精準客水劃定的城市下凹橋防澇規劃

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0引言

城市內澇是由降雨的動態累計引發的,當降雨量超過雨水管網排除能力時,無法排除的雨水通過雨水井溢流至地表,并沿地面坡度匯集至低洼區域,形成地表積水。當積水累積超過城市防洪設施調蓄能力時,就會對人民經濟和生命財產造成損失,即發生城市內澇[1-2]。城市下凹橋區因地勢低洼,具有易澇的特點。橋區所在道路設計路面高程低于周邊地區地面高程,存在周邊客水匯入風險,帶來下凹橋區積水隱患。城市下凹橋匯水區包括低水區和高水區,低水區面積指橋區道路紅線范圍內,根據道路設計高程變坡點及道路設計橫斷面所確定的橋區雨水管道及泵站的服務區域,高水區指橋區內除低水區以外的匯水區域。客水區面積指雨水依地形、地貌,可通過重力流方式匯流到本橋區的除低水區面積以外的高水區匯水面積。當周邊地表徑流超出排水系統的能力時,客水區將會形成。因此,對于一個低洼區域來說,地形豎向高程設計和地表匯流路徑自然形成該區域的客水區,橋區防澇工程建設目的在于對客水區進行人為干預和合理引導,從而形成對橋區積水的安全處置,達到消除或減輕內澇災害的目的。本項目采用“高水高排高蓄、低水低排低蓄”的方式,依托客水攔蓄工程,為無法排除的客水提供安全處置空間,減少客水匯入橋區,減輕排水壓力。傳統規劃難以精確劃分客水區域,從而導致造成防澇規劃誤差,影響橋區防澇達標。數學模型可以對規劃設計值進行模擬校核,有效彌補傳統規劃不足[3]。本研究結合北京城市副中心站(即現狀潞通大街及通運西路,下穿京哈鐵路形成兩座下凹式立交橋)防澇規劃設計,利用數學模型對下凹橋低水、客水范圍進行精確劃分,提高防澇規劃的精準度和合理性。

1項目概況

1.1現狀情況

現狀潞通大街及通運西路下穿京哈鐵路形成兩座下凹式立交橋,兩處下凹橋區共用一座雨水泵站。雨水泵站位置如圖1所示。現狀雨水泵站設計重現期為10年一遇,設計流量為3.1m3/s,調蓄池容積為6085m3,泵站出水管道與現狀潞通大街的壓力雨水管道相連接入北運河。

1.2規劃標準

依據《室外排水設計規范》(GB50014-2006)和北京市地方標準《城鎮雨水系統規劃設計暴雨徑流計算標準》(DB11/T969-2016),城市主干路、本項目周邊區域及其下游雨水管道規劃設計重現期采用5年,其它城市次干路及支路采用3年,低水區雨水管道設計標準按30年一遇標準設計,下凹橋區防澇標準為100年一遇降雨,下凹橋區積水深度不超過15cm。為保障下凹橋區的防澇安全,需要對下凹橋區進行總體防澇規劃。

1.3技術路線

在保證下游河道排水通暢,高水管道排水系統完善的情況下,復核低水區收水、排水系統,新建客水攔蓄工程,盡量減少客水匯入下凹橋區。(1)對周邊現狀管道排水能力進行校核,提出本項目周邊高水區雨水管道規劃方案。(2)對本項目現狀低水區收水、排水系統能力進行復核。(3)劃定本項目客水區,并對現狀道路高程和相關區域地形豎向進行分析,提出客水攔、蓄工程規劃方案。(4)綜合考慮工程實施難度、投資、效果等因素,提出規劃方案和實施建議。

2低水區復核及規劃方案

基于地面測量數據、地塊及道路設計高程,構建高精度道路數字高程模型(DEM)[4],并結合水力模型工具計算100年一遇降雨下的內澇情景,復核道路豎向設計計變坡點高程是否滿足規劃要求(客水不進橋區),識別出假變坡點8處,結果如圖2所示。針對不滿足要求的變坡點,結合水力模型分析提出最低高程要求;最終優化道路設計,確定低水范圍。優化后低水區面積為10.2hm2,如圖3所示。徑流系數道路為0.95,綠地為0.3,首段集水時間采用5min,經復核,雨水泵站設計流量不低于3.12m3/s。泵站出水采用壓力出水,出水管道出口處絕對水頭不低于地面高程。

