1、 智慧城市下的排水防涝对策研究智慧城市下的排水防涝对策研究 以厦门市营平片区为例以厦门市营平片区为例 摘要：摘要：针对全国各地近两年几场特大暴雨暴露出的排水安全问题，以及现有智慧城市在各行各业中的 迅猛发展，提出在智慧城市背景下城市智慧排水系统的构建，并以厦门历史街区营平片区为例，具体说明 智慧排水系统中最重要的部分-排水模型的构建及其在排水防涝规划中的运用，以期为智慧城市的排水 防涝提出参考。 关键词：关键词：智慧城市；排水模型；排水防涝；厦门市 1. 引言 智慧城市，是把新一代信息技术充分运用在城市的各行各业之中的基于知识社会下 一代创新的城市信息化高级形态，实现信息化、工业化与城镇化的深
2、度融合，有利于缓 解“大城市病”，提高城镇化质量，实现精细化和动态管理。智慧城市通过在人力和社会 资本，以及在交通和信息通讯基础上的投资来推动经济的可持续增长和高生活质量，并 且通过参与式的管理对上面的资源及自然资源进行科学的管理。1 随着城市化的发展，城市建设步伐加快和极端气候的不断出现，随之而来的洪涝灾 害等问题不断出现。一方面，城市规模不断扩大，人口高度密集，原有的绿地、农田、 河道、池塘等天然调蓄空间逐步被侵占。另一方面，随着城市资本的积累，城市人口与 财产密度越来越大，现代化的城市对城市洪涝灾害的承受能力较差，极端气候带来洪涝 灾害所造成的生命财产损失更大。 住建部 2013 第 9
3、8 号文2曾提出“直辖市、省会城市和计划单列市及有条件的城市要尽 快建立城市排水防涝数字信息化管控平台， 实现日常管理、 运行调度、 灾情预判和辅助决策， 提高城市排水防涝设施规划、建设、管理和应急水平；其它城市要逐步建立和完善排水防涝 数字化管控平台”。因此，有必要在智慧城市的背景下，构建智慧城市排水系统。 2. 智慧排水系统构建 目前，英国伦敦、美国芝加哥、比利时法兰德斯、日本福井、意大利法诺、中国香港和 台湾等国家和地区3已有智慧城市排水系统的建设，这些智慧排水系统基本采用 GIS、在线 监测、自动化控制、网络通信及排水管网模拟等手段，建立一个能够动态管理排水管网大量 空间数据和属性数据
4、的基础平台，具有排水设施资产管理及维护、运行监控、辅助决策、信 息发布、 抢险及应急指挥调度等业务功能， 最终形成具有数据存储管理和决策分析等多种功 能于一体的排水物联网信息平台。其构建主要包括：综合数据库的建设、排水管网模型的构 建、 应用软件的开发和相关硬件平台的搭建， 其中排水管网模型的构建是其中最重要的部分。 3. 厦门市营平片区排水防涝对策研究 3.1 研究区域概况 厦门市思明区营平片区，位于厦门岛西南海滨，街区北面以厦禾路为界，东侧至思明南 路，西面隔鹭江道滨海景观带与鼓浪屿风景名胜区相望，南至大同路。营平片区为中山路历 史街区的一部分， 是目前厦门保留最为完整的传统街区之一， 其
5、中的开元路始建于 1920 年， 是厦门的第一条马路。该片区规划面积 25hm2，汇水面积 49hm2，地面标高介于 3.7311.4m 之间，建筑物多商业区和住宅区。片区现状排水体制为雨、污合流制，雨水部分流入筼筜湖 内湖后靠泵站强排至外海，部分穿鹭江道直排入海，排水系统设计标准均为 1 年一遇。 图 1 营平片区研究范围 图 1 营平片区研究范围 3.2 研究方法 本次营平片区排水防涝研究主要采用英国 InfoWorks ICM 排水模型软件对现状排水系统 进行评估，并根据规划目标改造现有的排水管网系统。 3.3 排水模型的构建 对于排水模型的构建，常规的一维管网模型仅能模拟管道的运行和检
6、查井冒水等情况， 对地面降雨的汇流和积水并不能很好的反应实际的情况， 因此本次研究将结合一维、 二维的 模型构建来评估并改造片区的排水防涝能力。 3.3.1 管网模型网络的建立 首先根据厦门市 2008 年全市管网普查数据，将筛选编辑后的 CAD 数据利用第三方 CAD 开发软件处理成节点及管道数据 EXCEL 表， 并将 EXCEL 表通过 ICM 数据导入中心导入排水模 型，通过拓扑结构分析和检查后，构建营平片区排水管网模型网络，共有 1085 个检查井节 点、1088 条管道、1020 个子集水区。 3.3.2 地面高程模型 为进行城市内涝积水情况的分析，需建立该区域的数字高程模型。在掌
7、握“地有高低” 的基础上判断“流有缓急” ，从而精确预测雨水径流在地面上的流向。本次研究采用该片区 1:500 DWG 地形图，通过 ArcGIS 软件建立该片区的地面高程模型，并导入 ICM 排水模型软 件中。图为本次分析区域的数字高程模型。 图图 2 营平片区数字高程模型营平片区数字高程模型 3.3.3 模型参数 排水模型一般由降雨模型、产流模型、汇流模型、管网水动力模型四个部分构成。本次 地表产流模型根据不同的用地性质赋予不同的产流参数，分为路面、综合、绿地 3 种产流表 面，其中前两种为非渗透表面，采用固定径流系数法，绿地设定为可渗透表面，采用霍顿渗 透系数法。汇流模型选用国内使用广泛
