1、摘要：本文對我國城市大小排水系統(tǒng)的構(gòu)成與規(guī)劃進行了研究，根據(jù)分析結(jié)果，提出我國城市內(nèi)澇綜合防治的設(shè)計。我國城市小排水系統(tǒng)組成通常包括調(diào)節(jié)池、雨水管渠、排水泵站等傳統(tǒng)設(shè)施等；大排水系統(tǒng)組成通常包括地下大型排放設(shè)施、地表通道、調(diào)蓄設(shè)施、地面的安全泛洪區(qū)域等。在城市規(guī)劃時，必須根據(jù)當?shù)氐匦蔚孛埠退臈l件，借助GIS系統(tǒng)和模型，評估不同條件下降雨洪澇，確定洪澇風(fēng)險嚴重的區(qū)域，并提出內(nèi)澇綜合防治設(shè)計，包括構(gòu)建滲蓄排治用一體化的綜合排澇系統(tǒng)、創(chuàng)新設(shè)計方法、排澇水量標準的提升、排澇水質(zhì)標準的控制。最后選擇山西某縣區(qū)位及排水特征為案例，簡要對其大小排水系統(tǒng)的構(gòu)成、規(guī)劃設(shè)計、內(nèi)澇綜合防治的要點和效果進行了分析。

2、關(guān)鍵詞：排水系統(tǒng)；內(nèi)澇；規(guī)劃設(shè)計；防治設(shè)計；給排水中圖分類號：TU992 文獻標識碼：B The Design and Planning of Urban Drainage System and Comprehensive Prevention and Control of Waterlogging in ChinaAbstract: In this paper, the composition and planning of urban drainage system in China are studied. According to the analysis results, the d

3、esign of comprehensive prevention and control of urban waterlogging in China is put forward. Our country city small drainage system which usually includes regulation pool, rainwater drainage pipe, the drainage pumping station and other traditional facilities; large drainage system composed of large

4、underground facilities, usually including the surface discharge channel, storage facilities, ground safe flood area etc. In city planning, must according to the local topography and hydrological conditions, using GIS system and evaluation model, under different conditions of rainfall and flood, dete

5、rmine the flood risk serious area, and put forward the comprehensive prevention of waterlogging control design, including the construction of comprehensive treatment with infiltration row and drainage system, the integration of innovative design methods, to enhance the drainage water quantity standa

6、rd and drainage water quality standards. The final choice of Shanxi County location and drainage features as an example, briefly the size of drainage system structure, planning and design, comprehensive prevention and control of waterlogging points and effect analysis.Key words: drainage system; wat

7、erlogging; planning and design; control design; water supply and drainage1引言 近年來，河道行泄能力因城市建設(shè)占用行泄通道而持續(xù)降低，導(dǎo)致雨水調(diào)蓄能力不斷減弱，嚴重破壞了水循環(huán)系統(tǒng)，使地表徑流也發(fā)生了一定的改變1-3。另外，由于原有管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計標準偏低、氣候變化、城市規(guī)劃建設(shè)機制不協(xié)調(diào)等原因，城市積水嚴重、內(nèi)澇頻發(fā)，使得交通癱瘓，造成慘重的損失，極大的影響了生產(chǎn)和生活的正常運轉(zhuǎn)4。在2016年的內(nèi)澇統(tǒng)計事件中，比較突出的城市有重慶、廣州、南昌、北京等地，由于暴雨后積水嚴重，導(dǎo)致發(fā)生內(nèi)澇，造成交通癱瘓。城市內(nèi)澇防治工程非常

