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中规院:石家庄排水防涝规划案例大放送~

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【摘要】:
摘要石家庄市是典型的北方平原城市,具有地势平坦,降雨分布集中,排水通道较少,地道桥较多,排水管网基础差等特点。结合城市排水系统特点,规划对石家庄市排水防涝提出了优先解决排水出路、科学划分排水分区、提高管网和泵站建设标准、合理布置调蓄设施的系统性解决策略。1石家庄市中心城区特点(1)地势平坦。石家庄市中心城区地处华北平原,西邻太行山,北濒滹沱河,地势起伏较为平坦,自然地形由西北向东南倾斜,平均坡度约

摘要

石家庄市是典型的北方平原城市,具有地势平坦,降雨分布集中,排水通道较少,地道桥较多,排水管网基础差等特点。结合城市排水系统特点,规划对石家庄市排水防涝提出了优先解决排水出路、科学划分排水分区、提高管网和泵站建设标准、合理布置调蓄设施的系统性解决策略。

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石家庄市中心城区特点
(1)地势平坦。石家庄市中心城区地处华北平原,西邻太行山,北濒滹沱河,地势起伏较为平坦,自然地形由西北向东南倾斜,平均坡度约千分之一,海拔标高在44~129 m。
(2)降雨分布集中,年际变化较大。见表1。

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(3)城市水系建设滞后,排水出路不完善。石家庄市城区水系建设史见表2。

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现状石家庄市城区主要的排水出路是民心河,建设于1997~1999年,主要包括总退水渠、元村明渠、东明渠、南栗明渠、桥西明渠、五支渠等。目前城市严重缺乏排水退路,现状老城区排水主要依靠总退水渠的退水能力,目前总退水渠承担了约138 km2建成区的排水,但最大设计流量仅为175 m3/s,排水能力已远远不能满足现状排水需求。
(4)城市水系排水与景观功能冲突。现状城市水系主要是民心河,民心河承担着石家庄市城区重要的水景观功能。目前民心河沿岸共布置有61个排水闸门,平时雨季为了防止初期雨水污染民心河水质,闸门基本处于关闭状态,丧失了民心河本身的雨水调蓄与排放功能。
(5)排水系统受铁路分割严重,地道桥较多,多为内涝多发区。受铁路系统分割,目前石家庄市城区共12个排水系统(见图1)。

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由于铁路的分割,与铁路交叉的道路多以地道桥形式存在,现状城市共有37座排水泵站,其中36座为地道桥泵站。
(6)城市排水管网基础差,标准低。石家庄市现状中华大街、平安大街、建设大街等南北向主干管所承担的雨水汇水区面积约3~4 km2,而主干管管径多在2.5 m以下,如果按照汇水面积3 km2,管网坡度0.8‰,设计标准2年一遇估算,雨水主管网最大尺寸约3.6 m×2.8 m的方涵。

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中心城区排水(雨水)防涝规划总体思路
结合石家庄市的降雨、土壤、水资源等因素,综合考虑石家庄市排水系统的特点,制定石家庄市解决城市排水和内涝问题的总体思路如下:
(1)摸现状,识别问题。
(2)建模型,科学评估。建立石家庄市中心城区雨水管网、河道和地表的耦合模型,对于不同重现期下的降雨进行模拟,分析现状雨水管网排水标准,以及划定城市内涝风险区。
(3)识风险,支撑规划。
(4)拓出路,确保畅通。针对石家庄市西部四支渠片区以及东部新建地区缺乏排水出路的问题,规划恢复四支渠排水通道,同时在新建开发区合理布置排水水系,尤其是要确保目前排入环山湖的雨水、部分排入东南环水系的雨水和一部分汪洋沟排水系统的雨水能够通过规划新建退水明渠,汇入到洨河,确保石家庄中心城区东部的排水安全。
(5)调分区,重划流域。
(6)治内河,提升能力。
(7)改主干,梳理系统。石家庄市地势平坦,管网设计坡度较小,汇水区的大小直接影响着主干雨水管网的建设规模。同时,老城区管网由于全面提标比较困难,因此结合排水分区调整,适当改建主干管网,实现“四两拨千斤”的效果。
(8)提标准,对接规范。
(9)控源头,削减径流。通过低影响开发措施等一系列的措施,促进雨水下渗,不仅能起到降低降雨径流的峰值流量,延滞峰值来临时间,更能够补充地下水。
(10)修调蓄,治理积水。针对地道桥等积水区,因地制宜的选择空间,合理布置调蓄设施,结合排涝泵站建设,系统治理积水区域。
整体技术路线见图2。

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石家庄市排水防涝主要规划方案
3.1内涝风险评估
3.1.1模型构建
本研究通过MIKE21和ARCGIS建立二维地表模型;通过MIKE URBAN和ARCGIS建立雨水管网模型;通过MIKE11建立河道模型。城市雨水管网排水能力评估以及内涝风险评估,是在3个模型的基础上,通过MIKE FLOOD平台进行耦合计算,并通过相关统计得到的结果,MIKE FLOOD城市内涝风险评估模型构架见图3。

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3.1.2城市雨水管网排水能力评估
经过统计分析,石家庄市雨水管网排水能力小于1年一遇的比例为64.5%,仅28.9%比例的雨水管网排水能力大于2年一遇。石家庄市现状管网排水能力评估结果具体见图4。

