武汉长江主轴右岸大道示范段海绵城市分析

2020-03-14尹祖超郑立平丁永富彭圣华

四川建材 2020年2期

尹祖超，郑立平，丁永富，彭圣华，李亮

(长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉 430010)

1 项目概况

为贯彻习近平总书记提出的长江经济带发展必须坚持生态优先、绿色发展的战略定位，武汉提出规划优化长江主轴[1]的建议，构建交通、生态、景观、文化为一体的武汉中轴,引领和推动武汉大都市提升发展。以“贯通、串通、连通”的原则高标准建设左、右岸大道，使其打造成长江主轴的交通主动脉。

长江主轴右岸大道示范段北起二七长江大桥，南至张之洞路段，依次下穿长江二桥、长江大桥，路线全长约11.4 km。沿线集中了江滩公园、武昌滨江商务区、沙湖公园、楚河汉街、东湖等城市亮点片区。本项目的建设对于优化路网结构、提升沿江环境品质、改善慢行交通都具有重要意义。

2 研究区域模型建立

2.1 汇水区域及管网概化

水文过程的模拟是在子汇水区域的基础上进行的，子汇水区域是模型最小的水文响应单元。将子汇水区域分为透水区域和不透水区域，地表径流可以通过透水区域并下渗，但在不透水区域无法下渗。依据下垫面分类布局图和道路雨水管网平面布置图，对研究区域进行子汇水区域划分，将路表径流汇流分配到相应的排水管网节点(本模型中以检查井和雨水篦子为节点)，使管网的入流量分配尽可能符合实际情况。如图1所示，研究区域内概化汇水区域共划分为62个子汇水区域，汇水面积约0.48 km2，雨水管道按照道路管线设计资料，按照实际布设情况概化，雨水径流经管网收集后入现状徐家棚泵站(出水口U1)抽排或自排出江。

2.2 降雨条件设计

在水文气象中，降雨特性可以用降雨强度、降雨历时和降雨重现期表征。数学模型中用到的设计暴雨资料包括设计暴雨量和设计暴雨过程。

当0≤t≤ta时：

(1)

当tb≤t≤T时：

(2)

式中，A、b、n为暴雨雨强计算公式中地方参数，采用汉口暴雨强度公式：A=5.299(1+1.58lgP)，b=6.37、n=0.604；r为雨峰系数，本文取0.5；ia、ib分别为峰前雨强和峰后雨强，mm/min；ta、tb分别为峰前降雨历时和峰后降雨历时，min；T为总降雨历时min，采用T=60 min；P为降雨重现期，a,根据城市道路雨水管道流量计算采用重现期，P=3 a。利用芝加哥暴雨强度模型公式分别推求设计降雨过程曲线，降雨时间序列间隔为1 min，如图1所示。

图1 设计降雨过程曲线(P=3 a)

3 计算结果及分析

采用SWMM软件[2]模拟研究区域道路改造前后的产汇流过程及雨洪状况。结合道路雨水径流控制目标，从出水口流量削减、路面积水节点情况及管网流量过程线等方面分析海绵设计雨水控制效果。

3.1 出水口流量削减情况

如图2所示，研究区域在模拟降雨条件(P=3 a)下的总进流量历时曲线与降雨强度过程曲线响应，特别是在降雨峰前历时阶段，进流量与降雨强度变化趋势相近，总进流量峰值出现时间(32 min)也与降雨峰值对应时间(30 min)接近。相比于总进流量，海绵化设计前后出水口流量均出现不同程度的降低，主要表现为出口流量增加速率放缓，流量峰值削减，流量峰值出现时间延迟。对比分析海绵化设计前后出口流量变化曲线，可以发现对研究区域进行海绵化设计后出水口排水量(即流量曲线对时间的积分)减小18.55%；峰值流量由1.166 m3/s降低为1.064 m3/s,峰值削减约8.74%，峰值出现时间均为38 min左右。

图2 研究区域海绵化设计前后出口流量变化曲线

3.2 路面节点水深情况

对研究区域的雨水中的31个主要节点的水深情况进行统计，可以发现对于同一节点，海绵化设计前后路面节点平均水深和最大水深变化较小，变化幅度在0～2 cm；最大水深发生时间基本接近。这说明研究区域海绵设计对道路区域节点水深的影响基本可以忽略，这可能是由于研究区域存在排水不利点，管道设计标准局部提高至P=5 a，使得设计降雨条件下节点水深均较小。

3.3 雨水管网流量过程线变化情况

如图3所示，由降雨历时为35 min(此时管内流量最大)时雨水管道内水位剖面线图可以看出，相比于海绵设计前，海绵化后管道内的水位线均出现略微下降，且均未达到满流状态。

图3 海绵化设计前后雨水管网中水位剖面线图(35 min时)

为定量分析比较不同海绵设计下雨水管网内部的流量和流速变化情况，选取靠近出水口的管段C31,绘制该管段的流量和流速随时间变化曲线，如图4～5所示，可以看出，海绵设计后管网内部流量和流速在峰现时间之前流速基本无变化，但在峰现时间之后流速出现明显的降低。这主要是由于海绵设施(透水铺装、下沉式绿地)的滞蓄效能引起的。