高密度建成区内涝治理案例——香港跑马地地下蓄洪计划
城市内涝造成的影响和危害，暴露了我国在城市化水平不断提高、城市规模不断扩大的状况下，市政基础设施建设与安全保障不相适应的矛盾。香港作为一个高密度开发城市，同样面临过城市内涝问题，并通过一系列的技术措施进行针对性的解决，其经验对国内现在面临内涝困境的诸多城市具有参考意义。本文根据渠务署网站、论文等资料对香港跑马地地下蓄洪计划进行案例分析。
1 项目背景
在2000年8月、2006年4月和2008年6月的特大暴雨期间，跑马地与其邻近区域，包括成和道、黄泥涌道、摩利臣山道、立德里、跑马地马场和跑马地游乐场，均曾发生严重内涝。在这些交通繁忙和人口稠密的地区，如使用传统方案进行内涝治理，则需对地下排水管网进行大规模改造，涉及大量对公众及商业活动造成影响的掘路工程，密集的地下已建管网等设施也会影响传统方案的实施可行性。
因此, 经香港特别行政区渠务署研究分析，制定了减低湾仔区内涝风险的三大策略：
上游截流: 港岛西雨水隧道;
中游蓄洪: 跑马地游乐场地下蓄洪池;
下游疏浚: 下游集水区改善工程。
跑马地地下蓄洪池作为该片区内涝治理的关键环节之一，渠务署于2012年开展该工程，地下蓄洪池可于特大暴雨期间暂存从该游乐场和上游集水区所收集的部分雨水，减低流经下游雨水排放系统的流量。暴雨过后，暂存在蓄洪池内雨水便会通过自然回流及水泵经下游雨水排放系统顺势而下排出大海，大大减低湾仔及跑马地低洼地区的内涝风险。本工程分两期进行，分别于2015年及2017年投入运作。
2 方案整体设计思路
建于跑马地游乐场底下的蓄洪池，容量为6万立方米，相等于24个标准游泳池的地下蓄洪池、长约650米的箱形暗渠，以及一个抽水量达每秒1.5立方米的雨水泵房。跑马地游乐场是区域最低点，是推行地下蓄洪计划的理想地点。工程完成后，可抵御50年一遇的暴雨。
工程的原设计方案是要将工字桩打入基岩作为地基以对抗浮力，但此设计所需成本较高，香港渠务署优化了工程设计，将蓄水池放在筏式地基上，以截水墙围绕整个蓄水池，减低整个结构在地下水位高涨时的浮力。蓄水池池底铺设完善的排水系统，以200mm管道收集地下水及已灌溉用水到原水缸作短暂储存，加上由集水区收集的雨水，三种原水处理后会暂存于另一水池，作冲厕及灌溉用途。
3 项目特点
1、模型支持：率先采用先进的水力数学模型技术，以一维和二维的水力数学模型，仿真排水管道网络和地面径流，再用三维CFD模型，分析特定结构的水力性能，达至更精确的防洪工程设计。
2、浅池设计：溢流堰于暴雨过后随下游暗渠水位下降而降低，将蓄洪池内逾三分之二的雨水经溢流堰顺势排走，其余则由水泵抽走，与传统设计需全由水泵抽走比较，能大大减省耗电量。
3、智能控制：首个结合可调式溢流堰及数据采集与监控系统的工程项目，溢流堰会按水位传感器自动调节高度并将雨水引入蓄洪池，控制下游流量，以达致防洪效果并提供再生水稳定的水源。
4、三水收集：全方位利用水资源实现持续发展。收集以下“三水”：
通过此“三水合一” 的水资源概念使每一滴水都能够充分利用,收集到的雨水及地下水会用于灌溉足球场，以及供水予附近公共洗手间的冲厕系统，做到防洪也环保，符合世界潮流。
4 工程方案
本项目的目标是在50年一遇的强暴雨期间，为跑马地集水区提供洪水衰减服务。主要组成部分有:进水口、双室导流箱涵、溢流堰系统、地下调蓄池和泵房。
上游集水区的径流会在新月花园的入口结构汇合，然后再往下游排放。现有的箱形暗渠将会加以改造，而径流将会通过新建的约630米长的分流双室箱形暗渠传送。入口处进行CFD优化设计将进水以稳定流动进入导流双室箱涵。稳定的水流对于避免过量的径流通过溢流堰系统流入调蓄池至关重要。
