广州市天河智慧城雨水舱对防涝排污的影响及改进措施探究

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城市内涝的频发和水环境的污染,严重影响人民群众的生产生活,将地下综合管廊和排水防涝设施结合起来十分必要。广州市杨梅河流域内有四个易涝点,为了缓解甚至排除内涝带来的困扰和损失,计划实施天河智慧城地下综合管廊工程,管廊起始点位于杨梅河桩号3170,舱内雨水排出口位于杨梅河桩号510,总长2.44km。为了探究地下综合管廊雨水舱防涝排污的效果,本文以杨梅河流域为研究区域,基于info Works ICM模型建立研究区一维管网、河道与二维地表洪水耦合的流域排水模型,以P=1a、2a、5a、10a和20a的降雨重现期下模型计算结果为依据,对研究区现状排水系统工况(XZ工况)和现状排水系统+综合管廊(雨水舱)工况(GL工况)的防涝排污能力进行比较分析;在此基础上提出增加LID设施和更换管道两种改进措施,利用现状排水系统+雨水舱+LID设施+管道更换工况(GL+LID+GW工况)的模拟结果评估改进方案的防涝排污效果,为研究区内涝及水环境治理提出理论和技术支撑。本文主要研究结论如下:(1)在5种设计降雨重现期下,通过分析XZ工况和GL工况研究区和典型易涝点的溢流总量,得到高唐路综合管廊雨水舱较优尺寸为宽4m、高3.3m。(2)选取较优雨水舱断面后,基于选定的淹没深度及淹没时间,在5种不同降雨重现期情景下分析研究区XZ工况和GL工况的内涝风险、排放口流量过程、河道运行能力和管道承载能力。与XZ工况相比,GL工况的水量模拟结果具有以下变化:(1)淹没总面积削减平均值为36.6%;风险等级平均削减效果为:高风险>中风险>低风险;(2)杨梅河出口峰值流量平均增加18.2%,在P=20a时,综合管廊雨水舱分洪能力已达上限;(3)杨梅河上游(桩号6711~3170)最高水位、最大流速和最大流量基本无变化,中下游(桩号3170~510)的最高水位、最大流速和最大流量均减小,下游(桩号510~0)的最高水位、最大流速和最大流量均增大;(4)不满足5种降雨重现期条件的管道长度减少率为5.99%~2.35%;以上数据表明增设雨水舱后,降低了研究区的内涝风险,对杨梅河上游行洪基本无影响,减缓了杨梅河中下游行洪压力,增大了研究区排放口流量,对研究区管道排水能力的影响较小,仅促进了杨梅河中下游两岸管道的排水。(3)与XZ工况相比,GL工况的水质模拟结果具有以下变化:(1)杨梅河流域排放口的污染物最大排放浓度都超过了地表(?)类水排放标准,流域内雨水径流污染严重;(2)TP、TN、COD和TSS外排量的平均削减率分别为12.4%、12.8%、13.6%、5.6%,雨水舱对流域管道沉积物的削减无效果;(3)P=1a、2a,前期3d未降雨时,雨水舱中沉积物质量分别为179.01kg、1.75kg。当降雨重现期大于或等于2a时,雨水舱沉积以冲刷为主。以上数据表明,增设雨水舱后对水环境改善的效果不佳。(4)通过容积法和模型法确定LID设施数量,利用指标法确定排水能力不足的管道并进行更换,新建GL+LID+GW工况,对研究区内涝风险和排放口流量进行了分析。与GL工况相比,GL+LID+GW工况的水量模拟结果具有以下变化:(1)5种降雨重现期下淹没总面积平均削减效果为56.42%,不同风险等级平均削减效果为:高风险=中风险>低风险;(2)5种降雨重现期下杨梅河排放口峰值流量平均减少了10.9%,峰现时间滞后不明显,在P=20a时,排水系统的洪涝承载能力和海绵设施的调蓄能力都已达上限。以上数据表明,改造后,进一步降低了研究区的内涝风险,减小了研究区排放口流量。(5)与GL工况相比,GL+LID+GW工况的水质模拟结果具有以下变化:(1)杨梅河流域排放口的污染物最大排放浓度都满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的 排放标准;(2)TP、TN、COD和TSS排放量的平均削减率分别为75.1%、78.2%、76.5%和87.7%。以上数据表明,LID设施对于污染物的去除效果较好。
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