南昌市青山湖排水区排涝规划技术介绍
根据国务院办公厅2013年3月发布的《关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》（国办发［2013］23号）以及住房和城乡建设部2013年6月印发的《城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲》（以下简称《大纲》）要求，南昌市于2013年10月—2014年5月完成了《南昌市城市雨水防涝综合规划》（以下简称《规划》），《规划》于2014年6月通过了专家评审。笔者以南昌市青山湖排水区为例，阐述了《规划》的主要技术特点以及水力模型在《规划》编制中相关技术方法的应用。
1 区域现状
1.1 区域介绍
南昌市地处江西省中部偏北，赣江、抚河下游，鄱阳湖西南岸，全市以平原为主，东南平坦，西北丘陵起伏，中心城区分昌南城和昌北城，总规划面积为330km2。昌南城区规划面积为210km2，地形平坦，地势西南高（高程为24~28m）、东北偏低（高程约为20m）。青山湖排水区位于昌南城区中北部，面积为52km2，属南昌市老城区，也是全市内涝灾害较为频发的区域。
1.2 排水管网
青山湖排水区现状排水体制为截流式合流制，区域内现有排水管237km，中途提升泵站4座，立交雨水泵站4座。
1.3 水系及排涝泵站
青山湖排水区现有水系主要为玉带河水系和青山湖，河道总长为18.63km，青山湖位于水系末端，河湖总面积为3.56km2。雨季涝水通过城市排水管网汇入玉带河和青山湖，经青山湖调蓄后，由青山闸自排或青山湖排涝站提排入赣江。青山湖电排站的总装机容量为8000kW，总设计排涝流量为77.6m3/s。
1.4 降雨条件
南昌市雨量充沛，多年平均降雨量为1645mm，年最大降雨量为2356mm（1954年），年最小降雨量为1046.2mm（1963年），最大日暴雨量为289mm（1973年），最大时降雨量为58.7mm。根据南昌市气象站提供的降雨统计资料，20年一遇最大日降雨量为186mm，50年一遇最大日降雨量为248.6mm。
2 规划思路
对青山湖排水区现状排水系统进行充分调查，建立区域地形和排水系统数据库，并构建排水系统数学模型，通过模型模拟，评估现状排水设施能力和内涝风险程度，划分积涝区域。然后，根据南昌市降雨、土壤、水资源、土地利用等因素，综合考虑“蓄、滞、渗、净、用、排”等多种措施组合，再经水力模型模拟，确定青山湖排水区防涝系统最优方案。
3 水力模型应用
《规划》利用MikeUrban、Mike 11和Mike 21水力模型软件，分别建立城市管网模型、河道模型以及二维地表漫流模型，并利用MikeFlood软件平台将三者进行耦合模拟。
3.1 城市排水管网模型
Mike Urban Cs包括降雨径流模块（Rainfall-Runoff）和水动力学模块（Hydrodynamics）。
3.1.1 管网系统数字化模型的建立
将现有排水系统CAD资料进行概化整理后，转化成管网GIS拓扑数据文件，导入Urban水动力模块中，建立Mouse管网模型，并对其核查、整理。同时将模型中泵站、闸、堰等构筑物的属性参数根据实际情况进行补充完善。
3.1.2 降雨径流模型的搭建
径流模型主要用于地表径流的计算，包括降雨条件的处理、集水区的划分和参数的设置等。
① 降雨条件的处理
降雨条件的处理关键是选择合理的降雨雨型，《大纲》中要求采用短历时降雨和长历时降雨两种雨型。南昌市降雨统计资料显示，短历时强降雨中，单峰雨型占多数，雨峰一般在前部和中部，在后部的较少，且雨峰位置大多在0.3~0.4之间，基本符合芝加哥雨型的特点，选用芝加哥雨型较为合适。《规划》中南昌市短历时降雨雨型时间序列数据是利用芝加哥降雨过程线将现有的暴雨强度公式转换成单峰降雨曲线得到的，雨峰系数取0.35，降雨历时采用2h。南昌市3年一遇2h暴雨雨型如图1所示，该雨型最大降雨强度为10.4mm/min，2h总降雨量约为70mm。