1、低流量工况下，收集的雨水会沿导流双室箱涵输送到下游的排水系统，而不进入地下调蓄池。
2、在暴雨期间，引水箱涵的过量径流将通过“活动”溢流堰系统进入调蓄池。根据调蓄池上下游排水系统的流量深度、调蓄池的水位及维多利亚港的潮位实时监测数据，自动调整洪峰水位，使调蓄池能在最佳时间注满水。
3、暴雨发生后，将采用泵抽及重力排水的方法排空调蓄池。
地下调蓄池容量60000立方米，规划面积20000平方米。配套泵站的设计抽水速率为1.5立方米/秒。建成后，预计湾仔及跑马地地区的内涝风险将会减低，市民可免受内涝造成的经济损失和干扰。在该建筑完成后，该建筑区内的美化设施将予保留，供公众使用。
5 水力模型技术
近年来，许多排水工程都采用了数值模拟分析方法。通过水力模型，能在各种设定情景下，模拟地表产流汇流规律、排水管网运行特征、地表积水状况等，分析城市内涝防治系统的运行规律，为管网排水能力评估、内涝风险评估和规划方案校核等任务提供重要的技术手段。
香港跑马地地下蓄洪计划中使用了一维管网、二维地形以及三维CFD进行模型评估，这是香港首次采用综合一维、二维及三维水力学模型技术设计新的排水系统。
1、地形：为了准确进行内涝评估，需要规划区域的高精度地形数据。采用了利用机载光探测及测距(LiDAR)在全港范围内（对比下国内数据精度）进行的地形测量数据。然后将地形数据与地下雨水整合，形成跑马地地区的一维、二维水力模型。
2、模型校正及率定：跑马地集水区面积约3.6公里。在评估分析收集的数据后，进行了详细的实地调查和流量调查，以校正及率定模型。主要调查了以下内容：
CCTV检查：评估排水系统的结构和使用状况，确认系统内部的连接状况；
检查井检查：补充部分模型参数；
地形测量：获取排水管渠/天然溪流的高程信息，并验证激光雷达数据的准确性；
安全检查：检查是否存在设施交叉和其他侵入风险；
流量监测：记录降雨期间的流量数据，以验证和校准水力模型。
3、基于CFD评估水工结构：渠务署采用的三维计算流体力学(CFD)对设计方案进行优化。使用CFD的优点是建立CFD模型所需的时间和后续对CFD模型的更改比使用传统的物理模型要少。CFD模型可以通过计算机快速建立，CFD模型的任何部分的仿真结果都可以详细查看，并以任何理想的方式呈现。通过对计算机程序的校准和验证，提高了CFD模型的可靠性。
本项目基于CFD模型对进水口结构的流场收敛设计、导流箱涵的流型以及侧溢流堰的流场特性进行了优化。通过CFD仿真，将这些具有水力复杂性的水工结构的特性转化为等效设计参数，并重新输入到一维模型中，提供更准确的分析结果。
这是香港首次采用综合一维、二维及三维水力学模型技术设计新的排水系统。为了验证整个水力模型的准确性，将包括2008年6月7日在内的历史暴雨事件的降雨数据输入模型，并将模拟结果与现场观测的实际洪水情况进行比较。仿真结果与观测结果吻合较好。
6 环境友好及可持续设计
1、浅池节能设计
尺寸是调蓄池设计的重点，传统的设计方案往往采用较深的水深和较小的规划面积，因为它将占用更小的用地面积，并在施工过程中降低对公众的干扰。但在本项目中，采用了浅池节能设计，一个较浅的调蓄池将允许较高的储水部分通过自动活动顶板堰通过重力排出。最终设计下超过三分之二的储存雨水可以通过重力排出，其余的将通过抽水排出。调蓄池的深度亦减至最低，以便采用较低的水泵扬程和流程，进一步节省能源消耗。
2、考虑气候变化
