合肥市祁门路积涝成因分析及解决方案研究

钟 敏

(合肥市规划设计研究院，安徽 合肥 230041)

0 引 言

祁门路位于合肥市蜀山区，天鹅湖南岸，是连接蜀山区和包河区的一条主干道路。近十年来，祁门路内涝次数达十多次(，且积水深度最大达1 m，是合肥市积涝最为严重的区域之一，引起市民广泛投诉，已成为重要的民生问题。

怀宁路下穿天鹅湖隧道工程2019年开工建设，2020年竣工通车，该工程起于南二环路，终于祁门路。该下穿湖底隧道整体纵坡较大，为“V”形坡，因终点处祁门路逢雨即涝，一旦祁门路内涝，雨水倒灌进入隧道，存在极大的安全隐患。为保障隧道汛期安全，对祁门路开展积涝整治十分必要。

1 祁门路积涝原因分析

(1)祁门路已建双排雨水管道，以及管径为d400～2 800×2 000的雨水管涵，如图1所示。受建设时序、国家标准、经济投资等因素制约，现状排水系统标准低、折点多、“瓶颈多”。

图1 祁门路现状雨水管道走向图及汇水范围图

由图1可以看出，天鹅湖以南、匡河路以东、习友路以北、潜山路以东区域的雨水均转输进入祁门路雨水管涵，最终排入十五里河，祁门路为区域雨水主排通道。

祁门路雨水管道过流评估详见表1。

表1 祁门路雨水管道过流能力分析表

对祁门路既有雨水管道采用芝加哥雨型进行短历时模拟评估。芝加哥雨型形式简单、使用方便。根据统计确定的雨峰位置，结合暴雨强度公式，直接利用公式计算可得到降雨分配过程。

雨峰位置根据每场降雨峰值时刻与整个历时的比值而统计确定。国内外大量资料统计显示，短历时降雨中单峰雨型是主要的，雨峰多数在前部和中部，而后部较少，均匀雨型也较少，各站的雨峰相对位置在0.35～0.45。

结合合肥市暴雨强度公式编制，采用董铺水文站36年(1977—2012年)连续分钟降雨数据，选取历时60 min、120 min历年最大降雨过程110场、145场，统计确定短历时雨峰位置。统计结果显示，短历时雨型多以单峰雨为主，雨峰多数在前部和中部，而后部较少，均匀雨型和双峰雨型较少。雨峰相对位置在0.16～0.58，综合统计后确定合肥市短历时雨型雨峰位置取0.4。

图2 合肥市一年一遇120 min芝加哥雨型

采用重现期1年(1yr-2hr)对现状管网的过流能力进行评估，如图3所示。结果为：在降雨第26 min时，检查井冒水，地面开始积水。

图3 P=1a情况下主干管过流情况(1yr-2hr)

通过水力计算、暴雨短历时模拟分析可以得出，祁门路雨水管道过流能力严重偏小，这是积涝的重要原因。

(2)长历时连续降雨，致使下垫面饱和，径流系数大大增加。

(3)超标准降雨，致使小排水系统(管涵)满溢、大排水系统(调蓄)超负荷。

(4)受地形限制，无法构建区域性超标涝水行泄通道，局部 “盆地”必然成为“滞洪区”。

2 祁门路积涝整治方案设计

(1)新建管涵分流及提标，既有管涵与新建管涵联通，协同除涝。在既有d 1 600至2 800×2 000管涵保留利用的情况下，路北新建一道d 2 000至d 2 800 至d 3 000至5 000×1 800管涵实现系统提标，如图4所示，设计流量为16.2 m3/s，使区域雨水达到5年一遇标准。新建管涵全部采用顶管施工，设计顶管间距最大达300 m，以把对天鹅湖周边景观的影响降到最低。

图4 积涝整治方案设计总图

(2)全系统治理，以排为主，调蓄结合。从天鹅湖全汇水流域整体考虑，设计2处超标雨水溢流通道排入天鹅湖，利用天鹅湖湖面调蓄能力，增加抵抗积涝的能力，切实做到“需调可调”，完善湖区与下游管网的联动控制能力。