图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别为186和248.6mm。由于南昌之前没有权威的长历时雨型资料，而《规划》编制时间紧迫，为了选择合适的长历时雨型，编制中根据南昌市已有记录的2012年5月12日特大暴雨降雨雨型进行比例放大处理。南昌市2012年5月12日每分钟自动统计降雨资料显示，该日降雨量为152.8mm，由于降雨异常集中，市区朝阳中路、京山老街、老福山、孺子路、南京西路等地和江铃、解放西路等立交桥出现较严重积水，积水点46处，积水总面积约为12×104m2，水深大多在0.2～1m，最深处超过2m。2012年5月12日的降雨雨型较具有代表性，《规划》将该日数据进行比例放大处理，作为设计雨型。
② 集水区的面积划分与参数设置
根据排水区DEM数字高程图、检查井和管道位置自动划分集水区，修正不合理的集水区，连接各集水区和检查井。
由于青山湖排水区内高度城市化，选用Urban中的时间面积（T-A）法作为区域降雨径流模型，T-A模型包括5个参数：集水时间、初损、水文衰减系数、不透水面积率、T-A曲线类型。根据实际情况，各集水区集水时间根据地表流速为0.3m/s自行计算，初损取1mm，水文衰减系数取0.9，不透水面积率自动提取屋面、道路等的面积，曲线类型选用面积随时间增加的正三角形类型。
3.2 河道模型
Mike 11模型主要是建立河网、河道断面、水工建筑物、边界条件等数据文件。
3.2.1 河网文件
在青山湖排水区水系CAD地形图中勾勒出水系位置泓线，通过ArcGIS软件生成Shape文件，将其导入到Mike 11模型中生成河网文件。编辑定义各河道名称、流向，并确定上下游连接关系。
3.2.2 河道断面
输入各河道断面数据，包括河道形状、河床标高和河道糙率等，将各断面对应的里程位置作为水位计算点，在水位计算点之间插入里程桩号作为流量计算点，控制河道断面间距不大于150m，在特殊位置（如有水工构筑物、管道排出口等）前后加密断面数据，以满足计算精度。
3.2.3 水工构筑物
排水区内玉带河水系中的西支和南支各有一道拦水固定堰，青山湖末端设有电排站，模型中水工构筑物处应为流量计算点，而不能作为水位计算点。固定堰选用宽顶堰公式，需输入堰宽和堰高参数。电排站参数需输入开停泵水位、时间、水泵流量等。
3.2.4 边界条件
边界条件主要包括降雨、流量、水位等。降雨条件前已述及。MikeUrban管网模型和Mike 11河道模型耦合后，各管网出水口流量时间序列文件自动作为边界条件。电排站前池的初始水位为16.00m，外排赣江的水位选取频率P分别为1%、2%、5%三种洪水位情况进行模拟。
3.3 二维地表漫流模型
根据南昌市青山湖排水区1∶1000的地形图构建数字高程模型（DEM）。为了获得合理的积水模拟数据，需将现有建筑、水系范围内的地面标高拔高处理。
3.4 模型耦合
降雨在地面、管网、河道中流动，单独的模型无法完整地反映降雨的全过程流动情况，需要将三者动态地联系起来，MikeFlood平台共有6种连接形式，将Mike Urban、Mike 11和Mike21相互连接耦合起来，从而精确模拟地面二维坡面流、排水管网流、明渠流、各种水工构筑物水流的相互影响情况。
3.5 模型检验
青山湖排水区的排涝模型建好后，需要对其合理性进行检验。把雨量站自动统计的2012年5月12日的暴雨雨型输入模型，进行耦合模拟，将模拟结果与2012年5月12日发生暴雨时的积水历史记录进行对比。对比结果显示，积水范围、深度、时段等数据吻合得较好，青山湖排水区的京山老街、老福山、孺子路和南京西路以及江铃立交、解放西路立交等都有积水，积水面积、深度与实际情况都基本一致。经过检验，建立的排涝模型合理，可以使用。
4 现状排水能力评估
