广州市东濠涌深层排水隧道工程前期研究
2020-04-16
来源:榕意旅游网
第32卷第22期 中国给水排水 CHINA WATER&WASTEWATER Vo1.32 No.22 NOV.2016 2016年11月 广州市东濠涌深层排水隧道工程前期研究 王广华, 李文涛, 陈贻龙, 周建华, 陈 彦, 李昀涛 (广州市市政工程设计研究总院,广东广州510060) 摘要: 结合东濠涌流域的排水现状和深层隧道排水工程方案,利用InfoWorks ICM软件构 建河道、排水管渠和深层排水隧道系统的综合水力模型,研究了建设深隧前后的截污系统溢流次数 和污染物削减率,讨论了系统管渠的排水标准和水浸风险等级,对比了河涌水面线和防洪标准,结 果表明,深层排水隧道的建设可有效提高城市防洪和水污染控制标准。 关键词: 深层隧道; 城市防洪; 水污染控制;排水标准 中图分类号:TU992 文献标识码:C 文章编号:1000—4602(2016)22—0007—07 Preliminary Study on Deep Tunnel Drainage Engineering at Donghao Creek in Guangzhou WANG Guang—hua,LI Wen—tao, CHEN Yi—long, ZHOU Jian—hua, CHEN Yan, LI Yun—tao (Guangzhou Municipal Engineering Design and Research Institute,Guangzhou 5 10060,China) Abstract: An integrated model for assessment of hydraulic properties of riverway,drain channel and deep tunnel drainage was developed based on evaluation of drainage situation and construction of deep tunnel at Donghao Creek in Guangzhou.The overflow times of sewage interception system and re— duction rate of pollutants before and after construction of the deep tunnel were investigated.The drainage standard and waterlogging risk grade of the deep tunnel drainage were discussed,and the flow profile and lfood control standards were compared.The results showed that the construction of deep tunnel drainage could signiifcantly upgrade the standards for flood control and water pollution control in city. Key words:deep tunnel; flood control; water pollution control;drainage standard 近年来,随着城市的发展,全国主要大城市先后 km ,源自白云山麓湖,自北向南汇入珠江,其中中 出现严重内涝、纷纷出现“看海”窘境。此外,极高 北段(东风路以北)为2.62 km,南段(东风路以南) 的人口密度和城市建设密度使得城市雨季合流制地 1.89 km为明涌。中北段和支涌子子鱼岗涌已覆盖为 区的溢流污染(CSO)Et益严重,黑臭水体治理任务 暗渠,南段和支涌新河浦涌为明涌。流域范围为合 艰巨。调研数据显示,国外众多城市选择利用地下 流制排水体制。 深层空间建设大型排水隧道来解决水污染和水安全 1.1流域划分与水体湖泊 问题。2009年以来,广州开展了深层隧道排水系统 东濠涌汇水范围可主要划分为白云山麓湖流域 相关技术研究,分析了其在广州的适用性,并选择了 (281.03 hm )、中北段主涌流域(229.08 hm )、孑子 东濠涌流域作为试点。 鱼岗涌流域(225.16 hm )、南段流域(512.11 1 东濠涌流域排水现状 hm )。 东濠涌全长为4.51 km,流域面积为12.47 东濠涌汇水范围流域排水分区见图1。 ・7・ 第32卷 第22期 中国给水排水 图1 东濠涌流域排水分区 Fig.1 Drainage zoning map of Donghao Creek 图2 东原涌流域排水现状 Fig.2 Drainage current situation map of Donghao Creek 东濠涌流域包括麓湖和东山湖两个人工湖。