上冲TOD小镇位于珠海市中心城区上冲片区, 紧邻珠海上冲检查站, 西临中山市坦洲镇, 是珠海中心城区重要的西北门户。随着周边广珠城际快轨的运行, 105国道、明珠路、金凤路、三台石路等快速路的建设以及有轨电车1号线的建设, TOD小镇将成为珠海市中心城区对外交通的枢纽地区。

　　 由于跨境分洪量的调整, 导致TOD小镇下游排洪渠—翠屏路排洪渠设计水面线提高, 规划用地竖向标高与排洪渠设计水位存在冲突, 导致TOD小镇上游已建区域以及TOD小镇内现状部分低洼区域存在排水隐患, 遭遇暴雨时易形成易涝区, 且低洼区内有梅华立交、G105国道等重要交通下穿通道, 安全隐患较大。本文主要就TOD小镇及上游低洼区域的排水问题提出解决方案。

　　 TOD小镇所在片区于2009年完成区域控规编制, 场地建设标高确定为3.5m, 部分地区已按照规划建设。TOD小镇以及上游片区排水进入翠屏路排洪渠, 翠屏路排洪渠目前已根据两侧用地控制情况并按照同中山协商后的最新分洪量完成设计, 根据翠屏路排洪渠计算成果, 过上冲TOD小镇片区的水面线为3.9~4.3m。

　　 结合翠屏路排洪渠设计水位条件, TOD小镇控规调整将TOD小镇场地最低标高调整为4.5 m。但翠屏路排洪渠汇水范围内, TOD小镇东北侧部分区域现状标高低于4.5m, 同时东侧G105国道最低点为3.8m, 下穿点标高3.5m, TOD上游汇水区域内低于4.5m的低洼区域以及TOD小镇内现状低洼区域排水将受到较大影响, 暴雨期间会形成易涝区面积共计约22.5hm²。为了保证TOD小镇以及上游片区的排水安全, 需结合翠屏路排洪渠的洪峰流量过程计算分析提出片区的排水方案, 以解决排水问题。

　　 以G105国道为界, 分别对两侧汇水区域范围内的流量过程进行计算, G105国道东、西两侧汇水区域面积分别为13.3hm²和9.2hm²。

　　 设计洪水计算方法与水文资料有关, 可分为利用流量资料推求设计洪水和利用雨量资料推求设计洪水。对无实测流量资料的河流, 设计洪水均采用设计暴雨来推求。

　　 该汇水区域无实测流量资料, 以2003年版《广东省暴雨径流查算图表》及《广东省水文图集》为基础, 按照“多种方法、综合分析、合理选定”的原则, 采用广东省综合单位线方法、推理公式法及城排公式法等3种方法进行计算, 3种方法的基本公式和参数取值按《广东省暴雨径流查算图表》规定, 简述如下。

　　 此法是通过对纳须瞬时单位线方法的深入分析和研究, 汲取国内外经验, 结合广东省实际, 提出了一套具有本省特点的综合单位线方法。

　　 查《广东省暴雨径流查算图表使用手册》知相应河流所在的分区;查所在分区对应的设计雨型;查相应的暴雨定点定面at~t~F关系图;查相应的产流参数;查相应的滞时m₁~θ关系图, 明确大陆高区关系线A线或大陆低区关系线B线。

　　 式中Q_p———设计洪峰流量, m³/s;

　　 θ———汇流特征参数, θ=L/J^1/3;

　　 F———流域集雨面积, km²;

　　 S_p———相应频率P的设计暴雨雨力;

　　 n_p———相应频率P的暴雨递减指数;

　　 τ———汇流历时, h;

　　 f———平均后损率, mm/h;

　　 m———汇流参数, 采用大陆m~θ汇流参数。

　　 (1) 城市雨水管渠设计流量的计算采用《室外排水设计规范》中所规定的雨水流量计算公式 (式中字母含义略) , 即:

　　 (2) 采用市区最新设计重现期的暴雨强度计算公式如下 (P=50年) :

　　 式中q———暴雨强度, L/ (s·hm²) ;