8、復(fù)雜，涉及的管理部門也比較復(fù)雜6-8。 與傳統(tǒng)排水規(guī)劃相比，城市排水防澇綜合規(guī)劃可將原有的內(nèi)澇、排水風(fēng)險評估提高，同時也能提高小排水系統(tǒng)、大排水系統(tǒng)、低影響的開發(fā)新方法、理念和技術(shù)，提出控制徑流污染的要求9。在一定程度上，這些新技術(shù)、理念、要求加大了綜合規(guī)劃的難度。而且，由于相關(guān)規(guī)范標準比較滯后，部分城市缺乏長期積累的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和工程實踐經(jīng)驗等原因，增加了規(guī)劃編制的困難，對規(guī)劃質(zhì)量造成影響10。本文對我國城市大小排水系統(tǒng)的構(gòu)成與規(guī)劃進行了研究，根據(jù)分析結(jié)果，提出我國城市內(nèi)澇綜合防治的設(shè)計。2 大小排水組成分析2.1 小排水組成分析小排水系統(tǒng)通常指的是傳統(tǒng)的管道排水系統(tǒng)，主要設(shè)施由雨水管渠、調(diào)節(jié)池

9、、排水泵站等，小排水系統(tǒng)主要排放重現(xiàn)期為1-10年范圍暴雨。在內(nèi)澇控制系統(tǒng)中，小排水系統(tǒng)實質(zhì)上本身就是其主要組成部分。近年來，內(nèi)澇控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用和重視。在小排水系統(tǒng)中，結(jié)合LID等源頭的控制措施越來越多的被用到，有時甚至可替代源頭。英國建筑行業(yè)將SUDS中的源頭控制措施劃分到小排水系統(tǒng)中。小排水系統(tǒng)目前仍存在一些關(guān)鍵問題需要解決。在不同國家，規(guī)定的傳統(tǒng)雨水管道設(shè)計標準的存在一定差異，如在美國ASCE雨水系統(tǒng)設(shè)計標準中，根據(jù)用地類型的不同，對于設(shè)計重現(xiàn)期來說，規(guī)定小排水系統(tǒng)為2-10年；我國的GB 50014-2006室外排水設(shè)計規(guī)范要求，特別重要地區(qū)通常為10年以上，重要地區(qū)通常為為3-

10、5年，一般地區(qū)的設(shè)計重現(xiàn)期通常為1-3年。在進行不同國家排水管道設(shè)計標準的比較時，對于城市暴雨強度公式而言，歐美國家多采用年最大值法，我國普遍采用年多個樣法。2.2 大排水組成分析大排水系統(tǒng)的組成包括蓄水部分和排水部分，其中地下大型排放設(shè)施、地表通道、調(diào)蓄設(shè)施、地面的安全泛洪區(qū)域等為蓄水和排水的主要組成部分，圖1為大排水系統(tǒng)組成。該套蓄排系統(tǒng)的目的主要為了預(yù)防出現(xiàn)極端天氣特大暴雨或暴雨時，應(yīng)對超過小排水系統(tǒng)設(shè)計標準的超標狀況。排水主要是指具備排水功能的開放溝渠、道路等地表徑流通道；蓄水主要是指深層調(diào)蓄隧道、大型調(diào)蓄池、天然水體等調(diào)蓄設(shè)施、地面多功能調(diào)蓄等。圖1 大排水系統(tǒng)組成Fig1 Comp

11、osition of the drainage system在措施本質(zhì)上，小排水系統(tǒng)和大排水系統(tǒng)區(qū)別不大，兩者的主要區(qū)別是設(shè)計標準、具體形式、針對目標有所差異，圖2為大排水系統(tǒng)與小排水系統(tǒng)的關(guān)系。小排水系統(tǒng)和大排水系統(tǒng)形成一個整體，兩者存在相互作用和銜接，具有較高的排水防澇標準，發(fā)達國家的校核通常按100年一遇的暴雨進行。圖2 大排水系統(tǒng)與小排水系統(tǒng)的關(guān)系Fig 2 Relationship between large drainage system and small drainage system對于大排水系統(tǒng)而言，當?shù)乇韽搅魍ǖ朗枪こ處熖匾庠O(shè)計時，將其稱作設(shè)計通道；當?shù)乇韽搅魍ǖ朗且虻匦?/p>

