基于水力学模型的城市除涝方案分析研究

摘要

近年来，国内各大城市频繁发生内涝，影响了人们的正常工作学习和生活，甚至造成了巨大的经济损失，对人民生命安全也造成了威胁，防洪除涝工作对于城市可持续发展非常重要，如何合理分析不同类别城市区域易涝点特点匈形成机理，充分利用资金及资源以提高除涝效果，目前成为了城市防洪除涝工作的重心。
　　在地形比较复杂的城市，不同易涝点形成的过程及关键影响因素往往不同，应有针对性地对各种典型易涝点作除涝效果对比分析研究;以往研究中由于资料所限，或使用经验推理公式，或对管网数据进行概化，利用有精细资料的管网、地形、下垫面数据进行模拟的研究较少，而这些资料是提高水力学模型模拟精度的关键，也是除涝方案比较的基础。因此，本文结合《大连市城市防洪排涝规划》项目，选取大连市内具有代表性的平原、入海口、丘陵三种典型区域，从以下两个方面进行了深入研究:
　　(1)通过采用DHI公司研发的MIKE系列软件，利用较高精度资料对研究区域管网进行建模并验证模型可靠性。采用MIKE URBAN模型对研究区域管网在设计暴雨重现期下的排水现状能力进行模拟分析，根据模拟结果，找到各易涝点的瓶颈管道。结合不同类型易涝点的特点选用不同除涝方案进行分析。根据每种方案的单价，结合各易涝点除涝方案改造的不同工程量，设立四种不同的改造成本情景分别为150万元、300万元、450万元、600万元，分别在不同改造成本下对每种除涝方案进行进一步分析，并确定出典型易涝点较优除涝方案，为以后的城市除涝工作，尤其是大中城市防洪除涝方案制订提供参考。通过计算与对比，得出平原区域增大管径的方案除涝效果较好，入海口地区适合采用泵站方案，丘陵地区设置蓄水池可有效的集蓄雨水资源，同时削减洪峰，减轻甚至消除内涝。
　　(2)气候变化及人类活动影响近年来不断增强，城市除涝方案的规划一定程度上也受到未来变化不确定性的影响。降雨强度、地形及下垫面情况、排水管网状况是城市防洪的关键影响因素，城市防洪除涝需根据现状评估结果，考虑城市发展需求并结合上述关键影响因素对管网及除涝设施进行规划。近年来变化因素逐渐增强，如近期气候变化导致降雨，尤其是降雨强度发生了改变[1-3];城市化过快增长导致城市不透水面积急剧增大;某些管道建设时代较长，未来管道的排水能力易受各种因素影响从而可能有较大程度降低等，这些因素变化的不确定性均会对城市内涝产生一定的影响。因此，研究分别对可能变化因素定性选择不同的情景值，然后进行除涝方案变化条件下的适用性分析。建立情景如下:①根据大连市历史降雨统计情况，在50年一遇的除涝标准前提下，设定不同情景降雨强度分别增加10％、20％、30％;②论文研究的典型区域位于大连市中心城区，为商业发达地区，地面硬化程度较高，考虑城市化的不利影响，考虑径流系数分别增长至0.75、0.8、0.85情景下城市化进程对城市内涝的影响;③根据《城镇排水管道检测与评估技术规程(CJJ181-2012)》对管道沉淀等级的划分结果，结合大连市地面污染物实际情况，选取沉淀物厚度与管径的比例为10％、20％、30％三个指标。在此基础上，对易涝点进行内涝模拟研究，结合第三章所得结论，在各个易涝点采用较优除涝方案进行改造的基础上，研究其在不同情景条件下适用性情况。以50年一遇内涝标准为基础，分析研究区域典型易涝点对降雨强度、城市化进程、管网沉淀的变化的敏感性，为以后的除涝工作提供参考依据。