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1、-我国城市大小排水系统构成与规划设计和内涝综合防治设计-第 6 页我国城市大小排水系统构成与规划设计和内涝综合防治设计摘要：本文对我国城市大小排水系统的构成与规划进行了研究，根据分析结果，提出我国城市内涝综合防治的设计。我国城市小排水系统组成通常包括调节池、雨水管渠、排水泵站等传统设施等；大排水系统组成通常包括地下大型排放设施、地表通道、调蓄设施、地面的安全泛洪区域等。在城市规划时，必须根据当地地形地貌和水文条件，借助GIS系统和模型，评估不同条件下降雨洪涝，确定洪涝风险严重的区域，并提出内涝综合防治设计，包括构建渗蓄排治用一体化的综合排涝系统、创新设计方法、排涝水量标准的提升、排涝水质标准的
2、控制。最后选择山西某县区位及排水特征为案例，简要对其大小排水系统的构成、规划设计、内涝综合防治的要点和效果进行了分析。关键词：排水系统；内涝；规划设计；防治设计；给排水中图分类号：TU992 文献标识码：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
3、China are studied. According to the analysis results, the design 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 tradi
4、tional facilities; large drainage system composed of large 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 mo
5、del, under different conditions of rainfall and flood, determine 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 de
6、sign methods, to enhance the drainage water quantity standard 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
7、 points and effect analysis.Key words: drainage system; waterlogging; planning and design; control design; water supply and drainage1引言 近年来，河道行泄能力因城市建设占用行泄通道而持续降低，导致雨水调蓄能力不断减弱，严重破坏了水循环系统，使地表径流也发生了一定的改变1-3。另外，由于原有管网规划设计标准偏低、气候变化、城市规划建设机制不协调等原因，城市积水严重、内涝频发，使得交通瘫痪，造成惨重的损失，极大的影响了生产和生活的正常运转4。在2016年的内涝统计事
8、件中，比较突出的城市有重庆、广州、南昌、北京等地，由于暴雨后积水严重，导致发生内涝，造成交通瘫痪。城市内涝防治工程非常复杂，涉及的管理部门也比较复杂6-8。 与传统排水规划相比，城市排水防涝综合规划可将原有的内涝、排水风险评估提高，同时也能提高小排水系统、大排水系统、低影响的开发新方法、理念和技术，提出控制径流污染的要求9。在一定程度上，这些新技术、理念、要求加大了综合规划的难度。而且，由于相关规范标准比较滞后，部分城市缺乏长期积累的基础数据和工程实践经验等原因，增加了规划编制的困难，对规划质量造成影响10。本文对我国城市大小排水系统的构成与规划进行了研究，根据分析结果，提出我国城市内涝综合防
