【给排水精品案例】第十期：看历史文化街区之鼓浪屿怎么做海绵城市？

本文以厦门市鼓浪屿历史文化街区为例，结合其独特的地理环境及历史文化街区保护的特殊性，剖析城市水安全问题，采用排水模型方法对常规雨水及超常规内涝防治系统进行评估并提出改造措施，构建基于海绵城市的历史文化街区水安全体系。

       研究范围：

本文研究范围为厦门市鼓浪屿，位于厦门岛西南侧，面积1.87 km²。

鼓浪屿的城市肌理主要分3个阶段形成（见图1）。第1阶段是1902年鼓浪屿沦为公共租界，建设的范围主要局限在距东部轮渡码头不远的龙头路片区，西方列强为其建筑任意选址，道路及其他市政设施依需要建设，以将主要公共设施连接起来为目标，形成了最初结构不清晰、线型蜿蜒曲折的道路骨架。

第3阶段为1935年，鼓浪屿的城市建设已基本成型，空间肌理随地形变化呈现出不同的特点，且基本保留至今。山上建筑呈分散点式分布，基本上是沿等高线布局；山下地势平坦处则分片布局形成巷道空间；由山上至山下建筑又形成垂直于等高线的线性排列，因此形成有地势变化的巷道空间。

鼓浪屿的街道也主要是形成于20世纪30年代公共租界时期。鼓浪屿街巷空间系统以步行尺度为主，道路红线宽度基本在4~6 m。

鼓浪屿岛上现有历史风貌建筑390多座，由于建筑多数是砖木或砖混结构，通常其使用寿命为50年左右，目前历史风貌建筑的总体质量不容乐观。

鼓浪屿现状排水管道系统多数建于20世纪30年代至60年代，现状排水体制为截流式合流制，排水管道多为合流制排水管沟，存在易淤积、排水能力不足等问题，特别是每年台风暴雨或遇上天文大潮，部分地段如龙头路、鹿礁路更是由于地势低洼，常常发生海水倒灌甚至有一定深度的内涝，严重影响居民游客的正常出行安全。同时鼓浪屿现状道路基本为2～6 m宽，道路上管位多被其他管线占据，大规模实施改造难以实现，历次整改仅进行局部改造，水安全问题仍突出。

本次鼓浪屿历史文化街区水安全体系构建的整体思路，重点在于结合鼓浪屿历史文化街区的街巷空间狭窄，城市肌理蜿蜒紧凑及风貌建筑需要保护的特性，通过建立鼓浪屿全岛的排水模型，对常规雨水及超常规内涝防治系统进行评估提升，对鼓浪屿排水系统进行全面的梳理，提出街区最优的改造策略，解决历史文化街区城市内涝的水安全问题。

本次主要采用英国InfoWorks ICM排水模型软件，综合鼓浪屿历史文化街区的雨水排涝设施、本地暴雨特征、海潮影响、城市用地分布等信息，对现状排水系统进行评估，识别易涝风险区域，诊断系统的局限性及洪涝成因，并根据规划目标改造现有的排水管网系统，对排涝骨干工程的不同规划方案进行评估，选择最优设计方案，力求通过局部关键节点的改造来提升系统规模，避免大拆大建，降低影响，并制定相应管理措施，构建海绵城市排水体系。其评估流程见图4。

模块组合：

ICM排水模型包括产流及汇流模块。

本规划区透水下垫面如林地、绿地等降雨产流采用Horton下渗法模拟；不透水下垫面如道路、屋顶等降雨产流采用固定径流系数法。汇流模型采用SWMM非线性水库法模拟产流模型中划分的若干个透水和不透水子集水区的地面汇流过程。具体参数如表1所示。

地表产汇流进入雨水管网系统后，在雨水管网中的流动状态更为复杂，通常采用圣维南方程组通过动力波法进行全解，动态模拟重力流、压力流和逆向流等。

在边界条件的选取上，根据国家海洋局厦门分局对43年实测资料的统计分析结果，在日常降雨下，选定多年平均潮位过程线（最高2.44 m）作为城市雨水管渠系统评估的边界条件。