　　 T———降雨历时, T=t₁+t₂。

　　 t₁———地面集水时间, min, 一般取5~15min;

　　 t₂———管内雨水流行时间, min。

　　 采用P=50年。

　　 通过3种方法计算出汇水区域范围内的洪峰流量结果见表1。根据表1中数据, 考虑一定的安全性, 确定采用综合单位线计算流量过程结果作为后续排水方案的计算依据。

　　 当遭遇50年一遇暴雨时, 翠屏路排洪渠下游外江 (前山河) 水位按照5年一遇高潮位考虑 (1.49m) 计算, 根据演算成果 (见图1) 翠屏路排洪渠上冲段水位高于3.0m的时间超过6h (取翠屏渠设计起点处) 。由于场地最低标高为3.5m, 考虑一定的安全要求, 翠屏路排洪渠水位低于3.0m基本能满足区内的正常排水要求, 当翠屏路排洪渠水位高于3.0m时, TOD及上游低洼区域雨水难以实现重力直排, 为保证G105国道及梅华立交排水安全, 需在翠屏路排洪渠水位超过3.0 m时, 对片区低于4.5m场地雨水进行处理, 当翠屏路排洪渠水位高于3.0m时, 需关闭雨水渠排出口, 启用泵排及调蓄设施, 以保证场地低洼区内排水安全。

　　 根据翠屏路排洪渠校核演算成果, 结合低洼区域的现状标高, 对洪峰前后6h进行控制, 通过综合单位线法计算出TOD及上游低洼区域洪峰时段流量过程如图2。

　　 在TOD小镇东北角绿地设置排水泵站 (见图3) , 控制泵站起排水位为3.0m, 汇水区域面积为22.3hm², 设计标准50年一遇, 根据排水需求, 泵站规模确定为5.8 m³/s。当翠屏路排洪渠水位低于3.0m时, 通过雨水管渠系统进行排放, 排放口处设置拍门;当遭遇极端天气, 翠屏路排洪渠水位高于3.0m时, 拍门自动关闭, 片区汇流雨水通过泵站提升排放。

　　 TOD东北角集中绿地面积约为9 000 m², 方案在该处设置调蓄池 (见图4) , 结合排水泵站滞蓄和抽排片区汇流雨水。遇极端暴雨期天气翠屏路排洪渠水位顶托时, 雨水管渠排出口拍门自动关闭, 雨水排入东侧调蓄池, 启动泵站对雨水进行抽排, 根据不同调蓄、泵排设施规模的大小, 确定2种蓄排方案。

　　 在西侧绿地建设蓄水池, 拟建面积5 500m²、最高控制水位3.4m、池底标高控制为0.6m, 则蓄水池最大调蓄水容积为15 444m³。通过综合单位线法模拟计算汇水区域范围内流量过程, 计算得到雨水泵站规模为2.21m³/s。详细计算结果见表2。

　　 在西侧绿地建设蓄水池, 拟建面积7 200m²、最高控制水位3.4m、池底标高控制0.6m, 则蓄水池最大调蓄水容积为20 185m³。通过综合单位线法模拟计算汇水区域范围内流量过程, 计算得到雨水泵站规模为1.82m³/s。详细计算结果见表3。

　　 (见表4) 。

　　 引入低影响开发技术手段, 利用TOD小镇内绿地系统构建雨水调蓄设施系统。考虑区域重要性, 确定调蓄设施设计标准为满足5年重现期标准下珠海市2h降雨量 (120 mm) , 场地径流系数按0.65, 则需调蓄容积为17 550m³。