12、條件自然形成時，將其稱作非設(shè)計通道或默認通道。對于設(shè)計通道而言，為確保地表通道排水能安全利用，要規(guī)定徑流的深度和流速。為減小對交通的影響，英國規(guī)定的地表排水徑流深度比0.2 m要??；同時規(guī)定徑流流速和深度的乘積比0.5 m2/s要小，這主要是為了保證行人的安全。為確保非設(shè)計通道安全，校核也應(yīng)按標準進行，圖3為城市內(nèi)澇災(zāi)害。圖 3 城市內(nèi)澇災(zāi)害Fig 3Urban waterlogging disasters3 城市大小排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計對于城市大小排水系統(tǒng)的規(guī)劃，根據(jù)傳統(tǒng)開發(fā)土地的模式，在前期規(guī)劃過程中，若未考慮利用和保護自然條件，未進行風(fēng)險評估，這會破壞原有地貌、水系、行洪通道、植被和滯蓄洪區(qū)

13、等，這樣發(fā)生洪澇的風(fēng)險、防治難度就增加了。在城市規(guī)劃時，必須根據(jù)當?shù)氐匦蔚孛埠退臈l件，借助GIS系統(tǒng)和模型，評估不同條件下降雨洪澇，確定洪澇風(fēng)險嚴重的區(qū)域，在洪澇風(fēng)險較小區(qū)域進行開發(fā)，保留主要的蓄滯洪區(qū)和徑流通道，在規(guī)劃設(shè)計大排水系統(tǒng)時，提供實施所需的基礎(chǔ)和依據(jù)，在進行城市內(nèi)部小排水系統(tǒng)的設(shè)計時，要與大排水系統(tǒng)等措施相結(jié)合，提高城市防洪澇的整體標準。對于當前已建的大量城區(qū)，應(yīng)對其河湖水系受納能力、排水設(shè)施、地表滯蓄、排水能力、徑流途徑、洪澇泛濫區(qū)域和嚴重程度等進行科學(xué)分析，給小排水系統(tǒng)的提標改造和大排水系統(tǒng)的構(gòu)建和決策提供依據(jù)。 城市排水體系主要包括陸域和水系兩部分，其中城市澇水出路和排水出

14、路由河道水系提供，該出路是保證大區(qū)域、長歷時、高重現(xiàn)期暴雨情況下，接納和排除陸域防澇系統(tǒng)及城市管網(wǎng)排放的雨水。對于城市內(nèi)澇防治而言，不能就就管道論管道，排水論排水，內(nèi)澇防治不是孤立的。城市排水系統(tǒng)包括連接所有溝渠、雨水口、地下管線管網(wǎng)、洼地、泵站系統(tǒng)，保證1-5年的低重現(xiàn)期是其主要功能。通過城市防澇系統(tǒng)，可將超過排水管網(wǎng)能力的10-50年的高重現(xiàn)期蓄存或排除。通過將兩個系統(tǒng)進行結(jié)合，可快速暴雨徑流進行收集和轉(zhuǎn)輸，確證城市不發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害。圖4為城市排水防澇規(guī)劃設(shè)計流程圖，在傳統(tǒng)的排水管網(wǎng)、河道水系基礎(chǔ)上，增加低影響開發(fā)系統(tǒng)、地塊漫流系統(tǒng)、澇水泄流系統(tǒng)、地表滯蓄系統(tǒng)、地下調(diào)蓄池系統(tǒng)、大口徑地下管涵

15、系統(tǒng)等，對高重現(xiàn)期降雨事件進行共同應(yīng)對。圖4城市排水防澇規(guī)劃設(shè)計流程Fig 4City drainage planning and design process4實例分析某縣區(qū)位排水特征山西某縣位于該省中西部，境內(nèi)主要的河流有惠濟河、柳根河、青沙河和護城河，具有良好的排水防澇條件。為充分發(fā)揮水系資源優(yōu)勢，減少主干排水管渠和泵站的建設(shè)規(guī)模，利用調(diào)蓄設(shè)施進行調(diào)蓄。該縣年降水量為440mm，雨水管區(qū)覆蓋率為84%。該老城區(qū)為合流管，管網(wǎng)覆蓋率為69%。4.2 徑流控制體系內(nèi)澇防治體系的重要組成部分是徑流控制體系，這就顛覆了傳統(tǒng)排水系統(tǒng)以排為主的控制策略，轉(zhuǎn)化為排、蓄、滲的現(xiàn)代排水系統(tǒng)。在老城區(qū)，對屋

