精准客水划定的城市下凹桥防涝规划

0引言

城市内涝是由降雨的动态累计引发的,当降雨量超过雨水管网排除能力时,无法排除的雨水通过雨水井溢流至地表,并沿地面坡度汇集至低洼区域,形成地表积水。当积水累积超过城市防洪设施调蓄能力时,就会对人民经济和生命财产造成损失,即发生城市内涝[1-2]。城市下凹桥区因地势低洼,具有易涝的特点。桥区所在道路设计路面高程低于周边地区地面高程,存在周边客水汇入风险,带来下凹桥区积水隐患。城市下凹桥汇水区包括低水区和高水区,低水区面积指桥区道路红线范围内,根据道路设计高程变坡点及道路设计横断面所确定的桥区雨水管道及泵站的服务区域,高水区指桥区内除低水区以外的汇水区域。客水区面积指雨水依地形、地貌,可通过重力流方式汇流到本桥区的除低水区面积以外的高水区汇水面积。当周边地表径流超出排水系统的能力时,客水区将会形成。因此,对于一个低洼区域来说,地形竖向高程设计和地表汇流路径自然形成该区域的客水区,桥区防涝工程建设目的在于对客水区进行人为干预和合理引导,从而形成对桥区积水的安全处置,达到消除或减轻内涝灾害的目的。本项目采用“高水高排高蓄、低水低排低蓄”的方式,依托客水拦蓄工程,为无法排除的客水提供安全处置空间,减少客水汇入桥区,减轻排水压力。传统规划难以精确划分客水区域,从而导致造成防涝规划误差,影响桥区防涝达标。数学模型可以对规划设计值进行模拟校核,有效弥补传统规划不足[3]。本研究结合北京城市副中心站(即现状潞通大街及通运西路,下穿京哈铁路形成两座下凹式立交桥)防涝规划设计,利用数学模型对下凹桥低水、客水范围进行精确划分,提高防涝规划的精准度和合理性。

1项目概况

1.1现状情况

现状潞通大街及通运西路下穿京哈铁路形成两座下凹式立交桥,两处下凹桥区共用一座雨水泵站。雨水泵站位置如图1所示。现状雨水泵站设计重现期为10年一遇,设计流量为3.1m3/s,调蓄池容积为6085m3,泵站出水管道与现状潞通大街的压力雨水管道相连接入北运河。

1.2规划标准

依据《室外排水设计规范》(GB50014-2006)和北京市地方标准《城镇雨水系统规划设计暴雨径流计算标准》(DB11/T969-2016),城市主干路、本项目周边区域及其下游雨水管道规划设计重现期采用5年,其它城市次干路及支路采用3年,低水区雨水管道设计标准按30年一遇标准设计,下凹桥区防涝标准为100年一遇降雨,下凹桥区积水深度不超过15cm。为保障下凹桥区的防涝安全,需要对下凹桥区进行总体防涝规划。

1.3技术路线

在保证下游河道排水通畅,高水管道排水系统完善的情况下,复核低水区收水、排水系统,新建客水拦蓄工程,尽量减少客水汇入下凹桥区。(1)对周边现状管道排水能力进行校核,提出本项目周边高水区雨水管道规划方案。(2)对本项目现状低水区收水、排水系统能力进行复核。(3)划定本项目客水区,并对现状道路高程和相关区域地形竖向进行分析,提出客水拦、蓄工程规划方案。(4)综合考虑工程实施难度、投资、效果等因素,提出规划方案和实施建议。

2低水区复核及规划方案

基于地面测量数据、地块及道路设计高程,构建高精度道路数字高程模型(DEM)[4],并结合水力模型工具计算100年一遇降雨下的内涝情景,复核道路竖向设计计变坡点高程是否满足规划要求(客水不进桥区),识别出假变坡点8处,结果如图2所示。针对不满足要求的变坡点,结合水力模型分析提出最低高程要求;最终优化道路设计,确定低水范围。优化后低水区面积为10.2hm2,如图3所示。径流系数道路为0.95,绿地为0.3,首段集水时间采用5min,经复核,雨水泵站设计流量不低于3.12m3/s。泵站出水采用压力出水,出水管道出口处绝对水头不低于地面高程。

