基于InfoWorks ICM的武汉市汉口主城区排水能力评估

陈翠珍 蒋佳鑫 李敏

（武汉市水务科学研究院，湖北 武汉 430014）

基于InfoWorks ICM的武汉市汉口主城区排水能力评估

陈翠珍 蒋佳鑫 李敏

（武汉市水务科学研究院，湖北 武汉 430014）

针对武汉市汉口主城区既有管网现状建设年代久远、部分管线无管理维护等问题，本文采用英国的InfoWorks ICM对武汉市汉口中心区的既有管网进行现状评估，找出既有管线问题所在，为后续的管网改造和管理方案提供依据。

排水能力评估；管网改造；InfoWorks ICM

1 概述

武汉市汉口主城区位于长江北岸，涵盖江岸、江汉、硚口三个行政区。由于管道隐蔽性、建设年代久远、有些存在无人管理维护等一些问题，这些因素造成了既有管网现状情况十分复杂。针对上述问题，本文采用英国的InfoworksICM 对汉口中心城区的既有管网进行现状评估，找出既有管线问题所在，为后续的管网改造和管理方案提供依据。

2 现状管网模型的构建

英国Wallingford公司的InfoWorks ICM综合排水模型软件集浅层排水管网、河道于一体，可以构建城市暴雨内涝一维、二维排水水力模型进行综合排水模拟。该软件可以较好的处理地形数据并能灵活的对水闸、泵站等构筑物在模型中设置调度方案，较真实的反应城市排水情形。因此，采用该软件作为区域现状管网模型搭建的平台。

2.1 模型的建立

收集汉口中心城区雨水管网、排水港渠、泵站、调蓄湖泊等承担雨水排放功能的排水设施数据后，将这些资料转化成ICM可识别的数据格式，并导入到软件中。然后通过拓扑结构检查及现场核实，保证数据的准确性及系统的连通性。最终生成区域现状排水系统模型如图1所示。

图1 武汉市汉口中心城区管网模型

2.2 产汇流模型

降落在城市地表的降雨经截留、地面填洼、渗透、直接地面径流，得到进入雨水口的地面径流。径流进入雨水管道同基流会合，流过地下管网系统、辅助设施、溢流口等，最终进入受纳水体。InfoWorks ICM采用分布式模型模拟降雨-径流，基于详细的子集水区空间划分和不同产流特性的表面组成进行径流计算。

根据武汉市汉口中心城区1：2000地形图，按透水性能将区域下垫面主要分为屋面、道路、绿地、水面和其他五大类。非透水性路面产流模型选用固定径流模型，透水性路面选用Horton模型［1］。汉口中心城区下垫面现状及对应各类下垫面的产流模型初始参数的设定见表1。区域地表径流模拟采用SWMM非线性水库模型［2～3］，由连续方程和曼宁方程联立求解。

表1 下垫面数据统计表

2.3 设计降雨

汉口地区黄孝河系统、常青系统自南向北收集流域内雨水，通过黄孝河、机场河等港渠转输进入末端，最终进入府河。地表汇流时间、管渠及港渠转输流行时间不超过3小时，因此，利用《武汉市排水防涝系统规划设计标准》确定的短历时（180min）暴雨强度公式进行模型模拟计算。

式中：q—设计暴雨强度［L/（s.hm2）］；P—重现期（a）；t—降雨历时（min）；

短历时暴雨的暴雨雨型以暴雨强度公式和雨峰系数表示，武汉市雨峰系数采用：P≥10年时，取值为0.5；5≤P＜10年时，取值为0.45；P＜5年，取值为0.40。根据暴雨公式和雨峰系数成果，采用芝加哥雨型作为各重现期下3小时的暴雨雨型。

模型建立完成后，利用区域内历史和实测数据对模型进行校核与验证。在模型计算值与实测值基本吻合后，用于对区域现状排水系统能力进行评估。

3 模拟结果

3.1 静态数据的分析

通过排水管网模型的建立实现了市政排水管网的完全数字化，为排水管网的资产管理、日常养护和水力建模项目提取了良好基础。经统计，区域内数据库录入管网总长度为1282.7km，港渠总长度为30.5km。

由于合流水长期腐蚀、地质结构变化和施工手段落后等因素，排水管道将产生结构上的缺陷，如管道上下游连接错位、重力流管道逆坡布置、大管径管道连接入小管径管道、管道无下游出口、污水管网直排港渠排放口等。管网系统中这些缺陷的存在，既影响了管网过流能力，同时污水直排水体造成环境污染，是管网日常维护管理中改造的重点。通过基础数据分析，汉口区域内现状存在管段错位共77处，逆坡40处、大管接小管151处，无下游出口6处，直排口69处。管网基础数据统计问题分布如图2所示。

图2 管网基础数据统计问题分布图

3.2 管网排水能力的评估

依据《室外排水设计规范（ 2014 年版） 》（ GB50014—2006） 中规定，雨水和合流管按满管流设计。模型动态模拟了1 年一遇、3 年一遇、5 年一遇的设计暴雨下的管道水力状态，分析得出汉口中心城区的管渠排水能力的整体状况如表1。

表1 设计降雨条件下管涵达标统计表

3.3 港渠及排涝泵站排水能力的评估

汉口片区重要的港渠有机场河、黄孝河、建设渠等，作为整个排水系统的下游排涝通道，港渠过流能力及河口排涝泵站规模直接决定整个系统的排水排涝标准。根据住建部2014颁布的《室外排水设计规范（GB50014-2006），武汉市作为特大城市，中心城区需有效应对不低于 50 年一遇的暴雨。本文利用模型重点评估机场河明渠及明渠末端常青泵站应对50 年一遇设计降雨的能力。

根据模拟结果，机场河过流能力可以满足50年一遇降雨时排涝要求。50年一遇机场河出口最大洪峰流量为161.4m³/s，现状常青排水泵站一期53.6m³/s，二期135m³/s，总计188.6m³/s，因此常青排水泵站可以满足50年一遇排涝标准。

4 评估分析结论

通过对汉口中心城区现状排水系统建立水力模型进行评估，得出如下结论：

4.1 汉口中心城区现状排水由于建设年代久远，管网中存在较多的结构性缺陷，区域共有管段错位共77处，逆坡40处、大管接小管151处，无下游出口6处，直排口69处。

4.2 区域排水管网建设标准偏低，仅69%长度现状管渠能满足P=1设计降雨重现期，29.9%管渠达到P=3，14.5%管渠达到P=5，7%管渠达到P=10。

4.3 区域现状主要港渠及排涝泵站—机场河明渠及常青泵站能满足排涝标准的要求。

［1］王小军，张强，易小兵，等.灌区渠系特征与灌溉水利用系数的Horton 分维［J］.地理研究，2014，33（4） ：790-800.

［2］徐宗学.水文模型［M］.北京： 科学出版社，2009.

［3］张连强.截流式分流制城镇排水系统的形式及设计研究［D］.重庆： 重庆大学， 2013.

U453.6

A

1003-5168（2015）11-124-02