8、的 SWMM 模型。对 1020 个子集水区分别统计 3 种 不同产流表面面积，具体参数选定如下。 表表 1 用地类型划分比例及面积用地类型划分比例及面积 产流表面类型 产流表面属性 产流表面比例/% 产流表面面积/hm2 路面 非渗透表面 25 12.646 综合 非渗透表面 70 35.02 绿地 渗透表面 5 2.07 表表 2 区域产汇流参数区域产汇流参数 产流表面类型 固定径流系数 汇流参数 霍顿渗透系数 初渗率/ (mmh -1) 稳渗率/ (mmh -1) 衰减率/ (mmh -1) 路面 0.9 0.014 综合 0.65 0.018 绿地 0.2 200 12.7 2 3.3
9、.4 降雨事件 由于厦门市尚未编制本市的设计雨型， 本次设计雨型采用芝加哥雨型进行模拟， 选取厦 门市暴雨强度公式（2003 版）的参数，计算降雨历时采用 5min、10min、15min、20min、 30min、45min、60min、90min、120min、150min、180min 共十一个历时，计算降雨重现期 选取 2 年、3 年、5 年、10 年、20 年、30 年、50 年共 7 个重现期。同时根据厦门市近 20 年自记雨量资料分析采集雨峰位置系数，雨峰位置系数取值为降雨雨峰位置除以降雨总历 时，约为 0.4。 图图 3 5 年一遇重现期降雨历时年一遇重现期降雨历时 120mi
10、n 芝加哥设计雨型芝加哥设计雨型 3.3.5 潮型组合 由于该片区部分雨水流入筼筜湖内湖后依靠泵站强排至外海， 部分雨水穿鹭江道直排入 海。 因此排水管网出口水位采用不利条件， 即排入筼筜湖雨水管网出口按筼筜湖排涝泵站最 高控制水位 1m 进行控制，直排入海雨水出口潮位过程线按厦门鼓浪屿站多年平均高潮位 2.55m 进行控制，潮位峰值与设计暴雨的峰值拟合为同一时刻。 3.4 改造目标 根据室外排水设计规范 （GB 500142006）(2014 年版)提出的两个设计重现期的定义 4， 一是雨水管渠设计重现期， 二是内涝防治设计重现期。 雨水管渠设计重现期对应的是“小 排水系统”，主要用来应对经
11、常发生的小重现降雨；而内涝防治设计重现期对应“大排水系 统”，通过采取源头控制设施、雨水管渠设施和综合防治措施（包括调蓄池、城市水体、绿 地、广场、道路和大型管渠等） ，将降雨期间的地面积水控制在可接受的范围内。 表表 3 雨水管渠设计重现期雨水管渠设计重现期 城区类型 城镇类型 中心城区 非中心城区 中心城区的重要地 区 中心城区地下通道 和下沉式广场等 特大城市 35 23 510 3050 大城市 25 23 510 2030 中等城市和小城市 23 23 35 1020 表表 4 城市内涝设计重现期城市内涝设计重现期 城镇类型 重现期（年） 地面积水设计标准 特大城市 50100 1
12、居民住宅和工商业建筑物的底 层不进水； 2 道路中一条车道的积水深度不 超过 15cm。 大城市 3050 中等城市和小城市 2030 本次规划改造雨水管渠设计重现期选取大城市中心城区 5 年一遇， 城市内涝设计重现期 选取大城市 30 年一遇。对应到排水模型中的校核依据分别为在雨水管渠设计重现期下的降 雨时，一维管网模型中管网的检查井不出现冒水，即水头线不超过检查井地面高程；在城市 内涝设计重现期下的降雨时，二维模型的地面积水深度均小于 15cm 以下。 3.5 现状评估及改造结果 3.5.1 现状评估情况 图图 4 现状现状 1 年一遇降雨地面积水情况年一遇降雨地面积水情况 图图 5 现状
13、现状 5 年一遇降雨地面积水情况年一遇降雨地面积水情况 图图 6 现状现状 10 年一遇降雨检查井冒水情况年一遇降雨检查井冒水情况 图图 7 现状现状 10 年一遇降雨地面积水情况年一遇降雨地面积水情况 从地面积水及检查井冒水情况可以看出， 在一年一遇的设计降雨下， 已有部分路段产生 515cm 的地面积水，积水点与历史调查积水情况基本吻合，在五年一遇的设计降雨下，局 部路段开始出现 15cm 以上的地面积水， 在十年一遇的设计降雨下， 部分路段出现大于 25cm 的地面积水，且这几个路段均为人流车流量较大区域，已对城市的正常运行造成严重影响。 3.5.2 改造思路及措施 通过对每条道路现状排
