水力建模实施方案(艾三维BIM)
厦门海沧区水力建模
实施方案
目录
一、水力模型管网设计实施方案 (2)
1.1项目概况 (2)
1.2作业依据 (2)
1.3现状规划 (3)
1.4具体实施流程 (3)
1.5存在问题分析 (8)
1.6需求分析 (9)
二、建设策略与目标 (10)
2.1建设策略 (10)
2.2总体目标 (10)
2.3具体指标 (10)
2.4设施选择 (10)
三、海绵城市建设效果 (11)
四、投资估算与效益分析 (11)
4.1效益分析 (11)
五、保障措施及实施建议 (12)
5.1保障措施 (12)
一、水力模型管网设计实施方案
1.1项目概况
1.1.1背景资料
根据国务院75号文和市委、市政府的统一部署，海沧区政府作为本区海绵城市建设实施主体，海沧创新园区是海沧区2017年海绵城市建设重点区域。
为进一步细化创新园区海绵城市建设目标和具体建设指标，结合城市水环境综合治理以及创新园区的有机更新等建设内容，明确具体建设项目的主要控制模式、比例及量值，落实海绵城市设施的类型、布局、规模等要求，避免大拆大建，体现“源头减排—过程控制—系统治理”系统的海绵城市建设理念。
1.1.2地理位置
项目区位位于厦门市本岛西部、海沧区南部，北至海沧新城，南接保税港区A区，西抵海沧南部工业区，东隔海沧内湖和西海域与本岛隔海相望。
总用地面积约1.38平方公里。
1.2作业依据
(1)道路工程设计图；
(2)《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》2014年10月；
(3)《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB50400-2006）（2014年版）；
(4)《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2014年版）；
(5)《给排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2002）;
(6)《给排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2003）;
(7)《城市工程管线综合规划规范》（GB50289-98）;
(8)《给排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）;
(9)《城市绿化工程施工及验收规范》（CJJ/T 82-99）;
(10)《透水砖路面技术规程》（CJJ/T 188-2012）;
(11)《透水水泥混凝土路面技术规程》（CJJ/T135-2009）。
1.3现状规划
1.3.1现状排水
(1)规划区范围市政道路均敷设有市政雨水管道。
(2)1号1号排水分区受纳水体为一号排洪渠，周边地块主要由10个排水口排放至一号排洪渠（自贸区公园）。
(3)2号排水分区，受纳水体为海沧内湖，周边地块主要由海景北路（d1200）和海景南路（d1200）排水管排放至海沧内湖。
1.3.2下垫面解析
(1)现状用地性质较为单一，主要包括一类工业用地，二类物流仓储用地，公园绿地，道路交通用地，行政办公用地，平整地及水域。
(2)市政道路已基本建成。
(3)现状批地主要分为用地红线、用地蓝线两类。
(4)其中，用地红线面积合计88.26公顷，用地蓝线面积合计8.31公顷。
1.4具体实施流程
1.4.1模型建立
(1)无人机三维成像技术——就是在无人机上搭载多台传感器，从垂直、倾斜等不同角度采集影像，通过对倾斜影像数据处理并整合其他地理信息，输出正射影像、地形图、三维模型等产品，通过无人机生成的三维影像可以作为规划区的海绵城市设计的基础资料，使海绵城市设计更符合实际情况，设计更精细。