16、面雨水進行集蓄利用，屋面雨水在經(jīng)收集后，地下水的補充通過回灌、滲透等措施實現(xiàn)。對道路進行LID化改造，改造積水路段。以現(xiàn)有道路斷面形式、路面坡向、周邊空間條件為基礎(chǔ)，進行道路LID化設(shè)計和改造，通過滲水盲管和溢流井，超量雨水和下滲雨水排入市政雨水管線。4.3 小排水系統(tǒng)傳統(tǒng)管道系統(tǒng)為小排水系統(tǒng)，本案例的小排水系統(tǒng)不是將管網(wǎng)重現(xiàn)期盲目的提高，而是控制徑流系數(shù)，評估排水管網(wǎng)重現(xiàn)期，確保管網(wǎng)可達到2年-3年的重現(xiàn)期。在規(guī)劃區(qū)內(nèi)，其地形平坦。在豎向，確保規(guī)劃道路一定排水坡度，盡量避免凹點。建設(shè)中不要隨意削減和填埋現(xiàn)狀水面和坑洼地，防止內(nèi)澇發(fā)生。雨水出水口的標高要比河道多年平均水位高，確保順利排出雨水。

17、4.4 大排水系統(tǒng)的分區(qū)規(guī)劃區(qū)地形圖采用Arc GIS軟件進行處理，完成地表水文模型的建立，通過Arc GIS分析規(guī)劃區(qū)的盆域。得出結(jié)論是青沙河、柳根河、惠濟河為自然澇水行泄通道，給城市排澇水提提供自然渠道；需增加護城河水系和局部區(qū)域的排澇通道。4.4.2 澇水行泄通道將模擬的徑流路徑與實際場地真實徑流進行對比，模擬圖中存在徑流線路，現(xiàn)有場地卻未能形成真實徑流，這表明可能存在內(nèi)澇。通過規(guī)劃開挖渠道防治內(nèi)澇。在青沙河西部區(qū)域，當雨水超過管網(wǎng)設(shè)計標準時，將匯流于最西側(cè)道路，因此遠期規(guī)劃為建設(shè)排澇暗渠。在柳根河北部區(qū)域，地形復(fù)雜，在雨水超出管網(wǎng)標準時將在中部道路進行匯流，此路段需要預(yù)留澇水行泄通道。

18、在惠濟河南部當雨水超標時無處排放，次路段需要建設(shè)暗渠，同時對此道路進行改造，使其成為澇水行泄通道。5 內(nèi)澇綜合防治設(shè)計雨水調(diào)蓄設(shè)施.1 構(gòu)建綜合排澇系統(tǒng)國內(nèi)外關(guān)于城市排澇新興理念較多，如美國的綠色基礎(chǔ)設(shè)施、低影響開發(fā)模式，澳大利亞的水敏感性城市設(shè)計、英國的可持續(xù)排水系統(tǒng)等，國內(nèi)有代表性是車伍提出利用體系與綜合模式控制雨水。城市排澇系統(tǒng)要考慮內(nèi)澇防治、雨水徑流污染控制、雨水資源利用等，采用滲、蓄、排、治于一體構(gòu)建綜合排澇系統(tǒng)，全面解決城市排澇面臨的水澇等問題。城市綜合排澇系統(tǒng)由城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)、常規(guī)排水管網(wǎng)系統(tǒng)、雨水促滲系統(tǒng)、徑流污染治理系統(tǒng)組成，綜合排澇設(shè)施包括排水管網(wǎng)、提升泵站、下滲功能的低