现状排水能力分析一般采用短历时降雨条件，《规划》中分别采用了1年、2年、3年和5年四个重现期标准降雨条件进行模拟，模拟是在MikeFlood平台中，将MikeUrban和Mike 21二者耦合，并考虑地面最大积水深度为3cm。模拟结果表明，青山湖排水区的管道总长为237km，其中，<1年一遇、1~2年一遇、2~3年一遇、3~5年一遇、≥5年一遇的管网长度分别为98.8、104.0、18.7、8.2、7.3km。排水区内管道有41.7%不能满足1年重现期，另外有2座立交雨水泵站不能满足3年重现期。
5 内涝风险评估
5.1 内涝风险等级划分
《大纲》中推荐按低、中、高三个级别评估风险等级，但未提出具体的等级判别标准。《规划》结合南昌市实际情况，根据不同的积水深度和积水时间对人、车出行及人身安全造成的影响程度划分出不同的风险等级，详见表1，以此标准通过模拟获得各个内涝区域的风险等级平面图，从而统计出易涝点的个数和不同风险等级区域的面积。
表1 内涝风险等级划分标准
5.2 内涝风险评估
内涝风险分析一般采用长历时降雨条件，《规划》中采用了50年一遇24 h暴雨雨型进行模拟，利用Mike Flood 平台，将Mike Urban、Mike 11和Mike21三者耦合，结果见图2。经模拟和统计，南昌市青山湖排水区易涝点为53个，内涝低、中、高风险区面积分别为0.08、0.1、0.12km2。现状青山湖电排站的排涝能力基本满足50年一遇标准。
图2 南昌市青山湖排水区现状内涝风险
5.3 主要内涝成因分析
① 管网排水能力不足：如青山湖以北的江纺路、青山北路附近片区，积水深度普遍大于0.3m。从江防路管道断面图可以看出，瞬时最大积水深度达到1.2m。积水原因主要是管网不完善，现有管道断面偏小，青山北路溢流口排水能力小。规划方案中通过采用完善管网、扩大管道断面、加长溢流堰等措施，经模拟可以解决该片内涝问题。
② 局部地势低洼：主要积水点为阳明东路以北的住宅区、南京西路和贤士一路交口附近、北京西路省政府大院内、文教路省图书馆附近、东侧住宅区等。主要积水原因为局部地势比周围偏低。通过提高地面标高、低洼地增设调蓄池和新增排水管等措施，经模拟可以解决此积水问题。
③ 立交泵站标准偏低：南京西路立交、北京西路立交和解放路立交由于建设较早、标准偏低，解放路立交最大积水深度达到4.5m。通过增大水泵装机容量、扩大出水管断面等措施，经模拟可以解决此积水问题。
6 系统规划
6.1 规划期限
规划基准年为2012年，规划期限为2020年。近期建设规划期限至2017年。
6.2 规划目标
根据《大纲》要求和南昌市实际情况，确定以下规划目标：①短历时降雨低于雨水管渠设计重现期标准时，地面积水<3cm。②长历时降雨低于城市内涝防治标准时，城市不出现积水深度>27cm、面积>200m2、积水时间>1h的内涝灾害。③发生超过城市内涝防治标准的降雨时，超标准雨水通过排泄通道泄流，根据气象预报，提前做好内涝预案工作，包括调蓄水位降低、低洼路段交通组织、人员疏散等等，确保城市运转基本正常，不造成重大财产损失和人员伤亡。
6.3 规划标准
① 老城区改造后雨水综合径流系数控制在0.55。
② 有内涝风险区域内雨水管渠重现期不满足1年的，本次规划改造达到大于或等于3年；其他区域内重现期不满足1年的，待以后城区道路改造、小区改造、低洼旧城改造以及架空线入地等其他管线改造时，逐步改造为3年重现期。已建下穿立交重现期采用10年，新建下穿立交重现期采用20年，隧道重现期采用20年。
③ 南昌市是省会城市，治涝标准确定为50年一遇暴雨不发生内涝风险。
6.4 规划方案
通过对现有排水系统调查、模拟评估现有排水能力和内涝风险情况，查找出问题和原因，采用控制雨水径流、改造现有排水系统、新增管网和调蓄设施、整治河道等手段，经水力模型模拟，寻求最优规划方案，达到排涝规划目标。
6.4.1 雨水径流控制
① 径流量控制
《规划》中将渗透铺装地面、下凹式绿地、生态植草沟、雨水调蓄池、人工湿地等雨水渗、滞、蓄设施与自然洼地或水塘相结合，形成具有“城在湖中，湖在城中”的南昌城市特色的雨水渗蓄系统，并提出了相应的控制指标，通过以上措施使青山湖排水区的雨水综合径流系数由现有的0.63减小到0.55。
② 径流污染控制
