水文水力模型导向下的城市水系形态与排水防涝能力相关性研究

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1、水文水力模型导向下的城市水系形态与排水防涝能力相关性研宄一一以福建石狮市环湾片区为例周杨军屮国城市规划设计研宄院上海分院上海长宁200335摘要：随着近年城市排涝现象频发，对于城市水系形态与城市排水防涝能力的关系研究开始兴起。笔者试图借助于MIKE水文水力模型，通过率定合理的水文水力参数，来有效模拟验证不同水系水网结构的水动力差异，并通过二维图示加以清晰表述。本文主要以福建石狮市环湾片区［1】为例，通过对该片区不同城市水系形态与排涝能力相互关系的研究，来确定水系的设计形态并引导城市用地与设施的空间布

2、局。关键词：MIKE模型；排水防涝；水动力；水网结构1序言一直以来城市规划设计与规划屮对水系形态的排涝能力研究较为缺乏，主要以水景观形态研究为主，忽略了对于城市水系功能的认识，往往会造成水系排涝能力与水系形态的脱节，笔者尝试运用MIKE21水动力模型对前期不同水系方案进行比对研究，以期确定最优水系形态。石狮市位于福建省东南沿海，是三面临海的半岛。环湾片区位于城市东南临海处，地势低洼，区内主要河道有雪上沟、梧垵溪、塘头沟、塘园溪、龟湖溪、莲塘溪、院上沟、后安沟、山雅沟等一些中小河道，其屮雪上沟为石狮市

3、主要行洪排涝河道，现状水系条件相对凌乱，整体排水防涝能力较弱，为石狮的易涝区域，内部存在较大面积蓄滞洪区。纳入城市建设用地后，为保障区域的防洪排涝安全，需对该片区内部现状水系进行梳理，并结合景观形态设计，提升土地空间价值。2城市排涝系统研究2.1中心城区水系现状石狮市境内没有较大的河流，有雪上沟、塘头沟、梧垵溪、厝上溪、塘园溪、龟湖溪、下宅溪、大厦溪、洋厝溪、莲塘溪、西岑溪、莲坑坂溪、院上沟、后安沟、山雅沟等多条溪河，流域面积达119km2。其中流经石狮市城区的水系有雪上沟、梧垵溪、塘头沟、塘园溪、

4、龟湖溪、莲塘溪、院上沟、后安沟和山雅沟等。各小溪河均为间歇性溪流，溪小流短，蒸发渗透量大，径流量少。洪水（涝水）出流不畅，极易形成洪涝灾害；特别是近年来人类活动的影响，河道束窄、河床淤积，造成河道行洪能力下降，也是洪涝灾害频繁发生益加重的重要原因。图1水系现状2.2中心城区防洪排涝标准与防洪排涝格局规划由于石狮中心城区环山面水，现状中心城区的排洪排涝标准大多在2〜10年一遇之间，局部尚不足1年一遇，从近几年发生的洪涝灾害频繁发生，造成严重损失。根据《石狮市城市总体规划》，2020年石狮市区中心区人U

5、I规模达35〜40万人。按《城市防洪工程设计规范》（CJJ50-92）规定，其防洪标准（石狮城区主要是防御山洪）重现期为20年，根据闽水电（1997）水926号《福建省城市排水排涝设计暂行规定》等有关规程规范，石狮市城区排涝标准提高至20年一遇。雨水重现期选取为1-3年一遇水平。3构建MIKE21水动力模型3.1模型简介MIKE21模型是丹麦DHIWater&Environment机构开发的工程软件包，用于模拟河流、湖泊、河口、海湾、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及环境。它为涉水工程应用、海岸

6、管理及规划提供了完备、有效的设计环境。高级图形用户界面与高效的计算引擎的结合使得Mike21在世界范围内成为了水流模拟专业技术人员不可缺少的工具。0前该模型己经在丹麦、埃及、澳洲、泰国、等国家地区得到成功应用，在平面2维自由表面流数值模拟方面具奋强大的功能。此外,该模型在国内的应用也十分普遍，并在一些重大的工程中广泛应用，如长江口综合治理工程［2】、杭州湾数值模拟［3】与南水北调工程［4］等。本次水文水力计算主要运用Mike21［5］模型的二维浅水方程，本数值计算方法采用ADI法。3.2石狮环湾片区

7、Mike21流场模型构建3.2.1水文气象边界条件整理与录入根据《石狮市城区防洪排涝规划报告》［7］与《福建省暴雨等值线图集》等资料，石狮暴雨级数以50.0〜99.9mm出现的频率最高，约占80%，100mm以上的暴雨日频率较低，仅约20%。梳理城区范围的水文气象资料，对片区内各雨量站50年一遇最大lh、6h、24h雨量进行分析，并做适线（按P-III型）分析，得出50年一遇最大lh、6h、24h雨量均值、变差系数Cv等暴雨参数成果，作为模型的降雨输入依据。根据Chow［6］,对洪水位不同水面宽度的

8、天然河流，确定粗糙系数n值的取值范围。3.2.2水系工况条件规划结合地形与城市设计意向，初步提出了两种水系方案。方案1主要利用雪上沟和塘头沟进行区域排水防涝，并通过对现状地形的改变，实现多点多线的网状排水。方案2主要以雪上沟为排洪主体，强化对现状蓄滞洪区的扩容，形成单线大点的水系方案。两种水系方案基本常水深在2-2.5m，两种方案的水系工况一并等水文气象工况条件（河底地形、主要河道规模等基本一致）录入模型中，完成对水系方案模型的初步搭建，并利用已冇的水文气象资料进行模