其 巾:麓湖汇水面积为281.45 X 10 Ill ,水域面积为 沿线的污水收集设施包括:中北段dl 350 tnm 环湖截污管和两侧<t400~1 000 mill截污管接入宝 汉直街泵站、南段西侧d2 200~2 400 mm截污管、 21.2 X 10 m ,总库容为122.4 X 10 m ,最高蓄水位 为20 ITI,最低蓄水位为10 131,最大可调蓄量为58 X 10 ill ;东I【J湖汇水面积为437 X 10 m ,正常水域面 积为37.4 X 10 nl ,最高滞洪水位为6。8 na,汛期控 制湖位为5.5 IYl,最大可调洪量为50.6×10 lTl ,东 山湖与新河浦涌和珠江有水闸连接,利用珠江的潮 汐变化和水闸控制实现东山湖的水循环。 1.2排水设施 南段东侧d800 mill~2.0 In X 3.2 nq截污管渠、新河 浦涌北侧dl 500 ml/l截污管和南侧d800~1 200 mm截污管。 东濠涌泵站包括污水泵组和排洪泵组。污水泵 组共设有6台,常开3台(流量为2.7、1.9、2.45 n1 / S),控制水位4 In开泵,3.5 Ill关泵。污水泵旱天运 行水量为42 X l0 m /d。 东濠涌流域地势北高南低,通过沿线合流排水 于渠汇人东濠涌。 东濠涌排洪泵组共设8台雨水泵,流量为6.5 m /(S・台),涌内水位5.8 nl时开泵,5.4 n 时停 泵。 沿线的合流排水管渠包括中北段西侧:下塘西 路3.0 lTI×2.0 m合流渠箱、宝汉直街dl 200 mm合 流管、环市中路2×DI 200 Illm合流管、法政路2.3 1.3存在的主要问题 m×1.7 m合流渠箱、东风路1.5 m×2.0 m合流渠 箱;中北段东侧:广九铁路1.5 nl x 2.0 m合流渠箱。 南段:子子鱼岗支涌6.0 m×2.2 nl渠箱、玉带濠4.0 111×3.0 nl渠箱和新河浦支涌(B=6~8 m) 图2 是东濠涌流域排水现状。 目前东濠涌流域存在的主要问题有: ① 东濠涌二期综合整治工程中,中北段截污 系统截流倍数提高到5.0,但东濠涌南段截污系统 截流倍数仅达到1.0,雨季超标合流污水仍需开闸 溢流到东濠涌,雨季合流溢流污染严 。 ・8・ 王广华,等:广州市东濠涌深层排水隧道工程前期研究 第32卷第22期 ②东濠涌流域人口和建设密度极大,地表雨 湖和东山湖等水体;子子鱼岗等沿线暗渠;DN400以 上的150 km浅层排水管网;现状东濠涌泵站和水闸 设施;拟建的深层隧道和排水泵站。整个东濠涌流 域排水设施的综合水力模型见图3。 水径流产生的城市面源污染严重。 ③ 由于东濠涌高架桥墩建设影响排洪,造成 法政路市委水浸,东濠涌水面线平均抬升近1 m。 ④流域内排水管道建设标准偏低,排水管网 重现期大多处于0.5~1年,内涝风险较大。东濠涌 排水标准仅能满足3年一遇强度的降雨。 ⑤东濠涌泵站污水泵运行水位控制在4 m开 泵,导致东濠涌两侧截污管道水位壅高,雨季进一步 导致合流污水溢流。 2基础数据与研究方法 2.1 降雨数据及整理 经分析2006年_20l2年连续实测历史降雨数 据,选用典型降雨年2008年4月一10月降雨数据 计算浅层排水系统溢流频率。计算采用2006年一 2012连续实测历史降雨数据。根据El降雨量对7 年降雨数据进行分级整理和模型计算分析,结果见 表l。 表1 2006年一2012年降雨数据统计分析 Tab.1 Rainfall data statistical analysis from 2006 to 2012 项目 1 降雨量/ram 3 次数 l98 占比/% 32.62 累计/% 32.62 图3 东濠涌流域的综合水力模型范围 Fig.3 Hydraulic model range chart of Donghao Creek 2 3 4 5 6 7 8 9 6 l0 l5 20 25 30 35 40 77 70 69 4l 42 23 18 l8 l2.69 l1.53 I1.37 6.75 6.92 3.79 2.97 2.97 45.31 56.84 68.2l 74.96 81.88 85.67 88.64 91.61 2.3产汇流参数设置 产流模型采用horton模型,地表汇流采用美国 环保局(USEPA)SWMM非线性水库法进行计算¨]。 地表曼宁系数依据集水区地表类型取值,具体设置 如表2所示 J。 表2产流模型及相关汇流参数 Tab.2 Flow model and related parameters l0 l1 l2 13 65 90 l】5 l40 32 9 8 1 5.27 1.48 1.32 0.16 96.88 98.36 99.68 99.84 地表 地表 地表曼 初损/ 后损(城市地表下渗) 类型 属性 宁系 『51 采用霍顿下渗模型 数 。 