19、勢綠地、植草溝、明渠、深隧、排水、雨水塘、濕地等，城市綜合排澇系統(tǒng)見圖5。圖5 城市綜合排澇系統(tǒng)Fig5Integrated urban drainage system5.1.2 創(chuàng)新設(shè)計方法根據(jù)國內(nèi)外實踐，對于計算機模擬技術(shù)要大力進行推廣。排澇系統(tǒng)設(shè)計的排水模型是一種有效輔助手段，能有效彌補現(xiàn)有推理公式法的不足。排水模型可對連續(xù)降雨產(chǎn)生的暴雨徑流進行動態(tài)模擬，可解決城市排水的水質(zhì)、水量問題；可對城市水文循環(huán)進行仿真模擬，從而可預(yù)判城市漬水區(qū)域，實現(xiàn)城市漬澇在線分析、實時監(jiān)控。5.2提升排澇水量標準在發(fā)達國家，暴雨重現(xiàn)期一般標準是2-5年，如在美國居住區(qū)，暴雨重現(xiàn)期通常為10年；同時對于城區(qū)內(nèi)

20、澇，有明確的防治標準。我國為在排澇標準上與發(fā)達接軌，通過GB 50014-2006室外排水設(shè)計規(guī)范，對于新建地區(qū)，將暴雨強度重現(xiàn)期從提高到現(xiàn)在的2-5年，對于一些比較重要的地區(qū)，最高可達10年，同時將城市內(nèi)澇防治標準提高，規(guī)定內(nèi)澇防治標準為20-100年重現(xiàn)期。在已建區(qū)開始逐步對排澇設(shè)施實施改造，從而將暴雨排放能力、城市排澇能力、內(nèi)澇防治能力提高。圖6 防澇系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計流程Fig 6 Flood system planning and design process圖6為城市防澇系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計流程，結(jié)合地形、水系走向、道路走向、坡度、道路等級等情況，規(guī)劃超標的雨水地表徑流主通道，包括出路、路徑、走

21、向等；劃分防澇系統(tǒng)子集水區(qū)，確定子集水區(qū)面積、徑流系數(shù)、集水時間等；通過排水管網(wǎng)，確定各子集水區(qū)可排放的設(shè)計流量；設(shè)計澇水計算，即設(shè)計超過排水管網(wǎng)能力的重現(xiàn)期水量。各子集水區(qū)設(shè)計的重現(xiàn)期下徑流量和管網(wǎng)排放流量的差值等于澇水流量，即；峰值流量通過計算可獲取，計算澇水泄流通道的水力、水深、寬度、流速等；積水時間根據(jù)澇水過程線進行確定。判斷各指標是否達到設(shè)計標準。對于未達到標準的地表徑流，采取的措施有：提高排水管網(wǎng)設(shè)計標準；調(diào)整泄流通道走向，加其坡度，加大過水斷面寬度；提高建防汛地塊標高；開辟第二泄流通道；新建雨水滯蓄設(shè)施。降雨滯蓄設(shè)施超標準時，可采用低勢水體、低勢體育場、地下調(diào)蓄管涵、地下調(diào)蓄池、低勢廣場等。及時將超標的澇水引排到滯蓄設(shè)施。5.3控制排澇水質(zhì)標準控制徑流污染是排澇水質(zhì)控制標準的目的，發(fā)達國家通常的控制指標采用的是徑流中主要污染物削減量和年徑流量系數(shù)。我國GB 50014-2006室外排水設(shè)計規(guī)范提出只控制年徑流量的系數(shù)，當?shù)貐^(qū)進行整體改建時，徑流量不能大于原有徑流量，具體量化指標未提出；該規(guī)范對徑流中污染物削減量未提出具體控制要求，因此建議各城市應(yīng)與當?shù)亟?jīng)濟條件相結(jié)合，將水環(huán)境完善，并進一步細化水質(zhì)控制指標。6結(jié)語本文研究了我國城市大小排水系統(tǒng)的構(gòu)成與規(guī)劃，根據(jù)分析結(jié)果，提出我國城市內(nèi)澇綜合防治的設(shè)計。我國城市小排水系統(tǒng)組成通常包括調(diào)節(jié)池、雨水管