香港采石场项目雨水影响模拟

■ 邓仲梅 薛 珂

科技应用

香港采石场项目雨水影响模拟

■ 邓仲梅 薛 珂

图1 安达臣道石矿场现状图

香港安达臣道石矿场用地开发项目位于东九龙排水系统最上游，并位于东九龙排水总体规划研究区内。东九龙排水计划提出整体排水改善工程，以配合东九龙地区的未来发展。本研究采用InfoWorks ICM（版本5.5）模拟软件，在东九龙排水模型的基础上模拟拟建的排水系统，对香港安达臣道石矿场用地发展项目对现状雨水系统的影响进行评估，并提出可行的缓解方案。

一、现状排水系统评估

《东九龙可行性研究排水总体规划检讨》评估了上游地块的发展可能会影响现状排水系统的五个敏感排放点（分别名为Qa，Qb，Qc，Qd以及Qe）。下游排水流量是根据DMP审查研究中规定的2050年RCP4.5降水情况和气候变化的设计标准（即强度增加14.2%）制定的。ARQ项目位于东九龙排水系统最上游，本项目的发展所建立的排水系统不能对现在排水系统这五个敏感排放点造成影响，即项目建成后，这五个排放点的排水流量不能超过东九龙排水总体规划的流量。这五个排放点在东九龙排水总体规划水力模型中200年一遇暴雨重现期下的排水流量分别为：Qa为5.60m3/s，Qb为12.78m3/s，Qc为3.03m3/s，Qd为14.45m3/s，Qe为8.71m3/s（模型模拟条件为：2小时降雨，180分钟模拟时间，潮汐水位为+2.777mPD，潮汐水位参考东九龙DMP评估项目的建议值；mPD是主水平基准面（Principal Datum）相对标高单位，比黄海基准面低0.146m）。

二、拟建的排水缓解措施

1．排水区域的划分

采石场工厂经营者向ARQ现场移交的现有岩石斜坡及其渠道系统将尽可能保持原状。排水流域是根据拟建的道路标高，规划区域的场地标高和现有特征的地形进行划分的。因此，提出并划定了A区，B区，C区，D区，E区五个汇水区，如图2所示。

图2 汇水分区及排放点示意图

其中汇水区A的汇水面积为11.80公顷，收集到雨水径流在排入下游现有排水系统之前，将被排放到人工湖中削减雨水洪峰和再利用，最后排放到排放点Qb；汇水区B的汇水面积为51.80公顷，收集到的雨水径流将通过一个单孔雨水箱涵（BC1）和一个双孔雨水箱涵（BC2）排入南部地下雨水蓄水池1号，在连接下游现有排水系统之前削减雨水洪峰，最后排放到排放点Qd；汇水区C的汇水面积为51.80公顷，收集到雨水径流直接排入下游现有排水系统，最后排放到排放点Qe；汇水区D的汇水面积为2.90公顷，收集到雨水径流通过地下通道内的一个单孔雨水箱涵（BC3）直接排入下游现有的排水系统，最后排放到排放点Qe。汇水区E的汇水面积为2.08公顷，收集到雨水径流直接排入下游现有排水系统，最后排放到排放点Qe。

2．拟建的防洪系统

为提高防洪水平，并考虑易于维护和注入蓝绿色元素等因素，本项目拟建两个蓄水设施：一是位于项目南部的地下式雨水蓄水池（下称蓄水池1号）；二是位于项目北部的蓄水池2号（下称人工湖）。

（1）蓄水池1号

蓄水池1号位于项目地块南部的汇水区B内，是为了满足削减200年一遇的降雨洪峰而设计。蓄水池1号的进水包括规划沿路L1铺设的单孔箱涵BC1和规划沿路L3铺设的双孔箱涵BC2，出水排向现状2.5m×2.6m现状箱涵。蓄水池1号设置了溢流管以满足超标雨水的排泄。

（2）人工湖

人工湖位于项目的北部，包括用于防洪的人造湖和回用水处理厂（回用的雨水重要用于儿童游乐场和灌溉等），是为了削减洪峰和雨水利用而设计。从斜坡，天然岩石渠道，渗透渠道和重力排水（从汇水区A）收集的雨水径流将被排放到为防洪目的设计的湖泊。部分湖水被抽到雨水处理设施，将被处理和再利用于公园内的灌溉和儿童游乐场。图3显示了人洪湖防洪和雨水再利用系统的设计布置，包括上述设施的流动机制和相互关系。

图3 人工湖防洪及雨水利用系统示意图

人工湖按照200年一遇的降雨重现期设计，同时设计了一套溢流系统，以排泄超过设计洪水水位的超标雨水。人工湖排放到下游的流量将由D675（出水管）和D900（溢流管）的管道坡度、管底标高控制。出水管和溢流管的排水将合并排至下游D1650现状排水管。

（3）拟建的排水系统

①雨水箱涵

根据ARQ现状水力模型的模拟结果，将设计3条雨水箱涵用于排除来自现状部分岩石边坡和道路以及规划区域的雨水，位置如图1所示。这3条雨水箱涵的设计重现期均为200年一遇，分别为位于L1路上的单孔2.5m×2.5m雨水箱涵BC1，位于L3路上的双孔2.5m×2.5m雨水箱涵BC2，位于地下通道里的单孔2.5m×2.5m雨水箱涵BC3。