Inrll { k 房屋 不可渗 0透地表 0ll .l4 l5 165 l90 1 0 O.16 0.o0 10HD.0HD l00.00 1.5 3 6 4 2.05 1.27 0.5 0 0.038 0.062 2.2综合模型的构建 本项目选用英国Wallingford公司的InfoWorks 道路 不可渗 O透地表 0l3 .ICM作为本次建模软件。InfoWorks ICM综合排水 模型软件集浅层排水管网、河道于一体,能够对城市 绿地 可渗透 O地表 15 .铺砖 可渗透 0地表 .02 排水进行综合模拟,包括城市溢流污染情况的预测、 水质模拟和沉积物在管网中的转移情况等,该软件 注:霍顿模型中fo(mm/min)为初始入渗率, (mnl/ airn)为稳定入渗率,k为衰减系数。 符合本项目综合排水系统特点。 本项目的建模范围包括:东濠涌、新河浦涌、麓 ・通过对东濠涌流域范围的GIS数据分析,地表 类型及面积分类统计见表3。 9・ 第32巷 第22期 表3 东濠涌流域地表类型及面积统计 中国给水排水 埋深为地 以下40 m。在新河浦南侧设计一条管 为D3 000 mill的截污管,汇入隧道尾段的沿江路 竖井。 Tab.3 Land surface type and area statistics of Donghao Creek 类型 比例/% 绿地 道路 房屋 水面 铺砖 合计 3.0 l0 24 2 6l l00 而积/hm 43.1 l20.4 301.3 26.4 753.1 l 247 针对产流模型中的初损参数,根据东濠涌流域 地表分类统汁进行初损计算,降雨初期损失加权计 算结果为3.2 inlll,在后续的计算中按照3.0 lnln计 算。 2.4暴雨强度公式 利用广 l市中心城区最新暴雨强度公式q= 丝 f z+1 1.2591( 。) (广东省气候中 t2,201 l 、 ,’ 年4月)计算0.25、0.5、1、2、5、10年等6种重现期 条件下120 min降雨量(见表4)。 表4单一重现期暴雨强度公式 Tab.4 Rainstorm intensity formula 重现期P/O.25 0.5 1 2 a 公式 降雨量/m120 min m 6 976.425/(t+17。660)0.972 6 561.430/(,+16.8121 0.911 6 366.875/(f+16.190)0.863 5 920.317/(t+14.646)0.815 41.8 53.4 65.9 78.3 5 5 41 1.802/(t+12.874)0.758 95.5 图4 东濠涌深层隧道方案平面图 Fig.4 Deep tunnel plan of Donghao Creek lO 5 050.414/(t+11.610)0.717 1O9.7 3东濠涌深层排水隧道工程设计方案 3.1 功能定位与建设标准 沿线设有东风路、中山三路、玉带濠和沿江路4 座入流竖井及相应的浅层连接设施。4座竖井将中 北段截污管和沿线的主要合流渠箱溢流口与排水隧 道相连接,其最大设计人流量依次为31、4.8、4.8、 23 m /s 、 东濠涌深层排水隧道是对东濠涌浅层排水系统 的补充和提升,主要功能有: ①雨季作为东濠涌流域合流溢流污水和初期 雨水的调蓄和转输通道,经污水泵组提升后送到污 在隧道尾端设置大型综合泵站,包括排夺泵组、 水处理厂处理。提高全流域截污系统的截流倍数, 大幅减少东濠涌流域各支涌(或渠箱)开闸次数,削 排洪泵组和补水泵组,分别发挥隧道系统排空、分洪 排涝和旱季东濠涌景观补水的功能,其中排洪泵组 最大设计流量为48 m /s。整个隧道系统的调蓄库 容为6.3×10 in 。 3.3调度运行方式 减雨季东濠涌流域70%以上的合流溢流COD污 染。 ②大型暴雨条件下,作为雨水排涝通道,行使 排涝功能,经尾端排洪泵组提升后排至珠江,提高流 域内合流十渠的排水标准到P=10年一遇。浅层 隧道系统在晴天或小雨时,污水通过浅层截污 管道系统送到猎德污水处理厂处理,深隧系统不启 排水管道排水标准不低于5年一遇一J。 3.2 工程方案 动;若遇中到大雨情况,则启动深隧系统,浅层排水 系统的溢流污水汇入隧道调蓄,雨后隧道调蓄的合 流污水通过排空泵提升输送到污水处理厂处理,削 减溢流污染;遭遇特大暴雨,泵站的排洪泵组会自动 启动,与东濠涌共同排洪,提高全流域的排水标 在东濠涌南段设计一条内径为5.3 ITI(外径为 6.0 m)、长1.77 km深层排水隧道(见图4),隧道为 避开地铁1号线和地铁6号线(图4紫红色粗线), ・10・ 王广华,等:广州市东濠涌深层排水隧道工程前期研究 第32卷 第22期 准 。 用水力模型模拟计算,针对前述6种重现期降雨强 度,复核现有排水系统排水标准 。