9、治的设计。2 大小排水组成分析2.1 小排水组成分析小排水系统通常指的是传统的管道排水系统，主要设施由雨水管渠、调节池、排水泵站等，小排水系统主要排放重现期为1-10年范围暴雨。在内涝控制系统中，小排水系统实质上本身就是其主要组成部分。近年来，内涝控制系统得到广泛应用和重视。在小排水系统中，结合LID等源头的控制措施越来越多的被用到，有时甚至可替代源头。英国建筑行业将SUDS中的源头控制措施划分到小排水系统中。小排水系统目前仍存在一些关键问题需要解决。在不同国家，规定的传统雨水管道设计标准的存在一定差异，如在美国ASCE雨水系统设计标准中，根据用地类型的不同，对于设计重现期来说，规定小排水系统
10、为2-10年；我国的GB 50014-2006室外排水设计规范要求，特别重要地区通常为10年以上，重要地区通常为为3-5年，一般地区的设计重现期通常为1-3年。在进行不同国家排水管道设计标准的比较时，对于城市暴雨强度公式而言，欧美国家多采用年最大值法，我国普遍采用年多个样法。2.2 大排水组成分析大排水系统的组成包括蓄水部分和排水部分，其中地下大型排放设施、地表通道、调蓄设施、地面的安全泛洪区域等为蓄水和排水的主要组成部分，图1为大排水系统组成。该套蓄排系统的目的主要为了预防出现极端天气特大暴雨或暴雨时，应对超过小排水系统设计标准的超标状况。排水主要是指具备排水功能的开放沟渠、道路等地表径流通
11、道；蓄水主要是指深层调蓄隧道、大型调蓄池、天然水体等调蓄设施、地面多功能调蓄等。图1 大排水系统组成Fig1 Composition of the drainage system在措施本质上，小排水系统和大排水系统区别不大，两者的主要区别是设计标准、具体形式、针对目标有所差异，图2为大排水系统与小排水系统的关系。小排水系统和大排水系统形成一个整体，两者存在相互作用和衔接，具有较高的排水防涝标准，发达国家的校核通常按100年一遇的暴雨进行。图2 大排水系统与小排水系统的关系Fig 2 Relationship between large drainage system and small dra
12、inage system 对于大排水系统而言，当地表径流通道是工程师特意设计时，将其称作设计通道；当地表径流通道是因地形条件自然形成时，将其称作非设计通道或默认通道。对于设计通道而言，为确保地表通道排水能安全利用，要规定径流的深度和流速。为减小对交通的影响，英国规定的地表排水径流深度比0.2 m要小；同时规定径流流速和深度的乘积比0.5 m2/s要小，这主要是为了保证行人的安全。为确保非设计通道安全，校核也应按标准进行，图3为城市内涝灾害。图 3 城市内涝灾害Fig 3 Urban waterlogging disasters3 城市大小排水系统规划设计对于城市大小排水系统的规划，根据传统开发
13、土地的模式，在前期规划过程中，若未考虑利用和保护自然条件，未进行风险评估，这会破坏原有地貌、水系、行洪通道、植被和滞蓄洪区等，这样发生洪涝的风险、防治难度就增加了。在城市规划时，必须根据当地地形地貌和水文条件，借助GIS系统和模型，评估不同条件下降雨洪涝，确定洪涝风险严重的区域，在洪涝风险较小区域进行开发，保留主要的蓄滞洪区和径流通道，在规划设计大排水系统时，提供实施所需的基础和依据，在进行城市内部小排水系统的设计时，要与大排水系统等措施相结合，提高城市防洪涝的整体标准。对于当前已建的大量城区，应对其河湖水系受纳能力、排水设施、地表滞蓄、排水能力、径流途径、洪涝泛滥区域和严重程度等进行科学分析
14、，给小排水系统的提标改造和大排水系统的构建和决策提供依据。 城市排水体系主要包括陆域和水系两部分，其中城市涝水出路和排水出路由河道水系提供，该出路是保证大区域、长历时、高重现期暴雨情况下，接纳和排除陆域防涝系统及城市管网排放的雨水。对于城市内涝防治而言，不能就就管道论管道，排水论排水，内涝防治不是孤立的。城市排水系统包括连接所有沟渠、雨水口、地下管线管网、洼地、泵站系统，保证1-5年的低重现期是其主要功能。通过城市防涝系统，可将超过排水管网能力的10-50年的高重现期蓄存或排除。通过将两个系统进行结合，可快速暴雨径流进行收集和转输，确证城市不发生内涝灾害。图4为城市排水防涝规划设计流程图，在传