(2)sewerGEMS——一款用于排水系统规划设计、暴雨分析、沟渠与管道混合计算平台，从时间尺度上，可以对整个降雨历程进行模拟。从模拟内容上，可以对水量、水质、流速、流量等指标进行模拟分析。SewerGEMS可以集成AUTOCAD、Microstation、ArcGIS等多个平台，无需考虑设计互通，多部门可以
互通配合工作，简化建模流程，提供市政排水管网设计、模拟和规划的各种功能，自动设计功能只需设置限制条件，系统可以自动在满足设计限制的同时，提供最具性价比的管道大小和管内底标高建议值，避免挖掘不必要的管沟，最大程度减少资本投资，优化设计质量，为城市管网设计规划提供最佳方案。另外，还可将SCADA数据、采样数据、水质探测器数据以及其他数据源整合到一起，建立模型实时预测潜在溢流、失控的排污和污水管网中的水量，模型可以供给非专业人员使用，提供简明模报告，帮助工作人员在日常维护过程中提供决策工具，降低系统故障。
(3)利用市政管网图纸及数据快速建立管网模型，将实景2D模型导入sewerGEMS背景层，将CAD平面图导入sewerGEMS背景层根据市政描绘管线，将管线物理量（用户自定义长度，管材直径，管材材料，粗糙度类型，壁厚度，粗糙度系数，曼宁系数等）进行录入。
(4)划分汇水分区——根据实景模型的地理信息对下垫面地面径流方向、屋面径流方向进行划分，将径流汇集的下垫面划分为排水分区，尽可能的细致分区，还原实际的排水情况。设计区域内南高北低，竖向最高点位于西南边，最低点位于东北边；区域内雨水流向较为复杂，整体呈现出由西南向东北汇集；屋面雨水主要南北两侧双坡排水，通过雨落管流向建筑散水，由暗管直接排入雨水篦子。
1.4.2模型参数的确定
(1)水文参数和水力参数
雨水管网水力参数一般可以通过管网图纸和实测获得较为真实的数据。
水文模型参数的获得相对比较困难，包括地表汇流阶段的汇水区面积、特征宽度、坡度、不透水率、不透水区曼宁系数、透水区曼宁系数、不透水区洼蓄量、透水区洼蓄量、产流阶段的最大入渗率、最小入渗率及衰减指数等。
(2)降雨参数
(3)下垫面解析
结合三维实景模型，将规划区分为37个区域。
根据下垫面的透水性能，将规划区分为绿地、屋面、水体、代建平整地、硬化地面等5种类型。
(4)其他参数确定
参考美国环保署EPA-SWMM用户手册默认值。
1.4.3模型分析
(1)规划区划分成2000多个排水单元，并建立规划区现状水文水力模型。
(2)现状径流分析：规划区年径流总量控制率为26%。
(3)排水能力评估：
2年一遇的降雨雨型进行模拟，红色部分管段的流量较大，易形成地表积水与现状积水范围基本吻合。
(4)径流污染现状：
可以在SewerGEMS中定义协同污染物，例如污染物X可以据用协同污染物Y，意味着X的径流浓度将是Y浓度的固定分数。
采用的初雨径流污染物取值：SS 400mg/L，COD 100mg/L，TP 0.3mg/L。
在现有的下垫面情况下，发生24小时降雨26.8毫米的事件时，经过现有径流污染控制设施处理后的雨水，污染物平均浓度SS、COD和TP浓度分别为394mg/L、98.6mg/L和0.29mg/L。本规划区污染物SS总量为7248千克，COD总量3141千克，TP总量7.25千克。
(5)低影响开发设施：
LID控制是为捕获地表径流，提供滞留、渗入和蒸发蒸腾作用的组合而设计的低影响开发组件。它们认为是给定子汇水面积的属性。SewerGEMS 可以明确模拟常见的八种不同LID 控制：生物滞留池、雨水花园、绿色屋顶、屋面断开连接、渗流管沟、透水铺装、雨水桶、植物洼池。
生物滞留池：是放置在砂砾排水底部之上的工程土壤结构，其上生长有植被的洼地。它们对直接降雨和来自周围区域的径流提供存储、渗入和蒸发。雨水花园、街道植物园和绿色屋顶是生物滞留池的各种变化形式。
