上海市虹口区内涝特性分析及工程控制

摘要

上海市地处长江三角洲，是全国的经济、贸易、航运中心，在国民经济中一直扮演着火车头的作用。而虹口区位于上海中心城区的东北部，南连黄浦江、苏州河的交汇处，是中央商务区的重要组成部分之一。全区经济发达，城市化建设完善。近年来，随着极端天气的频繁出现，暴雨带来的内涝给虹口区的经济发展、居民生活造成了严重破坏。针对虹口区强降雨天气下内涝频发的问题，本文开展对内涝的影响因素以及控制手段的研究，分析2006-2015年黄浦江水位和虹口区降水的变化规律，确立区内内涝点的面积、数量和水深在不同水位下随降水量的变化规律，对内涝量及汇流区域水质进行分析，提出内涝工程控制手段，并进行技术经济分析，研究结果可为内涝的成因分析以及工程控制提供技术支撑。
　　基于大规模的数据采集，对虹口区乃至整个上海市的排水系统进行统计分析。虹口区管网普及率为87.58%，达标率为82.80%，泵站的覆盖率为83.28%，共有29个易内涝点。通过研究黄浦江的水文资料和虹口区的降水资料，确定了虹口区的月降水量年内为先增后减的变化规律，最高可达到382.1mm。降水量的分布情况是汛期多冬季少，汛期月降水量基本处于100mm以上，总量最高可以达到967.7mm，占全年的67.33%。通过降水量季节性变化对比发现，除了二月份和三月份，虹口区的月降水量都是呈现增加的趋势，递增速率达到28.2mm/10a。黄浦江水位在枯水期一般处于2m或以下的水平，汛期均处于4m以上，年内变化规律为先增后减。通过研究建立内涝点的面积、数量和水深在不同水位下随降水量的变化规律表明，内涝点随降水量的增加而先增加后减小，最高达到29个，呈现下降速度小于上升速度的规律；内涝面积的变化速度符合先增大后减小的规律，在水位处于4.20m时，单次降水量达到130mm，内涝面积最大为180250m2；在典型区域，内涝水深的增速为“两头小，中间高”的趋势；高水位下，内涝面积的增速完全符合先增后减的规律，最高增速达到91.1m2/mm（内涝面积/降水量）。
　　研究中分析了降雨前河流安全水位控制、降雨径流分析和河网水动学模型三种方法，分别计算排涝规模为26.98m3/s、27.35m3/s和30m3/s，确定设计排涝规模为30m3/s。基于河网水动学模型，确立水资源调度方案：虹口港泵闸的泵站引水流量为15m3/s时，虹口港水系的换水能力将明显改善，最大引水流量可达22.86m3/s，同时水质改善效果也较显著，各项水质指标均可改善超过60%。最终，确定引水规模为15m3/s。
　　在汇流区域中，以冲刷浓度模型为研究方法，得出了交通区的污染物浓度要明显高于其他区域；降雨强度是影响初始冲刷效应的主要因素的规律。雨水管沿河出水口的水质为：BOD5=7.08mg/L， NH3－N=2.34mg/L， DO=2.18mg/L， CODcr=33.29mg/L；在引水调度计算时，利用河网水质学模型，确立黄浦江的引水水质为：BOD5=7.20mg/L，NH3－N=2.82mg/L， DO=2.70mg/L，CODcr=34.00mg/L。同时，在工程实践中提出虹口港区泵闸的工程采用“泵+闸”的不对称布置形式，泵型选用3台单机10m3/s的1800QGS10-3.25型潜水贯流泵，其中两台为双向，一台为单向，总设计流量30m3/s，泵站引水净扬程为0~2.21m，排涝净扬程为0~3.98m。
　　工程推荐方案总投资为51789.96万元。工程的年材料、燃料及动力费、工资及福利费、管理及维修养护费等工程年运行费总计为464万元。本工程的建设改善了城市的防洪排涝的压力，提高了水环境质量，促进了地区经济的发展。其多年经济效益总现值为79955.76万元（折算到基准期2011年初）；多年平均年经济效益为1599.12万元，大于多年平均年费用现值。
　　研究成果可应用于城市内涝的成因分析以及工程控制，为保证城区防洪排涝能力、改善水环境提供了技术支撑。该研究以虹口区为研究对象，其成果可为上海市洪涝成因分析与工程治理提供借鉴，不仅为深入研究内涝积水的形成机理奠定了基础，而且对促进了城市合理地建设发展提供工程技术支撑。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及目的、意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的来源及研究内容

第2章 主要研究方法和分析指标

2.1汇流水质变化模型

2.2 泵闸排水量及引水量计算模型

2.3 水质检测方法

第3章 虹口区域现状及内涝特性分析

3.1 上海市排水系统现状与虹口区排水系统现状

3.2 黄浦江水位与虹口区降水量变化规律

3.3 黄浦江水位、降水与区域内涝的关系研究

3.4 典型区域的内涝特征分析

3.5 本章小结

第4章 排涝规模的确定及水资源调度分析

4.1 基于对比分析的排涝规模确定

4.2 典型区域的汇流分析

4.3 基于水质分析的水资源调度方案

4.4 本章小结

第5章 内涝的工程控制设计及经济分析

5.1 水力机械

5.2 泵闸的总体布置及主要构筑物

5.3 其它专业

5.4 工程经济评价

5.5 本章小结

结论

参考文献

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