14、水管网的纵断面进行分析后发现， 片区管网现状排水能力达不到 一年一遇的要求原因主要在于旧城雨污水管网错接情况严重， 现状有些雨水管网在施工时没 有按照排水管网设计的系统性进行考虑，雨水管网就近接入污水管，出现 d800 的雨水管接 入 d300 污水管，或者雨水管网中间某段突然出现管径严重变小的情况。 因此，首先需要对现状错接及存在局部瓶颈的雨水管道进行改造。其次，由于该片区为 历史老街区，道路红线为 612 米，大部分建筑为骑楼形式，用地紧张，通过增加绿地、新 建调蓄池、 在人行道铺设透水砖等形式进行源头径流控制的操作性不强， 对于雨水管道下游 出现超负荷的管道， 以采取增大管径或新建一条出
15、水口的方式进行改造。 具体改造措施如下 图： 图图 8 营平片区现状管网改造措施营平片区现状管网改造措施 3.5.3 改造结果 图图 9 改造后改造后 10 年一遇降雨检查井冒水情况年一遇降雨检查井冒水情况 图图 10 改造后改造后 30 年一遇降雨地面积水情况年一遇降雨地面积水情况 经过上述改造措施的调整， 营平片区现状排水能力已基本满足十年一遇设计降雨检查井 不冒水，三十年一遇设计降雨建筑底层及道路积水深度不超过 15cm，达到预期设计要求。 4. 结语 通过综合运用水文、气象、地理信息等有关学科理论，结合城市地理信息资料、排水管 网资料、 雨量实况监测资料和雨量预报资料， 基于城市排水模
16、型， 构建智慧城市的排水系统， 在此基础上进行风险分析、 评估、 区划和管理， 对提升城市的排水防涝能力、 提升战略地位、 促进可持续发展、和谐发展具有重要的科学意义。 参考文献 1http:/zh.wikipedia.org/wiki/%E6%99%BA%E6%85%A7%E5%9F%8E%E5%B8%82 2中华人民共和国住房和城乡建设部.关于印发城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲的通知Z， 2013，建城201398 号. 3秦川.城市内涝研究与国外实践经验J.科技创新与运用.2013,26:134-135. 4中华人民共和国住房和城乡建设部.室外排水设计规范（2014 版）Z，201
17、4，建城201398 号. 簧簧害发生时的临时安置场所，并起到灾时救护、物资供给与防灾指挥的据点作用。功能社区 层面，小学、社区诊所、百货店等，可作为防灾教育，灾时紧急救治及物资供给的重要场所。 而街道社区层面，消防、治安等部门在街道的机构设置，不仅在平时致力于排除灾害隐患， 协助防灾活动的开展，也将在灾时起到救援与指挥的重要职能。 表表 6 社区防灾相关设施分级表社区防灾相关设施分级表 城市居住区规划设计规范城市居住区规划设计规范 社区防灾相关标准整合社区防灾相关标准整合 街道 社区 街道 社区 层级层级 居住区：中学、医院（200300） 、门诊所、文化 活动中心、百货、银行、养老院、消防
18、站、派出 所、街道办事处 二级普通消防站 23003400 服务范围不大于 4km 医疗设施： 紧急疏散期不小于 7.5 /病人 固定疏散期不 低于 15 /病人 功能 社区 功能 社区 层级层级 居住小区：幼儿园、小学、卫生站、文化活动站、 百货店、储蓄、邮电所、社区服中心、物业管理 公用七类 基础 社区 基础 社区 居住组团：托儿所、治安联防站、居（里）委会 4. 结语 防灾空间单元理念以日常生活圈为基本单元，构建分级防灾空间单元体系。其一方面有利 于防灾资源的基层延伸，通过统筹布局各空间层级的防灾设施与空间，形成整体关联的城市 防灾空间体系；另一方面，社区层级防灾单元依托社区熟悉的生活圈
19、域中开展防灾计划，有 助于民众灾害防救活动参与的积极性，将防灾与民众的日常生活相结合，从而最终构建一个 可自救、自助、自治的安全空间单元。本本由小处着手，通过整合社区既有防灾空间资源， 探讨社区层面的防灾空间单元建设方法，具体可以归纳为以下几个方面： （1）清晰的圈域边界。社区防灾空间单元作为相对独立的防灾功能主体，应防止灾害的蔓 延，因此防灾空间单元常以主要道路、河川、绿带等具有延烧功能的线性空间作为边界。 9 （2）合理的建设强度。防灾单元作为居民日常生活及灾时紧急避难的场所，宜防止过高的 容积率及过多的高层建筑所带来的竖向疏散困难，以及由此带来灾害蔓延及次生灾害的引发。 （3）整体性的空间骨架搭建。为方便避难，宜从避难者的角度，将达到一定规模的开敞空 间作为防灾空间单元的核心，并有效组织道路，保障适宜的道路密度，提高沿线空间的防灾 性能，以形成具有防灾能力的整体空间骨架。 （4）相互关联的服务设施布局。在空间骨架基础上，确定避难场所、消防、治安、医疗、 物资等各类承担一定防救灾功能的服务设施及空间的等级与规模，