控制初期雨水是城市雨水径流污染控制的一项主要举措，《规划》中沿玉带河增设截流、调蓄箱涵31.8km，箱涵最大断面B×H=9m×2.5 m，使区域初期雨水调蓄容积扩大到25×104m3，总体实际截流倍数由原来的2提高到5以上，通过河道模型（Mike11）水质模拟，玉带河、青山湖能达到Ⅳ类水体标准。
6.4.2 管网系统规划
① 排水体制
青山湖排水区现状主要以截流式合流制为主，《规划》近期采用分流制和截流式合流制并存的排水体制，远期改造成分流制排水体制。
② 排水管渠及泵站
为解决青山湖排水区积水点较多、积水面积较大的问题，通过完善管网、改扩建主要排水通道、改造溢流口、加大泵房装机容量等，经过模拟校核，需新增管网长度为125.4km，改建管网长度为69.5km，管渠断面为管径DN600到箱涵断面B×H=9m×2.5m，扩大南京西路、北京西路、坛子口、解放西路四处下穿立交雨水泵站装机规模。改扩建的主要排水通道有青山北路、永外正街、叠山路、北京西路、香江路、解放西路6条主下水道。
③ 防涝系统规划
现状青山湖排水区已形成了比较完善的涝水排泄系统，防涝设施主要有青山湖电排站、青山闸、青山湖调蓄区以及涝水汇集沟渠。涝水汇集沟渠主要为玉带河（包括玉带河总渠、西支、东支、南支和北支），涝水通过青山闸自排（赣江水位低时）或青山湖电排站电排（赣江水位高时）入江。区域内雨水调蓄容积达300×104m3，调蓄水面占排水区域面积的6%左右。经过模拟，电排站排涝流量、调蓄容积以及河道断面、控制水位均满足规划50年一遇排涝标准要求。考虑现状部分河段有淤积现象，《规划》要求对淤积河段进行清淤，充分发挥河道过水能力。
7 结论
① 通过对南昌市青山湖排水区的排水系统进行模拟分析，查找出内涝问题和原因，通过采取控制雨水径流、改造现有排水系统、新增管网、调蓄设施等手段，经反复模拟，寻求最优规划方案，达到了排涝规划目标。
② 利用水力模型辅助排水防涝规划，是行业技术发展的趋势之一，《规划》在水力模型应用方面介绍了一些主要技术内容。另外，根据南昌市的实际特点，在降雨雨型、风险等级划分、规划标准、规划目标等方面提出了具体的数据指标，并阐述了主要规划方案，以期为类似项目提供有益参考。
（本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第23期“城市雨水管理”栏目。作者为同济大学环境科学与工程学院、南昌市城市规划设计研究总院吴雪军；3.南昌航空大学数学与信息科学学院杨就意）
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——市水务局夯实建设现代化大都市水安全保障基础 ■邱刚 查晟 记者 廖晓生
2012年，我市水务工作以建设“鄱湖明珠·中国水都”为契机，扎实抓好防汛抗旱，大力推进水务建设，积极加强水务管理，不断深化水务改革，有力地促进了全市经济社会发展，为我市打造成为核心增长极作出了应有的贡献。 成功应对赣江南昌段罕见早汛 2012年，我市水旱灾害呈现早发、多发、频发、重发的态势，防汛形势十分严峻。全年全市平均降雨量2113毫米，与常年全年平均降雨量偏多29%。3月10日，赣江南昌段发生历史罕见的早汛，过程涨幅达6.33米，洪峰水位20.44米，为1999年以来同期最高；5月12日8时至20时，市城区平均降雨量150毫米，列有历史记载以来的第4位；8月21日20时至23时，我市遭遇突发性强降雨并伴有强雷电，强降雨主要集中在市城区，以省政府174毫米为最大。 受强降雨影响，5月12日赣江南昌段、抚河李家渡站、潦河万家埠站过程涨幅分别为1.39米、1.88米、4.13米，5月13日锦江松湖街发生超警戒1.86米洪水，全市有160座水库和439座山塘超汛限运行。面对严峻的防汛形势，市县水务和防汛部门未雨绸缪，超前部署，扎实工作，突出加强在建工程保安、中小河流防守、城市排涝管理和山洪地质灾害防御工作，确保了全市防汛安全。 