降雨遭遇风暴潮或天文大潮的极端情况时，选定2年一遇潮位过程线（最高3.91 m）作为超标雨水径流排放系统评估的边界条件，见图5。同时降雨过程线及潮位过程线采用最不利组合，即潮位峰值与设计降雨的峰值拟合为同一时刻。

根据厦门市2008年管网普查数据及后续的施工图和现场踏勘，通过拓扑结构分析和检查后，建立鼓浪屿历史文化街区的排水管网模型网络，共2 003个检查井节点、1 992条管道、1 807个子集水区。

地面数字高程模型是采用该片区1∶2 000 DEM数字高程模型导入ICM排水模型软件中，通过ArcGIS地形分析，在掌握“地有高低”的基础上判断“流有缓急”，从而精确预测雨水径流在地面上的流向。

（1）情景1：现状评估。

（2）情景2：雨水管渠系统提升评估。

（3）情景3：内涝防治系统提升评估。

从上述模型评估结果来看，在多年平均潮位2.44 m边界条件下，现状城市雨水管渠系统基本满足1～2年雨水重现期标准。东部管网系统基本建成，排水条件较好；南部和北部部分区域市政管线未建设，存在较大积水风险。在1年一遇设计降雨下，内厝澳、龙头路片区陆续出现明显积水，在5年一遇设计降雨下，积水点明显增多，积水深度也有所加深。积水点与历史调查积水情况基本吻合。

在多年平均潮位3.91 m边界条件下，现状内涝防治系统由于海潮顶托作用明显，积水点明显增多，积水深度也有所加深。由于整个排水系统没有对超标雨水径流进行合理规划，在重现期标准逐渐提高的情况下，积水点不断扩大，在50年一遇设计降雨下，局部地势低洼地区大面积受淹，局部积水深度超过40 cm。

通过现状雨水管渠系统的评估，分析鼓浪屿现状排水能力达不到1年一遇的设计标准，主要原因有：①管道标高错接；②局部管道大管接小管，存在水力瓶颈；③部分管道逆坡，下游出口能力不足；④管径小，管道维护难，淤积严重，排水能力下降。

因此在雨水管渠系统提升上，首先对现状错接及存在局部水力瓶颈的雨水管道进行改造，其次，对于雨水管道下游出现超负荷的管道，采取增大管径或新建出水口的方式进行改造。通过本次改造，鼓浪屿雨水管渠系统基本满足5年一遇地面不产生明显积水。具体评估结果见图8。

内涝防治系统提升评估：

鼓浪屿历史文化街区内涝现象的发生，除了极端气候、防潮等因素外，造成鼓浪屿局部区域短时间产生严重内涝的原因主要是：

（1）行泄通道建设年限较早、设防标准不足。

（2）部分片区地势低洼，易受海潮顶托。

因此，针对内涝防治系统构建存在的两大体系问题，本文分别提出相应的对策。

（1）构建城市超标雨水径流行泄通道。

优先采用地表径流通道进行转输径流，但由于鼓浪屿现有的地形地貌基本以保护、保留为主，另外部分历史风貌建筑位于自然的地面行泄通道路径上，因此有必要辅以工程性措施对超标雨水进行有效的转输和组织，对排涝能力不足的通道进行提升改造。见图9、表2。

（2）规划雨水调蓄设施。

考虑到龙头片区地势低洼，易受海潮顶托。规划在龙头路街心公园设置雨水调蓄池，调蓄池占地面积2800 m2，有效水深2 m，采用地下式结构，在外海高潮位时，龙头路片区低区雨水进入调蓄池调蓄，当外海水位降低时，再排入大海；街心公园绿化带设计成“下沉式绿地”，并取消周边侧石，增加道路绿化带蓄水下渗能力,见图10。

通过上述系统提升改造，鼓浪屿超标雨水径流排放系统可基本满足50年一遇地面积水不超过15cm。具体评估结果见图11。

在对鼓浪屿历史文化街区保护的认知下，采用排水模型来评估改造海绵城市雨水管渠排放系统和超标雨水径流排放系统，共改造管线8038 m，占鼓浪屿现状管线长度30%，尽可能地保护历史文化街区，减少改造的工程量，构建安全的历史文化街区海绵城市体系。