(3)落实海绵城市理念，灰绿协同。增大下凹式绿地空间，错峰调蓄；人行道改为透水型人行道，增大雨水下渗量，建设生态海绵。

3 重难点技术研究

3.1 大管径雨水倒虹吸设计

潜山路与祁门路交口南北向有二道d 1 800原水管，与本次设计的d 2 800雨水管竖向高程冲突，目前国内倒虹吸工艺多用于污水管道，本次将大管径雨水倒虹吸工艺运用在本项目之中，如图5所示。

图5 大管径雨水倒虹吸方案设计

进水管管径为d 2 800，坡度为0.19%，雨水管流量为16.3 m3/s，流速为2.64 m/s。本次采用2根直径相同且平行敷设的管道作为倒虹管。则每根管道的流量为16.3/2=8.15 m3/s，查水力计算表，采用直径为d 2 000、坡度为0.3%作为倒虹管管径和坡度。每根倒虹管的流量Q=8.34 m3/s>8.15 m3/s，倒虹管流速V=2.65 m/s>2.64 m/s，满足规范要求。

倒虹管长度为154.1 m。沿程水头损失h0=i×L=0.003×154.1=0.462 m

局部水头损失为h1=(1+0.5)V2/2g=1.5×2.65×2.65/2×9.8=0.537 m。

倒虹管内总水头损失H=h0+h1=0.462+0.537=0.999 m。

进出水水面高差为H1=25.404-24.287=1.117 m。

经计算，H1>H，说明采用2根d 2 000管道作为倒虹吸，满足规范要求。

3.2 初期雨水污染防治设计

本次新建排口排入十五里河，十五里河为巢湖支流，水质标准要求高，因初期雨水冲刷沥青油毡屋面、沥青混凝土道路、建筑工地，并溶解了空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等导致初期雨水含有大量的有机物、病原体、重金属、油脂、悬浮固体等污染物质，通常超过了普通的城市污水的污染程度。故在新建排口处进行初期雨水截流，这对保护十五里河水质具有重大意义。

液动下开式堰门截流技术：在排水口检查井中设置液动下开式堰门，通过油缸控制堰板上下运动，实现对溢流污染的控制。该工艺控制溢流水位精确，启闭迅速。堰门全开时，过闸通道与流道完全匹配，行洪顺畅。遇到停电时堰门可自动下降，保证排水安全。

3.2.1 截流井主要设备介绍

截流井由液动下开式堰门、液压站、触屏式控制系统、水质在线监测、流量控制闸门、雨量计、高清探头、液位传感器等组成，如图6所示。

图6 截流井结构示意图

液动下开式堰门：防止河水倒灌(河水水位>井内水位时，堰门上升)；向下开启，不占用上部空间；断电自动落下，不影响行洪，系统安全可靠。

流量控制闸门：防止污水倒灌，精确控制进入污水处理厂的污水流量。

超声波液位计：测量井内液位、河水液位和污水井液位。

3.2.2 运行工况

考虑到下游污水管网的承受能力限制，故本次液动限流闸门、液动下开式堰门控制设计均由水位控制，液动下开式堰门平时堰门开启高度为24.857 m，限流控制阀全开，旱季生活污水截流至十五里河沿河截污管并输送到十五里河污水处理厂经处理后排放；当井内水位或箱涵出口水位超过24.857 m时，限流控制阀关闭，液动下开式堰门全开，以保证行洪；当井内水位和箱涵出口水位同时低于24.857 m时，液动下开式堰门重新开启至24.857 m，限流控制阀再次全开，将旱季生活污水截流至十五里河沿河截污管并输送到十五里河污水处理厂经处理后排放。

4 结束语

通过新建管涵提标、增大调蓄能力、根治初期雨水污染、落实生态海绵等一系列工程措施，工程竣工验收后在经历2020年7月17日最大小时降雨量88 mm时，祁门路地面未积水，达到设计效果，可为城市内涝治理提供借鉴意义。