萍乡市蚂蝗河流域海绵城市方案设计

■ 戴 超 张佩兰

基于建设实践，本文介绍了采用水力模型的评估方法，探讨从源头削减、过程控制到末端治理三个环节的设计对海绵城市建设的重要意义。

萍乡市是2015年全国首批16个海绵城市建设试点城市之一。试点范围总面积32.98平方公里，共分为6个项目包，其中老城区3个、新城区3个。蚂蝗河流域为老城区项目包之一，位于试点范围的西南角，服务面积约2.42平方公里，其主要目的是要解决蚂蝗河流域旱季污水收集、雨季污水溢流污染及内涝问题，保护萍水河水质，改善城市环境。

一、区域概况

（一）自然条件

（1）地形地势。项目范围内地势高低起伏较大，高差达26m，道路纵坡大，整体地势西高东低，坡向萍水河；南北方向为南北高中间低，南北片区及西侧部分区域均坡向蚂蝗河。

（2）气象气候。萍乡属于亚热带湿润季风气候区，年平均降雨量在1600mm左右，年最高降雨量为2174.0mm（1997年），年最少降雨量1147.2mm（2013年），一般降雨集中在4～6月份。

（3）水文。范围主要的河流有萍水河和蚂蝗河。萍水河发源于北部的上栗县杨歧山黄土岭，由北向西从萍乡市中心城区穿过；工程范围内河宽45～60m，深5～8m，萍水河历史最高洪水位标高为91.7m。蚂蝗河起源于萍乡市火车站北侧，沿跃进北路向南至洪城大厦后向东进入山下路，在虎形公园处汇入萍水河，总长约2330m，现状已经覆盖为合流暗渠。

（4）地质。区域内的主要分为5个土层，分别是杂填土、含砾粉质粘土、砾砂、强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩。

（二）排水系统

现状排水体制为截流式合流制，规划近期保留截流式合流制，远期逐步改造为分流制。工程范围内所有市政道路均

建有合流排水管渠，管径为D400～5500×3300mm。在萍水河两侧建有D1200～1350截污主干管，截流倍数为2.0。直排萍水河的合流排口共有11个，最大尺寸为宽5.5m高3.3m的合流渠箱。

（三）规划情况

区域完成了7项规划3大标准的编制以及五大体系的规划构建，总体规划从水生态、水安全、水环境、水资源、水文化的角度进行了问题分析。

试点区的专项规划对范围内改造道路断面规划、河段断面、雨水管道规划、内涝整治设施规划、各地块污染负荷削减量、以及各地块的引导性和控制性海绵指标进行了明确。

（四）存在问题

（1）现状径流系数大（0.8）。老城区建筑密集，且容积率大；现状路面及人行道基本为不透水硬化地面；绿化率低，公园绿地面积小；基本没有调蓄设施。

（2）溢流污染严重。现状排水管渠截流倍数偏小，约为1.0倍；现状没有初雨收集处理设施；排口与截污主干管连接方式不合理。

（3）内涝问题严重。现状排水管网布局形式及分区不合理，区域雨水都通过蚂蝗河暗渠集中排放，蚂蝗河汇水分区面积过大；区域老城区雨水管网的建设标准普遍偏低，大部分仅为0.5～1年；现状无任何内涝整治设施；地势高差大，山下路呈锅底状；萍水河水位较高时，重力排水受到水位顶托。

二、模型建立与现状评估

（一）模型概况

采用丹麦DHI水利环境研究所MIKE URBAN CS及Mike Flood软件建立区域完整的排水模型，包含一维管网模型、二维地标漫流模型以及将一、二维因素综合考虑的耦合模型即内涝模型。

主要建模数据：（1）工程流域范围实测地形图。（2）现状排水管线摸查成果图。（3）萍乡市1985～2014年日降雨、蒸发资料。（4）现行萍乡市暴雨强度公式。

分析目标：（1）现状评估。通过地表产流、汇流特性和管网的特性分析，评估现状排水管网的水力特征、存在的问题及成因分析。（2）方案比选。以目标为导向，基于模型，对多种方案组合进行评估、比选及最终选定。（3）效果评估。基于模型，对设计方案的径流总量控制率、内涝风险、溢流污染削减等指标进行评估。

（二）现状评估结果

（1）下垫面解析。现状径流系数为0.80，其中道路屋面、公共设施用地及工业用地占总面积的80.1%。

（2）现状管网过流能力评估。现状管道约有72.50%管道重现期为3年一遇以下，其中55.16%的管道达不到0.5年一遇的标准，60.02%的管道达不到一年一遇标准。

（3）现状年径流总量控制率。以20年一遇的洪水水位为出口边界条件，模拟计算得出现状年径流总量控制率为53.7%。

（4）现状年径流污染物削减率。典型年SS输入总量为289220吨，模拟现状溢流SS总量195050吨，总溢流次数为29次，溢流削减率32.6%。山下路溢流口的溢流率最大，溢流率占到了产流的46.3%～50.6%，溢流量（SS）占总体的32.9%～39.7%，是溢流污染控制的重点。

（5）现状内涝风险评估。项目区域在发生30年一遇降雨时，现状积水点呈现积水面积广、积水量大且积水较深的特点，主要集中在山下路和跃进北路。积水深度大于15cm的区域有10.1ha，积水深度大于27厘米的区域有2.66ha。

