有關(guān)優(yōu)化城市排水系統(tǒng)應(yīng)對暴雨內(nèi)澇的研究

溫志毅

摘 要：近年來，我國暴雨內(nèi)澇此起彼伏，以至各種問題逐步顯現(xiàn)，暴露了一個(gè)個(gè)城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)管理等方面的嚴(yán)重落后的問題。我們通過控制變量進(jìn)行一些列分析，嘗試為研究城市排水系統(tǒng)應(yīng)對暴雨內(nèi)澇提出一點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：暴雨；內(nèi)澇；排水系統(tǒng)

1 研究背景

近年來，我國暴雨內(nèi)澇此起彼伏，以往鮮亮的城市在瞬間變成“水城”，交通中斷、出行不便、財(cái)產(chǎn)損失，人身傷亡，各種問題逐步顯現(xiàn)，暴露了一個(gè)個(gè)看似實(shí)現(xiàn)了“現(xiàn)代化”的城市在城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)管理等方面的嚴(yán)重落后的問題。

2 原因分析

仔細(xì)分析，暴雨侵襲造成損失是天災(zāi)也是人禍，就其原因分析大致有如下：（1）國內(nèi)整個(gè)管網(wǎng)設(shè)計(jì)及施工水平標(biāo)準(zhǔn)較低，部分設(shè)施老化。北京市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是1到3年一遇，能夠適應(yīng)每小時(shí)36-45毫米的降雨，而紐約是10至15年一遇，東京是5至10年一遇，巴黎是5年一遇。除了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不高，城市排水系統(tǒng)還存在老化的問題。（2）排水設(shè)施建設(shè)落后，排水系統(tǒng)不健全。中國不少城區(qū)排水系統(tǒng)還是雨水和污水合用一根管道，排水管溝基本小于3米，而一些發(fā)達(dá)國家的排水管溝還能跑汽車。（3）城市建設(shè)引發(fā)積水問題突出。隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市空間大面積硬化，每逢大雨降臨，難以滲入地下的雨水涌向排水管網(wǎng)，增加了排水管的壓力。（4）管理缺陷造成設(shè)施安全運(yùn)行保障能力不足。城市地下系統(tǒng)由于長期養(yǎng)護(hù)運(yùn)行經(jīng)費(fèi)不足，導(dǎo)致排水設(shè)施管養(yǎng)人員不足、不穩(wěn)定，技術(shù)素質(zhì)低，遠(yuǎn)不能滿足越來越高的規(guī)范化管理要求。

3 原因探究

要分析廣州市暴雨洪澇災(zāi)害的影響，即是要分析廣州市暴雨洪澇的流量Q，就要對雨水管道設(shè)計(jì)流量進(jìn)行有關(guān)的控制變量分析，于是我們控制如下幾個(gè)變量，分別嘗試的得到幾種結(jié)果。

根據(jù)我們所查資料，得出廣州市雨水管道計(jì)算方法如下：

雨水管道設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式：

Q=ψq F和q=■來說；

Q：雨水設(shè)計(jì)流量

ψ：徑流系數(shù)，其數(shù)值小于1

q：設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度

F：匯水面積

所以，本項(xiàng)目的就是通過模擬雨水設(shè)計(jì)流量的公式的控制變量來達(dá)到對優(yōu)化排水系統(tǒng)應(yīng)對暴雨內(nèi)澇的研究。

（1）第一個(gè)控制變量因素，重現(xiàn)期T（保持ψ，F(xiàn)不變）：

對于Q=ψq F而言

其中，Q：雨水設(shè)計(jì)流量；ψ：徑流系數(shù)，其數(shù)值小于1；q：設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度F：匯水面積。

其中，對于q暴雨強(qiáng)度，廣州市暴雨強(qiáng)度公式為：

q=■

式中：Q-設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度；T-設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（年）；t-降雨歷時(shí)（min），t=1+m，t為地面集水時(shí)間（min），廣州的為15-20min，取15min。（m為折減系數(shù)，取1.7）。

b為管內(nèi)雨水流行時(shí)間（min），雨水口間距宜為25～50m，取30m，雨水管道設(shè)計(jì)流量按最不利流速，取5m/s，則為0.1min假設(shè)道路間距為300m的兩路口中間只有1個(gè)檢查井，道路兩側(cè)一般實(shí)際都按照150-200m進(jìn)行采用。取最不利情況進(jìn)行計(jì)算，則匯水面積為300×（200+200）=120000=12ha。