15、统的排水管网、河道水系基础上，增加低影响开发系统、地块漫流系统、涝水泄流系统、地表滞蓄系统、地下调蓄池系统、大口径地下管涵系统等，对高重现期降雨事件进行共同应对。图4 城市排水防涝规划设计流程Fig 4 City drainage planning and design process4实例分析4.1山西某县区位排水特征 山西某县位于该省中西部，境内主要的河流有惠济河、柳根河、青沙河和护城河，具有良好的排水防涝条件。为充分发挥水系资源优势，减少主干排水管渠和泵站的建设规模，利用调蓄设施进行调蓄。该县年降水量为440mm，雨水管区覆盖率为84%。该老城区为合流管，管网覆盖率为69%。4.2 径流
16、控制体系内涝防治体系的重要组成部分是径流控制体系，这就颠覆了传统排水系统以排为主的控制策略，转化为排、蓄、渗的现代排水系统。在老城区，对屋面雨水进行集蓄利用，屋面雨水在经收集后，地下水的补充通过回灌、渗透等措施实现。对道路进行LID化改造，改造积水路段。以现有道路断面形式、路面坡向、周边空间条件为基础，进行道路LID化设计和改造，通过渗水盲管和溢流井，超量雨水和下渗雨水排入市政雨水管线。4.3 小排水系统传统管道系统为小排水系统，本案例的小排水系统不是将管网重现期盲目的提高，而是控制径流系数，评估排水管网重现期，确保管网可达到2年-3年的重现期。在规划区内，其地形平坦。在竖向，确保规划道路一定
17、排水坡度，尽量避免凹点。建设中不要随意削减和填埋现状水面和坑洼地，防止内涝发生。雨水出水口的标高要比河道多年平均水位高，确保顺利排出雨水。4.4 大排水系统4.4.1排涝的分区规划区地形图采用Arc GIS软件进行处理，完成地表水文模型的建立，通过Arc GIS分析规划区的盆域。得出结论是青沙河、柳根河、惠济河为自然涝水行泄通道，给城市排涝水提提供自然渠道；需增加护城河水系和局部区域的排涝通道。4.4.2 涝水行泄通道 将模拟的径流路径与实际场地真实径流进行对比，模拟图中存在径流线路，现有场地却未能形成真实径流，这表明可能存在内涝。通过规划开挖渠道防治内涝。在青沙河西部区域，当雨水超过管网设计
18、标准时，将汇流于最西侧道路，因此远期规划为建设排涝暗渠。在柳根河北部区域，地形复杂，在雨水超出管网标准时将在中部道路进行汇流，此路段需要预留涝水行泄通道。在惠济河南部当雨水超标时无处排放，次路段需要建设暗渠，同时对此道路进行改造，使其成为涝水行泄通道。5 内涝综合防治设计5.1雨水调蓄设施5.1.1 构建综合排涝系统 国内外关于城市排涝新兴理念较多，如美国的绿色基础设施、低影响开发模式，澳大利亚的水敏感性城市设计、英国的可持续排水系统等，国内有代表性是车伍提出利用体系与综合模式控制雨水。城市排涝系统要考虑内涝防治、雨水径流污染控制、雨水资源利用等，采用渗、蓄、排、治于一体构建综合排涝系统，全面
19、解决城市排涝面临的水涝等问题。城市综合排涝系统由城市内涝防治系统、常规排水管网系统、雨水促渗系统、径流污染治理系统组成，综合排涝设施包括排水管网、提升泵站、下渗功能的低势绿地、植草沟、明渠、深隧、排水、雨水塘、湿地等，城市综合排涝系统见图5。图5 城市综合排涝系统Fig 5 Integrated urban drainage system5.1.2 创新设计方法根据国内外实践，对于计算机模拟技术要大力进行推广。排涝系统设计的排水模型是一种有效辅助手段，能有效弥补现有推理公式法的不足。排水模型可对连续降雨产生的暴雨径流进行动态模拟，可解决城市排水的水质、水量问题；可对城市水文循环进行仿真模拟，从