三、工程设计方案

（一）总体思路

工程从海绵建设工程体系的各个环节来制定综合解决各个问题的总体设计方案，包括源头削减环节（LID改造系统）、过程控制环节（市政排水管渠建设、修复、改造）、末端治理环节（超标雨水调蓄系统、末端污染控制系统）等。

工程设计保留现状排水体制，调整优化现状排水分区形式，修复现状破损管渠，并结合建筑小区、公园广场、道路源头LID改造及末端溢流调蓄等工程措施，实现工程目标。对于具备雨污分流的建筑小区，在进行LID改造时尽量采用雨污分流制，以便以后从源头逐步实现雨污分流。新建管渠按雨污分流制、3～5年重现期标准设计。

图1 技术体系示意图

（二）LID改造工程

对工程范围内改造条件相对较好的11个建筑小区、3处公园广场、以及7条市政道路进行LID改造。

（1）建筑小区改造：利用蓄水模块、生物滞留带、高位花坛、透水铺装、雨水花园等技术措施，对小区进行生态绿化、生态停车场和雨水综合利用改造，重点为高硬化率小区的低影响开发改造。

图2 萍乡市第三中学LID改造设计图

（2）公园广场改造：利用透水铺装、生物滞留设施、植草沟等小型、分散式低影响开发设施消纳自身径流雨水。具有雨水调蓄功能的景观水体，构建多功能调蓄水体或湿地公园，并通过调蓄设施的溢流排放系统与城市雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统相衔接。

图3 科收起义广场LID改造设计图

（3）市政道路：在不改变道路现状横断面形式的前提下，进行人行道透水铺装、人行道下沉绿地、车行道下沉绿地改造等。利用车行道两侧绿化带，建设下凹式绿地和生物滞留池，人行道采用透水铺装，并铺设渗排管接入检查井。

图4 典型道路LID改造断面设计图

（三）内涝整治工程

范围内共有4处内涝点，根据内涝成因的不同，分别采取针对性的措施。

（1）山下路内涝点。新建建设路d2200～2400mm雨水干管，调整蚂蝗河的汇水分区，高水高排；新建山下路3.5×2.0m排水渠，增强蚂蝗河过流能力，另外也利用渠涵本身的调蓄容积，对雨水排放起到削峰作用；在蚂蝗河末端新建排涝泵站1座，设计流量4.5m3/s，在萍水河处于高水位时，对蚂蝗河汇水分区的雨水强制提升排放。

（2）跃进北路内涝点。对跃进北路排水管渠进行修复，保证原有管道过流能力。

（3）北门桥及江湾巷内涝点。通过增设截水沟、雨水口，保证路面雨水的及时收集排放；在江湾巷排水管渠末端新建排涝泵1座，设计流量1.5m3/s，在萍水河处于高水位时，对南部滨河汇水分区的雨水强制提升排放。

另外，工程还对内涝点周边所有的排水管渠进行清淤，确保管渠过流能力。

（四）溢流污染削减工程

径流污染削减及径流总量控制是相辅相成的。方案通过实施LID改造工程，沿河溢流截污管道工程、新建污水干管和末端溢流调蓄工程等措施综合实现溢流污染削减。

（1）沿河截污溢流管道。沿萍水河西岸新建两段d1000mm干管，对11个排口的雨季溢流污水进行收集整合，下游接入设计调蓄池。

（2）新建污水干管。针对萍水河西侧现状河底截污干管倾斜、破损等问题，在滨河西路新建一根d1350污水干管，确保污水系统的顺畅运行。

（3）调蓄池工程。该工程位于老城区，仅通过实施部分LID改造、建设排水管网难以实现径流污染削减及径流总量控制的目标要求。因此，工程在三个排水分区排水主管末端附近各设置一座调蓄池，总调蓄容积22000立方米，主要作用如下：一是收集雨季合流制排水系统的溢流污水，削减排河污染物；二是满足流域75%年径流总量控制率的调畜容积要求。

图5 沿河溢流管及调蓄池总平面设计图

通过MIKE DHI建模分析评估确认，该工程实施后：

（1）年径流总量控制率：78.2%，满足工程目标大于75%的要求。

（2）现状年径流污染物削减率：典型年总溢流次数由现状的29次减少为13次。总溢流次数减少率为55%；在重现期为1～10a情况下，SS削减率为53.53%～75.27%，满足工程目标＞50%要求；重现期10～50年情况下，SS削减率为41.74～46.08%，接近工程目标。

（3）年入河污染物总量：COD、SS、TP、NH3-N年入河量分别为76.59t、58.85t、0.36t、5.55t，满足目标要求。

（4）现状内涝风险评估：在30年一遇6小时及以上的降雨情况下，内涝防治均达到要求，2小时高强度的降雨有小片区域有大于15cm的短历时小于半个小时的积水；在50年一遇的超标降雨情况下，2小时高强度的降雨仍会造成大面积的内涝，最大积水深度近1m但未超1m，主要区域还是集中在山下路低洼地带。因此，方案能够满足内涝防治的工程目标要求，但对于在超标降雨条件下的山下路须制定相应的内涝紧急处理预案。

项目建成后，将有效改善萍乡市的水生态、水安全、水环境、水资源和水文化状况。