东濠涌流域 内排水管网重现期基本处于1年以下,洪灾风险较 4结果与讨论 4.1 截污管道早天运行工况 现状主干管运行情况见图5。经过模型系统分 高,5年一遇较严重水浸点为28个(见表5)。 表5不同重现期降雨强度水浸点统计 Tab.5 Water logging points wit}l diferent rainfall intensities 析,东濠涌流域发生超载的截污主干管总长度为4.2 km,占全部重力流主干管管长的l6.5%,超载管段 中有12.4%的管段模拟期间内全时段(24 h)均处 于超载状态运行,但旱天整个系统没有污水溢流。 工况 编号 l 2 3 4 重现期/ a O.25 O.5 l 2 无深隧时水 浸点个数 2 15 l8 22 有深隧时水 浸点个数 1 l0 l2 l5 5 6 5 l0 28 38 17 38 从表5可以看 ,深隧建成后,5年一遇降雨时 较严重水浸点(水浸20 illm以上)由29个减少至l7 个,可见深隧建成后对浅层排水标准提高效果明显。 但服务范围内仍有17处较严重水浸点,利用水力模 型汁算,结合工程性改造消除水浸,使范围内浅层排 水标准提高至5年一遇。 图7为现状各区域管网在小同重现期降雨条件 下风险等级图,风险等级高的区域最易发生水浸内 涝 图5现状旱天运行超载管段区域空间分布 Fig.5 Re ̄onal spatial distribution map of overload pipe section in dry weather 4.2 建设深隧前后雨季CSO溢流次数分析 利用典型降雨年2008年4月一10月连续降雨 数据计算深隧建成前后CSO溢流频率,孑子鱼岗、东 风路、中山三路、玉带濠、百子涌五个位置的溢流频 率效能对比数据见图6。经过计算比较,各溢流口 CSO溢流次数减少率约80%以上 7() 6O . … ■现状溢流次数 ■深隧建成后溢流次数 43 螽50 4O 娌30 20 lO 0 L32 i i3I: 仔鱼岗东风路中山 路玉带濠百子涌 图6深隧建成前后CSO溢流次数对比 Fig.6 Comparison of overflow times of CSO 图7排水管网重现期及水浸风险等级(无深隧) Fig.7 Risk level f odrinagea pipes(without deep tunne1) 4.3 深隧前后排水管渠标准对比 图8为将深隧纳入计算后的排水管网重现期等 级图。 根据流域范围的地形条件和排水管道数据,利 第32巷 第22期 州 ‘ 中国给水排水 WWW.wo.1e]’gasheat.COTII 4.4溢流污染物削减分析 —●0 5 { Il _2 l 3 在调蓄容积为6.3 X 10 FI] 条件下,计算2006 年一20l2年的溢流污染削减率(见表6)。 表6溢流污染物削减率计算结果 【 Tab.6 Reduction rate of overflow pollutants ●5 I 5{l【 跚剐 - 年份 径流 计算降 截留溢流 污水量/ 溢流污染物 量/ram 量/ram 雨场次 l0 削减率/% n1 降雨 20l2 20I1 l 583 l 308 l l96.1 1(砌2.8 86 6l 88 85 69 74 357.4 279.3 380.8 357.2 358.6 3I1.9 6 4 76.43 78.35 74.6 78.92 71.95 20l0 1 838.5 1 4l5.6 2009 2008 l 473 2 022 937.5 l 582.4 2007 1 503.5 1 l54.3 2006 l 709 l 339.3 69 296.8 73.10 年平均 1 633.86 l 232.6 76 334.6 74 l0 4.5河道标准计算 采用最新实测地形和断面数据,现状行洪能力 图8 排水管网重现期及水浸风险等级(有深隧) Fig.8 Risk level of drainage pipes f with deep tunne1) 2 为P=15年(涌口洪峰流世78.71 Ill /s,刚好不漫 顶)。现状及建设深隧后河涌水面线见图9、10。 I)¨C—last-10 l】Plan:Plan 81 2013/1O/I1 0 8 、曼 {曙 ——6 4 是 5oo 蠹兰 : 0、_一一… j 萎 控 墨强 …一l…一 ,L 一0 1 0(m l 500 2000 2 5(M) 主渠道艮度/n 图9东濠涌现状河涌水面线 Fig.9 Water surface line(wihoutt deep tunne1) DHC—last一10 1 1 Plan:Plan 81 20l 3/l 0/IJ E 8 萄 饵6 4 蚕坯鑫主童 ’ l∞ a一一一一 二导j墨 一… 二=E 妻墓拯鎏 2000 2 50() O 5OO l OO0 1 500 主渠道长度,m 图10深隧建成后,giiii水面线 Fig.10 Water surface line(wiht deep tunne1) www.watergasheat.COB 王广华,等:广州市东濠涌深层排水隧道工程前期研究 Council.2003. 