20、而可预判城市渍水区域，实现城市渍涝在线分析、实时监控。5.2 提升排涝水量标准在发达国家，暴雨重现期一般标准是2-5年，如在美国居住区，暴雨重现期通常为10年；同时对于城区内涝，有明确的防治标准。我国为在排涝标准上与发达接轨，通过GB 50014-2006室外排水设计规范，对于新建地区，将暴雨强度重现期从原来0.5-3年提高到现在的2-5年，对于一些比较重要的地区，最高可达10年，同时将城市内涝防治标准提高，规定内涝防治标准为20-100年重现期。在已建区开始逐步对排涝设施实施改造，从而将暴雨排放能力、城市排涝能力、内涝防治能力提高。图6 防涝系统规划设计流程Fig 6 Flood syste
21、m planning and design process图6为城市防涝系统规划设计流程，结合地形、水系走向、道路走向、坡度、道路等级等情况，规划超标的雨水地表径流主通道，包括出路、路径、走向等；划分防涝系统子集水区，确定子集水区面积、径流系数、集水时间等；通过排水管网，确定各子集水区可排放的设计流量；设计涝水计算，即设计超过排水管网能力的重现期水量。各子集水区设计的重现期下径流量和管网排放流量的差值等于涝水流量，即；峰值流量通过计算可获取，计算涝水泄流通道的水力、水深、宽度、流速等；积水时间根据涝水过程线进行确定。判断各指标是否达到设计标准。对于未达到标准的地表径流，采取的措施有：提高排水管
22、网设计标准；调整泄流通道走向，加其坡度，加大过水断面宽度；提高建防汛地块标高；开辟第二泄流通道；新建雨水滞蓄设施。降雨滞蓄设施超标准时，可采用低势水体、低势体育场、地下调蓄管涵、地下调蓄池、低势广场等。及时将超标的涝水引排到滞蓄设施。5.3控制排涝水质标准 控制径流污染是排涝水质控制标准的目的，发达国家通常的控制指标采用的是径流中主要污染物削减量和年径流量系数。我国GB 50014-2006室外排水设计规范提出只控制年径流量的系数，当地区进行整体改建时，径流量不能大于原有径流量，具体量化指标未提出；该规范对径流中污染物削减量未提出具体控制要求，因此建议各城市应与当地经济条件相结合，将水环境完善
23、，并进一步细化水质控制指标。6结语 本文研究了我国城市大小排水系统的构成与规划，根据分析结果，提出我国城市内涝综合防治的设计。我国城市小排水系统组成通常包括调节池、雨水管渠、排水泵站等传统设施等；大排水系统组成通常包括地下大型排放设施、地表通道、调蓄设施、地面的安全泛洪区域等。在城市规划时，必须根据当地地形地貌和水文条件，借助GIS系统和模型，评估不同条件下降雨洪涝，确定洪涝风险严重的区域，并提出内涝综合防治设计，包括构建渗蓄排治用一体化的综合排涝系统、创新设计方法、排涝水量标准的提升、排涝水质标准的控制。最后选择山西某县区位及排水特征为案例，简要对其大小排水系统的构成、规划设计、内涝综合防治
24、的要点和效果进行了分析。7参考文献1徐连军,张善发,朱砂砾,等.城市陆域排水防涝体系构建方法与技术关键探讨J,中国给水排水,2013,29(19):141-146.2车伍,杨正,赵杨,等.中国城市内涝防治与大小排水系统分析J,中国给水排水,2013,29(16):13-20.3任毅,周倩倩,李冬梅,等.呼和浩特市大排水系统的构建规划与评估研究J,人民珠江,2015,4:25-29.4谢映霞.从城市内涝灾害频发看排水规划的发展趋势J,城市规划,2013,2:45-50.5车伍,马震,王思思,等.中国城市规划体系中的雨洪控制利用专项规划J,中国给水排水,2013,29(2):8-12.6张辰.我国城镇内涝防治:由理念到标准体系建立J,城市道桥与防洪,2014,11:2-5.7张景奇,娄成武.城市治理视野下我国大城市内涝防治研究J,上海行政学院学报,2014,15(4):31-40.8张景奇,孙蕊,孙萍.美国岸边社区精明增长的防洪之策-以德克萨斯州休斯敦市布雷海湾为例J,城市问题, 2013,(3):86-90.9车伍,武彦杰,杨正,等.海绵城市建设指南解读之城市雨洪调蓄系统的合理构建J,中国给水排水,2015,31(8):13-19.10康丹.城市排水防涝系统规划设计中存在问题及对策探J,中国给水排水,2014,30(20):51-54.