上海市虹口区内涝特性分析及工程控制
作者单位：哈尔滨工业大学
学位级别：硕士
导师姓名：赫俊国
授予年度：2016年
摘 要：上海市地处长江三角洲,是全国的经济、贸易、航运中心,在国民经济中一直扮演着火车头的作用。而虹口区位于上海中心城区的东北部,南连黄浦江、苏州河的交汇处,是中央商务区的重要组成部分之一。全区经济发达,城市化建设完善。近年来,随着极端天气的频繁出现,暴雨带来的内涝给虹口区的经济发展、居民生活造成了严重破坏。针对虹口区强降雨天气下内涝频发的问题,本文开展对内涝的影响因素以及控制手段的研究,分析2006-2015年黄浦江水位和虹口区降水的变化规律,确立区内内涝点的面积、数量和水深在不同水位下随降水量的变化规律,对内涝量及汇流区域水质进行分析,提出内涝工程控制手段,并进行技术经济分析,研究结果可为内涝的成因分析以及工程控制提供技术支撑。基于大规模的数据采集,对虹口区乃至整个上海市的排水系统进行统计分析。虹口区管网普及率为87.58%,达标率为82.80%,泵站的覆盖率为83.28%,共有29个易内涝点。通过研究黄浦江的水文资料和虹口区的降水资料,确定了虹口区的月降水量年内为先增后减的变化规律,最高可达到382.1mm。降水量的分布情况是汛期多冬季少,汛期月降水量基本处于100mm以上,总量最高可以达到967.7mm,占全年的67.33%。通过降水量季节性变化对比发现,除了二月份和三月份,虹口区的月降水量都是呈现增加的趋势,递增速率达到28.2mm/10a。黄浦江水位在枯水期一般处于2m或以下的水平,汛期均处于4m以上,年内变化规律为先增后减。通过研究建立内涝点的面积、数量和水深在不同水位下随降水量的变化规律表明,内涝点随降水量的增加而先增加后减小,最高达到29个,呈现下降速度小于上升速度的规律;内涝面积的变化速度符合先增大后减小的规律,在水位处于4.20m时,单次降水量达到130mm,内涝面积最大为180250m2;在典型区域,内涝水深的增速为“两头小,中间高的趋势;高水位下,内涝面积的增速完全符合先增后减的规律,最高增速达到91.1m2/mm(内涝面积/降水量)。研究中分析了降雨前河流安全水位控制、降雨径流分析和河网水动学模型三种方法,分别计算排涝规模为26.98m3/s、27.35m3/s和30m3/s,确定设计排涝规模为30m3/s。基于河网水动学模型,确立水资源调度方案:虹口港泵闸的泵站引水流量为15m3/s时,虹口港水系的换水能力将明显改善,最大引水流量可达22.86m3/s,同时水质改善效果也较显著,各项水质指标均可改善超过60%。最终,确定引水规模为15m3/s。在汇流区域中,以冲刷浓度模型为研究方法,得出了交通区的污染物浓度要明显高于其他区域;降雨强度是影响初始冲刷效应的主要因素的规律。雨水管沿河出水口的水质为:BOD5=7.08mg/L,NH3-N=2.34mg/L,DO=2.18mg/L,CODcr=33.29mg/L;在引水调度计算时,利用河网水质学模型,确立黄浦江的引水水质为:BOD5=7.20mg/L,NH3-N=2.82mg/L,DO=2.70mg/L,CODcr=34.00mg/L。同时,在工程实践中提出虹口港区泵闸的工程采用“泵+闸的不对称布置形式,泵型选用3台单机10m3/s的1800QGS10-3.25型潜水贯流泵,其中两台为双向,一台为单向,总设计流量30m3/s,泵站引水净扬程为0.21m,排涝净扬程为0.98m。工程推荐方案总投资为51789.96万元。工程的年材料、燃料及动力费、工资及福利费、管理及维修养护费等工程年运行费总计为464万元。本工程的建设改善了城市的防洪排涝的压力,提高了水环境质量,促进了地区经济的发展。其多年经济效益总现值为79955.76万元(折算到基准期2011年初);多年平均年经济效益为1599.12万元,大于多年平均年费用现值。研究成果可应用于城市内涝的成因分析以及工程控制,为保证城区防洪排涝能力、改善水环境提供了技术支撑。该研究以虹口区为研究对象,其成果可为上海市洪涝成因分析与工程治理提供借鉴,不仅为深入研究内涝积水的形成机理奠定了基础,而且对促进了城市合理地建设发展提供工程技术支撑。
同方学位论文库