雨水花园：是放置在地势较低地区，通过植物和土壤结构收集或截取直接降雨和来自周围区域的径流，蓄渗、净化径流雨水的设施。
绿色屋顶：绿色屋顶也称种植屋面，是在屋面上布置带有排水材料的种植基质和景观植物的结构，它可有效减少屋面径流总量和径流污染负荷。
渗流管沟：填充砂砾的浅渠，用于截除来自上游不渗透面积的径流。它们提供了储存容积和捕获径流的额外时间，为了渗入到原土壤以下。
透水铺装：连续多孔路面系统，是开挖的区域，填充有砂砾，利用多孔混凝
土或者沥青铺砌。通常所有降雨将立即通过路面进入其下的砂砾蓄水层，在这里可以在自然速率下渗入到场地土壤。砖块铺砌系统包含了放置在沙子上的不渗透性铺摊砖块，或者以下具有砂砾蓄水层的豆状砂砾层。降雨在砖块之间的开放空间捕获，输送到下面的蓄水层和原土壤。
雨水桶：雨水桶（或者水槽），为收集暴雨事件中屋顶径流的容器，可以在旱季是放或者进行雨水回用。
植物洼地：具有坡度的渠道或者洼地，铺砌有擦草坪或者其他植被。它们缓慢输送收集的径流，允许更长时间深入到其下的原土壤。
屋面断开连接：按照屋面排水形式，可分为建筑外排水断接和建筑内排水断接。
(6) 设置不同的模拟方案：分项选择是由17项属性组成，涵盖了整个水文水质水力学模型需要的所有属性，将这17项属性，按照模型的条件参数等约束设置完成后，设定自由组合，组合成的17项分项选择即可生成一个方案。本海绵城市水力模型中的相关方案不同分别设置在：
暴雨强度值的差距；
LID设施的建设与否；
LID水文学数据的选择差异。
1.5存在问题分析
1.5.1所在流域问题
(1)流域内村庄基本为雨污合流制，现状建成建筑和小区、工业厂房的屋面以及路面基本为不透水硬化地面，径流系数大，汇流时间短。此外，一号排洪渠（自贸区公园段）和海沧内湖受合流制排水携带的大量污染物的影响，水环境问题十分突出。
(2)一号排洪渠流域和海沧内湖流域下游山后村、渐美村和兴港路出口加工区段存在积水现象。
1.5.2规划区主要问题
(1)径流面源污染控制率低，景观水体水质差，一号排洪渠（自贸区公园）和海沧内湖流域水环境水质亟需提升整治工程。
(2)径流总量控制率低，暴雨时多次出现积水问题。海沧创新园区大面积的非透水地面覆盖，产流系数高，暴雨时易形成大量雨水径流，对下游（山后村、渐美村和兴港路出口加工区段）原本排水能力不足的管网造成极大的排水压力，造成城市内涝。此外，创新园区内部分厂区内常因下雨且排水不畅造成局部低洼积水严重，下雨时极易对工厂生产和周边居民出行造成影响；原绿地稍高于地面，绿地未充分发挥其雨水渗、滞、蓄的功能，场地的自身雨水调蓄能力极为有限。
(3)景观生态性、功能性较差。原有绿地植被多为单一乔木加草坪，未构建丰富的乔、灌、草植物层次，与原有的工业厂区向创新园区的定位不符，景观品质有待提高。此外，部分未建区域杂草丛生，未得到充分利用，多处地面铺装破损，垃圾随意堆放。
(4)厂区屋顶景观单一，且位于厦门机场航道下，影响城市形象。
1.6需求分析
1.6.1控制雨水径流污染，改善区域水环境：
区域面源污染导致区域水体受到污染，水环境亟需提升。本区域工业厂房、市政道路位于汇水区源头，需进行下垫面改造，削减雨水径流污染。
1.6.2提升片区水安全，消除厂区渍涝点：
局部厂区缺乏雨水管道的地方有积水外，需采用源头减排、地表有组织排水向结合的措施，消除渍涝点。
1.6.3加强区域绿化建设，提升城市品质：
(1)规划定位较高，对环境品质也有更高的要求。
(2)本区域在厦门机场航道下，在厦门即将举行金砖会晤的时机，代表
厦门城市门面，特别是第五立面—屋顶，有进一步提升美化的空间。
二、建设策略与目标
2.1建设策略
结合片区的改造提升，按照低影响开发（LID）的设计理念进行设计，以年径流总量控制率和径流污染控制率作为工业厂房、市政道路改造工程设计的控制目标。