第32卷第22期 建设深隧后,经4座坚井分流,东濠涌行洪能力 可提高至P=50年(水利)。 5结论 对东濠涌深层隧道排水工程的研究表明:通过 深层隧道系统的建设,可以有效削减东濠涌流域 70%雨季溢流污染,主要合流溢流口的溢流次数减 少80%以上;河道防洪标准由15年提高到50年, [7] John J Sansalone.Chad M Cristina.First flush con(‘epts or suspended and dissolved solfids in small impervious watersheds[J].J Environ Eng,2004,130(11):1301一 l3l4. [8] Sahhir Khan,Sim—Lin Lau,Masoud Kayhanian.Oil and grease measurement in highway runoff--sampling,time 流域防洪排涝能力显著增强。 参考文献: [1] Engman E T.Roughness coefficients for routing surface runoff[J].J lrr Drainage Eng,1986,112(1):39—53. [2] 周玉文,赵洪宾.城市雨水径流模型的研究[J].中国 给水排水,1997,13(4):4—6. and event mean concentrations[J].J Environ Eng, 2006,132(3):415—422. [3] 周玉文,余永琦,李阳,等.城市雨水管网系统地面径 流损失规律研究[J].沈阳建筑工程学院学报:自然科 学版,1995,(2):133—137. [4] 广州市市政工程设计研究总院.深层隧道排水系统工 程设计指引[R].广州:广州市市政工程设计研究总 院,2013. [5] 日本国土开发技术研究所.都市地下河川设计手册 [M].日本:国土开发技术研究所,1974. 『6] Stomlwater/Sediment Team Auckland Regional Council. 作者简介:王广华(1976一 ), 男, 湖北公安人, 工学博士, 研究方向包括大口径排水系统、 水力模型、水污染控制与污泥处理处置等 E—mail:75302423@qq.coin Stormwater Management Devices Design Manual[M]. USA:Stormwater/Sediment Team Auckland Regional 收稿日期:2016—09—29 (上接第6页) 】M 1.USA:EPA,2005. [9] Cliff Schexnayder P E.Singapore’S deep tunnel sewer- age system[J].Practice Periodical Off Stuctrural Design and Constuctrion,2002,(7):45—47. [10] Munsey F,Roddy M,Jankowski J.Deep tunnel O&M— Milwaukee’S 1 0 years of lessons learned[J].Water En— vironment Federation,2004,(9):630—638. Niemczynouicz J.Swedish way to stormwater enhance— ment by source control[A].Urban Stormwater Quality Enhancement:Source Control,Retrofitting,and Com— bined Sewer Technology[C].New York:American So— ciety of Civil Engineers,1 990. 作者简介:王广华(1976一 ), 男, 湖北公安人, 工学博士,研究方向包括大口径排水系统、 [I2] Lewis A Rossman.Storm Water Management Model Us— er’s Manual Version 5.0.Water Supply and Water Re一 水力模型、水污染控制与污泥处理处置等。 E—mail:75302423@qq.coin  ̄ourees Division【M].USA:National Risk Management Research Laboratory,2007. 收稿日期:2016—09—29 ・13・