城鎮(zhèn)徑流系數(shù)：

表1

因?yàn)閺V州是城鎮(zhèn)建筑較密集區(qū)，所以徑流系數(shù)ψ取0.85

所以其重現(xiàn)期對應(yīng)設(shè)計(jì)流量的關(guān)系是：

表2

（2）控制第二個(gè)變量，匯水面積。設(shè)定重現(xiàn)期為10年，其他不變；

由Q=ψq F、T=10、以及廣州是城鎮(zhèn)建筑較密集區(qū)，所以徑流系數(shù)ψ取0.85。

得到以下：

表3

由以上數(shù)據(jù)得到：不同的匯水面積，對應(yīng)著不同的城市設(shè)計(jì)流量，即是對應(yīng)不同的洪澇災(zāi)害流量。

（3）探討設(shè)計(jì)雨水管道管徑與流速流量之間的關(guān)系：

Q=（π D^2）/ 4·v·H

式中：Q-流量（/s）；D-管道內(nèi)徑（m）；V-流體平均速度（m/s）。

流速取我國規(guī)定最小設(shè)計(jì)流速：0.75m/s，半徑為1km的地方周圍，其洪澇總流量和設(shè)計(jì)雨水管管徑為（見表4）。

表4

4 提出方案

就研究而言，近年來，全球極端氣候致使暴雨、特大暴雨頻發(fā)，我國多個(gè)城市發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害，嚴(yán)重危及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和城市的正常運(yùn)行，暴露了我國城市化水平不斷提高、城市規(guī)模不斷擴(kuò)大的狀況下，市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與安全保障不相適應(yīng)的矛盾。與發(fā)達(dá)國家相比，我國存在城市排水標(biāo)準(zhǔn)偏低、缺乏應(yīng)對特大暴雨的內(nèi)澇防治系統(tǒng)、相應(yīng)的預(yù)警、應(yīng)急措施不完善等問題，這直接削弱了城市抵御暴雨等氣象災(zāi)害的能力。

4.1 注重國際經(jīng)驗(yàn)研究，開展源頭控制技術(shù)、管網(wǎng)優(yōu)化和內(nèi)澇防治體系

（1）建立涵蓋“源頭控制體系”、“排水管網(wǎng)系統(tǒng)體系”和“內(nèi)澇防治體系”的我國城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系框架。（2）進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)，參考澳大利亞將城市排水、內(nèi)澇防治和防洪三套工程體系一并考慮的方式，一方面提高現(xiàn)有排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)制定新的內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)，并將其與城市排水標(biāo)準(zhǔn)和防洪標(biāo)準(zhǔn)相銜接。

4.2 適當(dāng)提高排水管網(wǎng)和內(nèi)澇標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)

根據(jù)國際經(jīng)驗(yàn)，參照發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合我國的特點(diǎn)，調(diào)整城市分類，適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)，基本和歐盟的標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

4.3 加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)和學(xué)科規(guī)劃協(xié)調(diào)，共同防治城鎮(zhèn)內(nèi)澇發(fā)生

排水工程設(shè)計(jì)應(yīng)與市政維護(hù)、水利防洪、道路交通、園林綠地、環(huán)境保護(hù)等專項(xiàng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)。其相關(guān)的排水工程設(shè)施，包括內(nèi)澇防治和雨水利用設(shè)施，應(yīng)根據(jù)城鎮(zhèn)規(guī)劃水面率的要求，保護(hù)自然蓄水設(shè)施，滿足不同區(qū)域的排水要求。

4.4 進(jìn)行城市舊合流制排水管渠系統(tǒng)的改造

例如，將合流制改為分流制，保留分流制修建合流制渠道截留管，對溢流的混合污水進(jìn)行適當(dāng)處理和控制等等，都是根據(jù)當(dāng)?shù)爻鞘袑?shí)際情況，與城市規(guī)劃相結(jié)合，進(jìn)行合理經(jīng)濟(jì)的改造。

參考文獻(xiàn)

[1]謝映霞.從城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)看排水規(guī)劃的發(fā)展趨勢[J].城市規(guī)劃，2013，2.

[2]張悅.關(guān)于城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害的若干問題和對策[J].中國給水排水，2010（16）：41-42，47.