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3.1.3城市内涝风险区划
基于MIKE FLOOD耦合模拟结果,在不同暴雨重现期降雨事件下,结合城市地表积水时间和积水深度,城市内涝风险评估采用双因子评估方法,总体将内涝风险划分为3类:内涝低风险区、内涝中风险区和内涝高风险区。石家庄市内涝风险矩阵表见表3。

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利用ARCGIS软件对模拟结果进行统计,通过对每个区域内涝积水时间和内涝积水深度进行分析,绘制出石家庄市10年一遇、20年一遇和50年一遇2 h内涝风险区划图,其中50年一遇内涝风险图5。

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由内涝风险区划图可知,石家庄市内涝风险高风险区主要集中在和平西路与京广铁路交叉区域,东部环山湖附近区域,其余高风险区主要分布在地道桥区域。

3.2城市内河水系综合治理
内河水系综合治理总体方案是西部恢复四支渠;中部连通石津南支渠与东明渠;东部新建高速公路西明渠、南石明渠、产业区明渠、滹沱河排水通道等排水水系;整治现状汪洋沟(见图6)。

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主要河道规划方案如下。
(1)四支渠。规划整治四支渠,沿苑东街、西王街、苑西街、吉恒街等规划道路,最终接入南泄洪渠。四支渠为梯形断面,断面宽度12~15 m,最大深度3.5 m,总长10.4 km,渠道坡度0.4‰~0.8‰。四支渠汇水范围为南水北调中线干渠与四支渠之间、四支渠以东部分地区,汇水总面积约为16.3 km2。
(2)东部退水明渠。现状北部地区排入环山湖,利用公园水面调蓄雨水,其余地区雨水无明确排放出处。规划新建东部退水明渠,北起环山湖,沿燕山大街至方郄路,向东至东石环路西侧,沿东石环路往南,沿化工南路向东,下游接入洨河。东部退水明渠断面为梯形断面,断面宽度20~35 m,最大深度4.5 m,总长约16.5 km,渠道坡度0.4‰~0.8‰。东部退水明渠连接东环水系、环山湖,收集该排水系统雨水。
(3)南石明渠。东南环水系主要为景观水体,渠底坡度平缓,排水路径较长,排水能力较弱。规划新建南石明渠,以东南环水系与京港澳高速交叉口的东南角为起点,连接东南环水系,沿南石环路向东汇入东部退水明渠,增加东南环水系向下游的排水流量,提高东环水系雨水分区内的内涝防治水平。
(4)高速公路西明渠。石津干渠以南、东二环以北、东明渠以东、京珠高速公路以西大部分地区现状排水主

3.3排水管渠规划
3.3.1排水分区
规划区内雨水受纳水体众多,按照地形地势、规划水系、城市建设时序等划分为五支渠、四支渠、南泄洪渠、桥西明渠、东明渠、元村明渠、南栗明渠、总退水渠、石津渠、滹沱河、东环水系、南环水系、高速公路西明渠、东部退水明渠、汪洋沟、产业区东明渠16个雨水分区(见表4)。

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3.3.2排水管网
对于现状雨水管网,由于雨水管网的系统性非常强,其设计标准的提升要求上下游各管段在能力应相互匹配,一般单独对个别管段进行提标改造意义不大,故本规划不要求专门对现状雨水管线进行大规模的提标改造,而是要求在道路改建或雨污分流改造时,相应的雨水管渠按新标准进行建设,以逐步实现整个雨水管网系统的提标。

3.4泵站规划
规划新建13个排水(雨水)泵站,主要集中在地道桥、下穿式立交桥处以及排水明渠入滹沱河河口附近;对现状9个排水(雨水)泵站实施改造,详见表5。

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3.5调蓄设施规划
调蓄设施的布局综合考虑内涝风险区的分布;结合地道桥、立交桥等积水点;就近排水主干管网系统布置;结合现状及规划用地空间布局。
调蓄设施主要包括地面调蓄设施和地下调蓄设施(见图7)。

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综合考虑可实施性,减少占地,地下调蓄设施尽量结合城市公园绿地布局,在其下方设置。规划设置35座,调蓄容量共计14万m3。

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结语

石家庄市中心城区地势平坦,降雨分布集中,排水通道较少,地道桥较多,排水管网基础差,遭遇高强度降雨易出现城市内涝,具有典型的平原地区城市排水系统特点。针对石家庄市的特点,提出了优先解决排水出路,科学划分排水分区,提高管网和泵站建设标准,合理布置调蓄设施的系统性解决策略。

石家庄内涝问题的解决重在构建大排水系统,大排水系统的关键之处在于排水出路的解决。规划恢复四支渠;连通石津南支渠与东明渠;新建高速公路西明渠、南石明渠、产业区明渠;整治现状汪洋沟等一系列排水通道。这些水系治理方案的落实是石家庄市排水系统建设的重点。

地道桥等局部内涝点的解决应结合管网改造,泵站提升,调蓄设施的建设综合整治。地道桥汇水区重在通过合理的管网系统和适当的竖向调整,控制桥区客水水量的汇入。


本文作者:张伟、王家卓,原文标题:《北方平原地区城市排水(雨水)防涝规划经验探索—以石家庄市为例》,刊登在《给水排水》2016年10期。

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