②干线和道路排水系统

除上述设计的3条雨水箱涵外，在箱涵上游还设计了干线排水渠。干线排水渠将设计用于从现有的岩石斜坡，规划区域，人行道和行车道收集雨水径流。

为了减少干线排水系统的雨水井数量，本项目清晰地划分了道路排水系统与主干排水系统之间的界限，设计了一套独立的道路排水管网。

三、建立评估模型水力建模与分析

以《东九龙可行性研究排水总体规划检讨》构建的排水水力模型为基础（不改变建模参数），采用2011年降雨曲线和2050年RCP4.5气候变化（即：强度增加14.2%）的设计标准，对ARQ现场下游现有排水网络和本项目拟建排水管网进行水力评估。

1．模拟软件的选择

水力分析模拟软件选用InfoWorks ICM版本5.5（与《东九龙可行性研究排水总体规划检讨》排水水力模型所用版本一致）。

2．水力模型参数的选取

（1）粗糙系数

InfoWorks软件有两个可用于一维排水系统模型的水力摩阻系数选项，分别是Colebrook-White方程（ks）和Manning公式（n），本项目水力模型采用了Colebrook-White方程中的粗糙系数（ks）。

（2）水头损失因子

模型中采用的管网角度及水头损失值为：管道夹角为0°时取1.0；为30°时取3.3；为60°时取6.0；为90°时取6.6；大于90°时取8.0。

（3）管道沉积物高度

管道坡度大于1∶25，沉淀物高度以管道剖面5%面积对应的等量高度来计算；管道坡度小于等于1∶25，沉淀物高度以管道剖面10%面积对应的等量高度来计算。

（4）模型中采用其他参数

为方便检查ARQ项目下游现状排水系统，本项目模型所采用的设计参数值与东九龙DMP模型一致，其中径流系数的取值标准为：铺装下垫面取0.9（包括岩石斜坡和铺面），可渗透下垫面取0.3（包括土坡和未铺砌区域）；粗糙系数（Ks）取3.0mm；设计潮汐水位取+2.777mPD（潮汐水位参考东九龙DMP评估项目的建议值；mPD是主水平基准面（Principal Datum）相对标高单位，比黄海基准面低0.146m。）；设计重现期市区排水干渠系统为200年一遇，市区排水支渠系统为50年一遇；降雨历时为2小时降雨；模拟时长取180分钟。

（5）径流模型

径流模型选择固定百分比模型（Fixed PR）。

3．模拟工况的选取

水力模型模拟的两种排水工况，工况1为200年一遇重现期降雨+2.777mPD潮汐水位；工况2为50年一遇重现期降雨+2.777mPD潮汐水位。

4．模型的建立

（1）纳入模型的规划排水设施

在DMP模型的基础上，水力模型中模拟了规划的主要排水设施及干渠系统，具体参数为：

①规划雨水箱涵

规划位于L1路上的单孔雨水箱涵BC1，尺寸为2.5m×2.5m；规划位于L3路上的双孔雨水箱涵BC2，尺寸为2×2.5m×2.5m；规划位于地下通道里的单孔雨水箱涵BC3，尺寸为2.5m×2.5m。

②规划雨水蓄水设施

位于项目南部的蓄水池1号，表面积约为9000m2，池底标高为+166.2mPD，池顶标高为+178.5mPD，3根D675排出管（管底标高为+166.2mPD），1根D1050溢流管（管底标高为+172.9mPD）。

图4 人工湖效果图

位于项目北部的人工湖设计最高岸线标高为+202.0mPD，人工湖总深度为4.2m（包括的最低水深、灌溉深度和蓄洪深度），池底标高为+197.8mPD，正常水深为1.2m（包括的最低水深、灌溉深度），蓄洪深度3m。在ICM模型中模拟的池底标高为+199mPD，池深为3m（假设在ICM模型模拟过程中人工湖总是保持正常水深），在正常水深是人工湖水面面积约等于7,000m2，在最大蓄洪深度时人工湖水面面积约等于10,000m2，1根D675排出管（管底标高为+199mPD），1根D900溢流管（管底标高为+201.037mPD）。

（2）规划区域汇水区分配

按照图1所示的每个规划区域的边坡/道路排水布置和排水接收点，将汇水区（A区至E区）进一步划分为次集水区。

5．模拟结果

（1）主要规划排水设施模拟结果

根据工况1和2的模型结果，在200年一遇及50年一遇降雨的情况下，雨水箱涵BC1至BC2的最小富余高度（即最高水位至地面的高差）和蓄水池1号及人工湖的最高水位总结如下表所示：

工况1和2的模拟结果分析表

可见本项目主要规划排水设施均符合相关规范的设计要求。

（2）五个现状敏感排放点模拟结果

工况1（200年一遇降雨）下模型结果用于检查排入下游现状排放点的流量，其中排放点Qa及Qc和ARQ项目不相关；排放点Qb在加入ARQ项目规划排水设施后的模型中排水流量为12.18m3/s，小于东九龙排水总体规划的模型中的排水流量12.78m3/s，满足设计要求；排放点Qd在加入ARQ项目规划排水设施后的模型中排水流量为13.62m3/s，小于东九龙排水总体规划的模型中的排水流量14.45m3/s，满足设计要求；排放点Qe在加入ARQ项目规划排水设施后的模型中排水流量为7.81m3/s，小于东九龙排水总体规划的模型中的排水流量8.71m3/s，满足设计要求（根据地形图，确定汇水区Qe的部分流量被排入相邻的自然河流中）。

（作者单位：深圳市城市规划设计研究院有限公司；艾奕康咨询（深圳）有限公司）