行评估。当片区地势条件受限时，仅仅采用工程措施往往很难经济合理地解决内涝防治问题，尤其是极端天气条件下，此时非工程措施作为应急方案是有效应对的良方。
参考文献略。
本文来源于《给水排水》2015年第三期。
滨海城市排水防涝对策研究——以厦门市营平片区为例
2015-05-27 给水排水独家刊登 给水排水