3高水區雨水管道規劃方案

北京城市副中心站作為北京市重要地區,其雨水管道規劃設計重現期采用5年一遇;周邊其他區域城市主干路、城市次干路和支路分別采用5年一遇、3年一遇和3年一遇重現期標準;同時,下游雨水管道設計重現期不得低于上游。項目東側現狀及規劃用地均為綠地,為削減雨水峰值徑流量,可就近利用該規劃綠地調蓄降水重現期設為100年一遇降水,使該區域在規劃設計標準內的雨水達到自行消納、待機排水的目的。部分現狀高水管道穿越低水區,位置示意如圖4所示。高水管道穿低水區部分的檢查井及雨水篦子采取封堵、帶鎖井蓋和雨水篦子連通管加設止回閥等工程措施。

4客水區劃分

以規劃設計和數學模型相結合的方式,開展客水區域劃分。即根據現狀地形和道路設計,豎向劃定了基本客水范圍,同時采用數學模型校核并通過現場踏勘分析,最終確定客水區。

4.1基于設計資料的客水劃定

經現場調研,本項目低水區周邊主要為現狀民房和空地,隨著周邊地塊及道路的建設,現狀地形地面坡向和現狀客水區將發生變化。根據本項目周邊現狀地形圖及相關道路豎向設計劃定本項目客水區,如圖5所示。

4.2數學模型法劃定客水范圍

隨著降雨重現期的增加,橋區的客水區影響范圍逐漸向外擴張。基于路徑追蹤法[5],結合100年一遇降雨過程進行仿真模擬,計算獲得該情景下的客水區影響范圍,并對客水區面積進行校核分析(數學模型所用地形在現狀地形的基礎上,考慮了設計道路和小區的規劃地面高程),結果如圖6所示。為進一步明確客水邊界,通過現場踏勘及周邊用地性質分析,對客水區邊界線進行再次確定。

4.3現場踏勘劃定客水范圍

結合六個區域的建設現狀、地塊高程、細部構造,逐一判斷每個區域的客水流入可能性,并將不會存在客水流入的區域調整出客水區。經現場踏勘及規劃用地分析,確定客水區有5個區域需要調整,具體如圖7所示。最終確定本項目的客水區面積為21.5hm2,最終客水范圍如圖8所示。

4.4客水匯流路徑分析

通過分析客水的匯入情況,可以確定客水的匯入點和對應的客水匯流區域。經高程分析及匯流路徑研究,客水主要通過7個匯入點匯入本項目低水區結果如圖9所示。

5客水攔蓄方案

針對超標降雨,規劃對本項目客水區雨水分區域進行疏導或攔截,采取對客水匯入點設置客水攔截等工程措施,將客水攔截在下凹橋區外圍,避免超過雨水管道設計標準的客水進入下凹橋區。

5.1客水疏導及攔截措施

通過調整街道道路豎向高程、取消局部道路內部綠化隔離帶、設置綠地調蓄,布置減速帶、橫截溝和雨水調蓄池,在低水區周邊布置了連續、有效的客水疏導或攔截措施,并對現狀小區開孔擋墻進行封堵(僅預留小區出口),阻攔客水區1~7的超標雨水匯入,結果如圖10所示。

5.2客水攔截效果模擬

為保證下凹橋區排水防澇安全,規劃下凹橋區采取以下措施:低水區兩側實現連續有效擋水墻(擋墻高度結合北側現狀建成區規劃雨水系統未實施的情景模擬結果進行設置,為19.79~21.42m)、道路變坡點設計、小區客水攔截調蓄(調蓄容積1000m3)、小區客水引流調蓄(調蓄容積2110m3)以及穿越低水區高水管道封堵等措施,低水區按30年一遇標準建設,南部交通樞紐高水系統按5年一遇標準建設,北部高水管道系統維持現狀。經數學模型的內澇風險模擬分析,發生100年一遇降雨時,下凹橋區最大積水深度低于15cm,達到了防澇規劃目標,橋區及客水區積水深度如圖11所示。

6結論

針對基于精準客水劃定難的問題,北京城市副中心站下凹橋防澇規劃,在高水區和低水區劃分的基礎上,通過在高水區有效疏導,以規劃設計和數學模型相結合的方式,開展客水區域劃定。根據現狀地形和道路設計,豎向劃定了基本客水范圍,同時采用數學模型校核并通過現場踏勘分析,實現了精準的客水區劃定。通過客水疏導及攔截措施布設,有效阻擋超標降雨情況下客水匯入,并通過數學模型進行了驗證,在100年一遇降雨情況下,北京城市副中心站下凹橋區,滿足橋區防澇規劃目標。

作者:葉婉露 郭海斌  韋明杰 單位:北京市首都規劃設計工程咨詢開發有限公司 北京市城市規劃設計研究院