武汉某城区海绵规划水安全指标可行性评估研究

马天麟，王景芸，冯家锦，刘 鋆

(1.湖北工业大学，湖北 武汉 430068；2.湖北工业大学海绵城市工程研究院，湖北 武汉 430068)

1 引言

武汉市城建委发布《武汉市海绵城市专项规划》(武城建[2018]1号)，促进了海绵城市工作的开展，国家政策鼓励海绵城市加速发展，落实到区(县)，而武汉市各区按照规划引领、统筹联动、有序建设、因地制宜的基本原则，按照《武汉市海绵城市专项规划》的要求，完成各区海绵城市建设规划编制工作，建立资源项目库[1～4]。

本文的研究区域为武汉市江夏区金鞭港汇水分区，汇水面积为8.04 km2(图1)。

图1 现状下垫面解析图

由图1可知，现状下垫面分为3个部分，透水区域、不透水区域和水域，其中红色版块部分为不透水区域，所占比例为21.59%，绿色版块部分为透水区域，所占比例为67.75%，蓝色区域为水域，所占比例为10.66%。由图1可对研究区的调蓄能力有较为基础的评估。

2 海绵城市水安全指标评估主要体系

根据出台的技术指南和建设考核指标，海绵城市的成果考核主要分为四大要素，即水生态、水安全、水资源、水环境。雨水管网过载能力标准、防洪防涝能力标准这两项指标是构成水安全指标的重要部分，要实现具体的目标值是来源于《武汉市海绵城市专项规划》。本文通过分析和软件模拟对水安全指标的可行性进行系统的研究和评估。根据国家政策和海绵成果考核，水安全指标是具有约束性和强制性的，具体指标要求如表1所示。

表1 水安全指标考核具体目标

3 以InfoWorks ICM模型模拟分析

InfoWorks ICM软件可以构建5个子模型，分别为降雨模型、产流模型、汇流模型、一维管道流模型。通过软件构建，各个子模型独立进行计算，分块进行专项模拟，再通过整理将5个子模型进行耦合，最后完成成果的输出。对海绵规划中水安全指标进行综合性评估，对水安全指标考核具体目标的可行性进行佐证。

(1)模拟不同重现期下的管道过载能力。运用ICM软件对一年一遇、两年一遇、五年一遇、十年一遇、二十年一遇这5种重现期的降雨事件进行模拟[5]。根据软件结果的输出可知管道的超载状态。在一年一遇的降雨事件中管道无超载情况，在两年一遇降雨事件中只有小部分管道有超载的情况，超载管道仅占7.68%，在五年一遇和十年一遇的降雨事件中均有超过20段管道超载的情况，超载管道所占比例分别为24.21%和36.27%，而在二十年一遇的降雨事件中，超载管道有高达40段，超载管道所占比例接近半数。

(2)模拟不同重现期下的防洪防涝能力。如上一部分所说，不再赘述。内涝风险的等级分为3个部分，高风险、中风险和低风险，风险等级区分的界限分别为0.15 m和0.45 m。运用ICM软件建立5种重现期下的降雨事件并对研究区防洪防涝能力进行软件二维模拟，根据软件结果的输出可知不同条件下内涝风险等级。

使用模型对除20年以外4种重现期下的降雨进行模拟，根据其结果可知不存在内涝高风险区。通过对研究区进行二维模拟，可知在二十年一遇的降雨事件中研究区内虽然部分区域内涝风险等级处于高风险，但其余部分并无大面积积水情况。如图2所示。

图2 内涝风险分布

根据图2可知，研究区大部分内涝区域的风险等级为低风险，所占面积比例为3.45%，而中风险和高风险区域面积所占比例均不足1%，分别为0.22%和0.05%。

4 可行性评估

对水安全两项约束性指标进行可行性评估。

(1)对管网过载能力进行指标评估。研究区有7.68%的管道超载，管道排水能力不足，无法达到两年一遇的标准，未达到水安全指标考核具体目标。对管道排水能力不足进行成因分析，其中超过一半是由于自身过流能力不足导致管道超载，而下游过流能力不足也是导致管道超载的重要原因。发现问题、分析问题、解决问题是研究的3个阶段，通过对现状问题的分析，在往后的海绵改造的过程中，应根据现状分析结果，对管道过载能力不足的部分进行有针对性的改造，达到管道过载能力考核标准，以此为解决城市的内涝问题奠定坚实的基础。

(2)对防洪防涝能力进行指标评估。根据《武汉市海绵城市专项规划》，研究区的防洪防涝能力能力评估标准为20年，对模拟结果中积水深度大于0.15m的数据提取并整理。

通过数据的整理，研究区内的内涝风险处于中、高风险的区域大致可分为6个部分，从左至右，由上而下可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，通过对6大区域的积水情况进行数据统计。其中Ⅰ、Ⅱ两个部分积水点的风险等级并未达到高风险，无需进行专项措施治理(表2)。

表2 积水区域数据归纳

由数据归纳表2可知，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ4个积水区域的积水深度max和积水面积具体数据，以此证明这4个积水区域的存在较高风险的内涝情况。根据现状情况，可通过设置雨水调蓄池的来增大积水区域的调蓄能力，以此对地面径流进行治理，进一步减轻内涝风险。

5 结语

本文分析了金鞭港汇水分区的管道过载和防洪防涝能力这两项指标，通过搭建InfoWorks雨洪水模型，对水安全两项约束性指标可行性评估，并提供了未达成指标的初步改造方法。

(1)管网过载能力指标可行性评估。未达到在两年及以上的考核目标。在两年一遇的降雨事件中有小部分管道超载，超载管道占7.68%，其中超过一半是由于自身过流能力不足导致管道超载，而下游过流能力不足也是导致管道超载的重要原因。根据现状分析结果，对管道过载能力不足的部分进行有针对性的改造，达到管道过载能力考核标准。

(2)防洪防涝能力指标可行性评估。未达到20年的考核目标。在其他降雨事件中，经过模拟结果可知不存在内涝高风险区。在20年的降雨事件中，通过对模拟结果进行数据整理，可知研究区内的内涝风险处于中、高风险的区域大致可分为6个部分，其中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ这4个积水区域存在较高风险的内涝情况。根据现状情况，可通过设置雨水调蓄池的来增大积水区域的调蓄能力，对较高风险的内涝区域进行改造，达到防洪防涝能力考核标准。