　　 结合TOD小镇内规划绿地的布局, 调蓄设施主要分为3部分:集中绿地、下游市政道路沿线绿地、排洪渠两侧绿化调蓄设施。布置见图5。

　　 集中绿地上部改造为下沉式绿地, 控制蓄水层深度为150mm, 下沉式绿地设置溢流口, 溢流口顶部标高高于绿地75mm, 下沉式绿地有效蓄水深度为75 mm, 低洼区域周边集中绿地面积为2.69hm², 下沉式绿地调蓄总容积为2 017m³。在位于TOD小镇东北绿地下部安装模块化蓄水设施, 面积为9 000m², 蓄水模块调蓄深度为1.5 m, 总调蓄容积为13 500m³。市政道路沿线绿带总长度690m, 通过道路沿线绿化带下方设置雨水模块, 道路两侧绿化带下侧蓄水模块蓄水层深度控制为1.0m, 总调蓄容积为1 380m³。河边绿化带调蓄:于翠屏路排洪渠东侧绿地下侧构建模块化蓄水设施, 排洪渠东侧绿地面积为1 864m², 控制蓄水模块蓄水深度为1.5 m, 排洪渠一侧绿地总调蓄容积为2 950m³。3种调蓄设施总的调蓄容积达21 500m³, 满足调蓄需求。蓄水模块内设置雨水一体化处理设施, 同时设置取水泵站, 雨水经收集处理后可回补翠屏路排洪渠, 作为景观用水 (见图6) 。

　　 蓄水模块建安费按照400元/m³计, 各类调蓄设施的造价估算结果见表5。

　　 规划排水方案的确定综合分析排水设施工程造价, 日常运行、养护成本, 施工期间对周边环境的影响, 施工工艺难易程度、工期, 抗击极端天气的能力等。方案比较结果见表6。

　　 (1) 工程造价、运行、养护成本:泵排技术相对成熟, 应用较为普遍, 工程造价最低;工程造价最高为采用调蓄模块的调蓄方案。工程造价总体情况为:方案一<方案三<方案二<方案四。

　　 (2) 运行、养护成本:泵站规模越大, 其用电负荷越高, 日常运行成本越高, 且需要对泵站机组进行日常维护、管养的费用相对较高;采用蓄水设施基本无需日常能耗。日常运行、维护费用总体情况为:方案一>方案三>方案二>方案四。

　　 (3) 施工工艺、工期:调蓄方案需地埋式蓄水模块, 施工仅需开挖、安装模块化设施, 工艺简单, 施工工期较短;泵站建设相对于蓄水设施工艺复杂, 工期相对较长。施工工艺难度、工期时长总体情况为:方案一>方案三>方案二>方案四。

　　 (4) 抗击连续暴雨能力:泵站抽排方案以及蓄排方案均按照50年一遇标准进行设计, 可抵抗连续暴雨袭击, 可靠性较高;蓄排方案缓解了泵排的洪峰压力, 对泵站的冲击相对较小, 提高安全性能;低影响调蓄方案设计标准相对较低, 连续暴雨时, 调蓄作用将降低。抗击连续暴雨能力比较:方案二>方案三>方案一>方案四。

　　 (5) 环境影响:方案一开挖范围较小, 对周边环境较小;蓄排方案需要建设调蓄池, 增大开挖范围;低影响开发调蓄方案, 需要在片区进行大范围开挖, 以安装模块化蓄水构件, 对周边影响较大。运行阶段:泵站运行存在一定的噪音, 且泵站设施对周边的景观也有一定的影响, 蓄排方案均存在一定的景观影响;低影响开发调蓄设施同上部绿地、绿化带构造下凹绿地、雨水花园等景观设施同步建设, 运行效果最佳。

　　 最终确定TOD小镇低洼区排水方案为小蓄水池+大泵站的方案, 即在TOD小镇东北角绿地新建一座2.21m³/s的排涝泵站, 同时利用周边绿地新建一座调蓄容积为15 400m³的调蓄池, 调蓄池占地面积为5 500m²。

　　 在充分研究现状TOD小镇及上游低洼区域排水问题的基础上, 通过综合单位线法、推理公式法、城排公式法计算出低洼区域的洪峰流量及流量过程, 结合下游排洪渠洪峰过程, 提出泵排方案、大调蓄池+小泵站、小调蓄池+大泵站、低影响开发蓄排方案等四个排水方案, 对排涝方案在工程造价, 日常运行、养护成本, 施工期间对周边环境的影响, 施工工艺难易程度、工期, 抗击连续暴雨的能力, 对周边环境的影响等方面的优缺点进行综合分析, 最终确定小调蓄池+大泵站作为TOD小镇及上游低洼区域排水问题的解决方案。