3高水区雨水管道规划方案

北京城市副中心站作为北京市重要地区,其雨水管道规划设计重现期采用5年一遇;周边其他区域城市主干路、城市次干路和支路分别采用5年一遇、3年一遇和3年一遇重现期标准;同时,下游雨水管道设计重现期不得低于上游。项目东侧现状及规划用地均为绿地,为削减雨水峰值径流量,可就近利用该规划绿地调蓄降水重现期设为100年一遇降水,使该区域在规划设计标准内的雨水达到自行消纳、待机排水的目的。部分现状高水管道穿越低水区,位置示意如图4所示。高水管道穿低水区部分的检查井及雨水篦子采取封堵、带锁井盖和雨水篦子连通管加设止回阀等工程措施。

4客水区划分

以规划设计和数学模型相结合的方式,开展客水区域划分。即根据现状地形和道路设计,竖向划定了基本客水范围,同时采用数学模型校核并通过现场踏勘分析,最终确定客水区。

4.1基于设计资料的客水划定

经现场调研,本项目低水区周边主要为现状民房和空地,随着周边地块及道路的建设,现状地形地面坡向和现状客水区将发生变化。根据本项目周边现状地形图及相关道路竖向设计划定本项目客水区,如图5所示。

4.2数学模型法划定客水范围

随着降雨重现期的增加,桥区的客水区影响范围逐渐向外扩张。基于路径追踪法[5],结合100年一遇降雨过程进行仿真模拟,计算获得该情景下的客水区影响范围,并对客水区面积进行校核分析(数学模型所用地形在现状地形的基础上,考虑了设计道路和小区的规划地面高程),结果如图6所示。为进一步明确客水边界,通过现场踏勘及周边用地性质分析,对客水区边界线进行再次确定。

4.3现场踏勘划定客水范围

结合六个区域的建设现状、地块高程、细部构造,逐一判断每个区域的客水流入可能性,并将不会存在客水流入的区域调整出客水区。经现场踏勘及规划用地分析,确定客水区有5个区域需要调整,具体如图7所示。最终确定本项目的客水区面积为21.5hm2,最终客水范围如图8所示。

4.4客水汇流路径分析

通过分析客水的汇入情况,可以确定客水的汇入点和对应的客水汇流区域。经高程分析及汇流路径研究,客水主要通过7个汇入点汇入本项目低水区结果如图9所示。

5客水拦蓄方案

针对超标降雨,规划对本项目客水区雨水分区域进行疏导或拦截,采取对客水汇入点设置客水拦截等工程措施,将客水拦截在下凹桥区,避免超过雨水管道设计标准的客水进入下凹桥区。

5.1客水疏导及拦截措施

通过调整街道道路竖向高程、取消局部道路内部绿化隔离带、设置绿地调蓄,布置减速带、横截沟和雨水调蓄池,在低水区周边布置了连续、有效的客水疏导或拦截措施,并对现状小区开孔挡墙进行封堵(仅预留小区出口),阻拦客水区1~7的超标雨水汇入,结果如图10所示。

5.2客水拦截效果模拟

为保证下凹桥区排水防涝安全,规划下凹桥区采取以下措施:低水区两侧实现连续有效挡水墙(挡墙高度结合北侧现状建成区规划雨水系统未实施的情景模拟结果进行设置,为19.79~21.42m)、道路变坡点设计、小区客水拦截调蓄(调蓄容积1000m3)、小区客水引流调蓄(调蓄容积2110m3)以及穿越低水区高水管道封堵等措施,低水区按30年一遇标准建设,南部交通枢纽高水系统按5年一遇标准建设,北部高水管道系统维持现状。经数学模型的内涝风险模拟分析,发生100年一遇降雨时,下凹桥区最大积水深度低于15cm,达到了防涝规划目标,桥区及客水区积水深度如图11所示。

6结论

针对基于精准客水划定难的问题,北京城市副中心站下凹桥防涝规划,在高水区和低水区划分的基础上,通过在高水区有效疏导,以规划设计和数学模型相结合的方式,开展客水区域划定。根据现状地形和道路设计,竖向划定了基本客水范围,同时采用数学模型校核并通过现场踏勘分析,实现了精准的客水区划定。通过客水疏导及拦截措施布设,有效阻挡超标降雨情况下客水汇入,并通过数学模型进行了验证,在100年一遇降雨情况下,北京城市副中心站下凹桥区,满足桥区防涝规划目标。

作者:叶婉露 郭海斌  韦明杰 单位:北京市首都规划设计工程咨询开发有限公司 北京市城市规划设计研究院