在建设时序上，由于本片区市政道路广场更新改造不久，实施海绵城市改造时机不成熟，因此，本次规划在指标上对市政道路广场进行控制，当市政道路广场需要更新改造时，结合海绵城市理念，按照海绵城市建设目标实施提升改造。
2.2总体目标
基于海沧创新园区问题为导向，遵循场地现状，避免大拆大建，结合低影响开发设施设计有效利用现有市政道路、绿地、厂房和自贸区公园等基础上实现海绵化改造，逐步实现“小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解”的海绵城市建设目标。
2.3具体指标
(1)将雨水年径流总量控制率作为其刚性控制指标。
(2)本次规划确定区域的径流总量控制目标为不低于69%，对应的设计降雨量为不小于26.0毫米。
(3)对于周边有公共绿地和水体，并建有统一的蓄滞净化设施的市政道路广场年径流总量控制率可适当降低，但不宜低于50%。
(4)鉴于市政道路广场是径流雨水及其污染物产生的主要场所之一，对市政
道路广场雨水径流污染控制尤为重要，径流污染控制率不宜低于45%。
2.4设施选择
(1)选择绿色屋顶、透水铺装、生物滞留设施、雨水湿地、植草沟等具有径流和污染控制的技术。
(2)所在区域土壤渗透性较好、地下水位高，地下空间开发利用较少，可以增加相关设施的介质层深度，可以通过增加介质层的深度，实现海绵城市调蓄体积的要求，尽量规避项目绿色空间有限的制约因素。
三、海绵城市建设效果
四、投资估算与效益分析
4.1效益分析
4.1.1生态环境效益
(1)从源头上削减径流污染，减轻初期雨水径流对周边水体的污染冲击，能够极大地改善区域水环境质量，可消减COD Cr ：113吨/年，SS：261吨/年，TP：0.26吨/年。
(2)增加下渗雨水量，及时补充地下水资源，缓解水源紧缺、海水入侵等生态问题。
4.1.2经济效益
(1)创造出宜居宜业的绿色生活环境，在解决现有水问题的同时，也提高了城市的知名度，不断吸引外来人口来就业、定居，加速城市城镇化建设进程，带动了周边土地资源增值。
(2)有效缓解城市内涝问题，减少城市内涝引发的经济损失，间接地创造经济效益。
4.1.3社会效益
(1)科技发展效益：加强科学研究与工业生产的紧密联系，实现产学研一体化，高效、有力地为海绵城市建设提供强有力的科技支撑。
(2)劳动就业效益：吸引更多国内外商家进驻，进一步带动当地生产力发展，
创造更多的就业机会，缓解就业压力。
(3)环境美化效益：增加城市绿化率，美化城市环境，有利于平衡都市紧张的生活节奏，使人们消除长时间工作带来的疲乏，随时随地在都市的绿色空间中获得灵感与创造力，感受人与自然的和谐。
五、保障措施及实施建议
5.1保障措施
5.1.1组织保障
海沧区已经成立海绵城市建设工作领导小组，建议将区各部门职责进一步明确，将海绵城市建设纳入海沧区各部门、重点企业党政领导班子综合考核评价指标体系。制定细化的考评权重分值及相关配套文件，根据实际运作情况不断修订完善制度体系，总结经验，宣传推广。
5.1.2资金筹措
多渠道筹措资金，加强海绵城市建设。资金保障落实是规划实施的关键，多渠道筹集建设资金，加强海绵城市建设力度。
管理部门按照资金筹措及年度安排规划，分析、评估每年工程建设规划，核准资金落实情况，由主管部门负责向政府申请、筹措资金。
5.1.3其他
(1)本规划的实施建设涉及多个环节，牵涉多方利益，为保证建设工程做到公平、公开、公正，维护管理专业、高效、经济，应积极吸引公众参与，加强社会监督。
(2)通过规划展示、建设工程公示、各类媒体和网络等方法和途径大力宣传建设规划和在建工程，积极引导公众参与方案决策、建设管理，普及公众生态化知识，保障公众的知情权、参与权和监督权。
(3)通过公众参与协调各方矛盾，避免决策失误。