气候变化最近已经成为设计考虑的关键问题之一。在极端事件发生时产生了更高的可变性，这增加了许多传统基于概率的防洪指南的不确定性，从而增加了城市地区的脆弱性。在这种情况下，有必要考虑气候变化等因素，提高城市韧性。
本项目首次在香港的排水设计中，将未来20年每年水位上升3毫米作为下游边界条件。除了设计，采用自动可移动坝顶堰系统也可以用于应对气候变化的考虑。
由于本项目投入使用后，海平面变化的变动性更大，使用可移动的顶板堰将消除未来土建工程修改的需要。可通过编程控制堰的运行，将堰顶调整到略高的水平，以避免由于每年的潮位上升而过早地溢出到调蓄池中。
3、平衡公共利益
在本项目建设期间和建成后，如何平衡充分的防洪需求和环境保护、绿化等公众利益是一个巨大的挑战。在项目的规划设计阶段，多次进行公众咨询，收集附近居民和其他有关方面的意见和意见。这些咨询确保市民的需要和关注得到妥善处理。
地下贮水池、泵房及其他相关排水工程将影响本地区11个体育场地中的6个，体育场地的关闭是不可避免的，可能会给市民使用文体设施带来不便。因此，本项目在规划球场关闭安排的早期阶段，就与康乐及文化事务署(康文署)体育协会等部门进行了联络沟通。然后将项目进行分两期建设，以便在同一时间关闭不超过3个球场，从而尽量减少对使用者的干扰。由于整个调蓄池将建在地下，泵房和其他相关公用设施的设计尽量埋在地下，因此项目完成后不会减少供公众方便使用的面积。
上层建筑高度会受到严格限制，不会对香港赛马会大看台的视野造成影响。此外，兴建期间的交通安排，包括进出铁路交汇处的运输，以及对周围黄泥涌道的交通影响，亦备受市民关注。为保持赛马会马场地下现有唯一车辆通道的容量，兴建了条新的地下建筑物料输送隧道，连接工地与位于黄泥涌道外的全封闭通道，以便在施工期间运送物料。使用这条运输隧道及全封闭的通道，亦可减低噪音、尘埃及其他对市民的滋扰。虽然交通影响评估的结论是建筑工程对交通的影响微乎其微，但亦会进一步严格限制建筑车辆在繁忙时间使用黄泥涌道，以进一步减少可能对公众造成的交通影响。
4、市政设施美化
除了地下雨水蓄水池外，该项目还包括两个地上附属设施，一个泵房和一个风扇房。这些配套设施位于跑马地游乐场内，周围环绕着运动场和绿地。这些设施的设计融入了绿色元素，为公众提供了一个“绿色生活”环境。
为了将泵房伪装到周围环境中，采用了“洞顶绿树∙草坪”的设计理念。泵房掩映在绿色柔软的草坪下，从地面到泵房顶部有一个缓坡。这条无障碍缓坡可轻松通往屋顶休息区，欢迎大家坐下来，以独特的视角欣赏足球比赛和跑马地的壮丽景色。绿色毯子还可以作为泵房的良好绝热体，降低泵房内的温度。泵房的垂直立面用木包层装饰，以进一步增强其自然特征。
泵房的概念在圆形风扇室及其相邻的足球场后挡板中得到进一步发展，通过用窗帘般的背景包裹木装饰的风扇室。除了在风扇房的立面上提供木材覆层外，垂直绿化结合了上爬和下爬的组合，包括多叶爬山虎 (Parthenocissus dalzielii)、匍匐无花果 (Ficus pumila) 和金银花 (Lonicera periclymenum) , 被引入，为风扇房创造了一个自然的外观。
这种设计将原本坚硬的人造配套设施改造成了自然愉悦的景观。这些绿色元素不仅掩盖了周围的泵房和风扇房，还通过提供休闲区供公众享受来增强公共连通性。该设计获得了 BEAM Plus 新建筑的最终白金评级。
7 建成效果
本项目于2012年9月开工，2017年全部建成，工程总值约10亿7,000万开工港元，2014年获得绿色建筑铂金级认证。蓄洪池分两期进行。一期工程于2015年3月完工，并于已经在暴雨中发挥功能，令跑马地游乐场及马场免受内涝威胁。