全年投入水务建设资金8.2亿元 2012年，我市水务投入规模空前，全年全市共到位市级以上水务建设资金8.2亿元，其中省级以上4.59亿多元。按照打造核心增长极的要求，落实市政府、省水利厅《共同推进南昌打造核心增长极暨建设“鄱湖明珠·中国水都”合作备忘录》确定的“三年行动计划”、“八年规划”和“百个项目”、“百亿投资”建设要求，进一步加快城市水务建设，夯实建设现代化大都市水安全保障基础。 我市加快推进“鄱湖明珠·中国水都”建设，10月份，市“鄱湖明珠·中国水都”指挥部组建成立；年底前，我市打造“鄱湖明珠·中国水都”总体规划和各专项规划基本编制完成。与此同时，市水务局加快了城市水务建设，赣江生米九龙湖防洪大堤工程、象湖抚河清淤截污、五河治理昌北防洪堤工程进展顺利，完成滕王阁挡洪墙改造和昌南大道东延工程，启动南昌航空城防洪治涝工程、大象湖水系、西桃花河、赣东大堤岸线、乌沙河及幸福渠水系综合整治工程，加快城市排水管网、排水设施改造工程建设，水务基础支撑和保障不断增强。 全面完成农田水利基本建设任务 市水务局及时编制2012年度冬春农田水利基本建设实施方案，汛后全面开展了冬春农田水利基本建设，全面完成为期三年的大兴农田水利建设任务。继续实施南昌、新建、进贤3个县小农水重点县建设，加快安义县第4批国家小农水重点县建设，启动新南灌区续建配套和节水改造、南昌县蒋巷高梧灌溉站工程，新增恢复、改善灌溉面积21.7万亩。 同时，完成全市农村自来水规划，再解决17.75万农村人口饮水安全问题；实施23座重点小（二）型水库、2座地方重点小（二）型水库和21座一般小（二）型水库除险加固；完成鄱阳湖二期第6个单项工程三江联圩、廿四联圩建设；实施青山湖区全国第一批中小河流治理重点县建设，完成中小河流治理项目4处；治理水土流失6万亩，南昌水土保持生态科技园被评为全国首批全国中小学水土保持教育社会实践基地。 落实节水型社会建设任务推进分解 我市积极推进节水型社会建设，制订了《南昌市节水型社会建设试点工作（2011年-2013年）实施方案》，落实节水型社会建设任务推进分解。加强水资源保护，落实最严格的水资源管理制度，建立全市水资源管理“三条红线”控制指标体系，审批水资源论证项目7个，组织编制南昌市城市饮用水源地安全保障规划，完成《南昌市水量分配细化方案》修改，开展干旱条件下南昌市水资源优化配置方案研究。 同时，加强二次供水管理，制订了《南昌市二次供水联合执法检查实施方案》，联合市卫生局、建委和房管局开展了二次供水执法检查。强化污水处理厂运营监管，青山湖、朝阳、红谷滩、象湖污水处理厂日平均处理污水74.6万吨，负荷率88.8%，进水水量和出水水质达标，全面完成年度水利节能减排任务。加快城市水资源工程建设，瑶湖污水处理厂污水配套收集管网的建设6月底前通水，厂区内建设已完工并投入运行，青山湖污水处理厂增设消毒设施项目立项，完成污泥临时应急处置项目，重新启动污泥长期处置项目前期工作，完成厂区“三通一平”建设和项目环评。 严厉打击填湖造地造景等非法行为 市水务局加强了水行政执法工作，开展了全市填湖造地调查核实和执法巡查工作，严厉打击填湖造地、造物、造景等非法行为；落实河道采砂长效管理机制，市水政执法队累计开展执法巡查7000余人次，立案查处水事违法案件223起，与公安部门联合办案6起，罚没收缴300余万元，28名非法采砂被刑拘，已判决2人，确保了全市河道采砂始终安全可控。 与此同时，市水务局强化了行政审批服务，局行政审批服务窗口共受理各类行政审批事项62件，办结率及承诺期限内办结率均达到100%，受到管理服务对象好评。强化城市涉水工程管理，共处理数字城管交办件1000余件，接受并处理城市排水热线投诉7520起，均做到事事及时办结，件件有回音。 2013年是“十二五”规划承上启下的一年，是学习贯彻党的十八大精神的开局之年。我市水务工作将积极全面落实南昌打造核心增长极的战略部署，深入贯彻中央和省市加快水利改革发展的重大决策部署，牢牢把握加快水务改革发展千载难逢的历史机遇，加快水务建设，深化水务改革，强化水务管理，为打造核心增长极提供更加有力的水务基础支撑。 |
