寧波市中心城排水(雨水)防澇體系相關標準分析

葉曉東，馮國光

(寧波市規(guī)劃設計研究院，浙江寧波 315040)

寧波市中心城排水(雨水)防澇體系相關標準分析

葉曉東，馮國光

(寧波市規(guī)劃設計研究院，浙江寧波 315040)

城市內澇防治是系統(tǒng)性工程，明確相關標準是內澇防治工程推進的基礎。系統(tǒng)地對寧波市中心城雨水排放進行了系統(tǒng)的梳理，明確了流域排澇標準、雨水管渠設計重現(xiàn)期和城鎮(zhèn)內澇防治設計重現(xiàn)期，提出了各系統(tǒng)的邊界條件、城市低洼地段確定標準和綜合徑流系統(tǒng)控制目標。

排水;內澇防治;標準;寧波市中心城

0 前言

近年來，國內多個城市發(fā)生了不同程度的內澇災害，城市積水嚴重，對城市運行和人民群眾生產生活造成了很大的影響。寧波市中心城同樣遭受了較大的沖擊，2012年“海葵”臺風和2013年“菲特”臺風帶來的強降雨造成城區(qū)內河、三江水位持續(xù)居高不下，中心城區(qū)出現(xiàn)了大面積、長時間的積水。尤其是2013年“菲特”臺風帶來的強降雨，導致城區(qū)交通癱瘓，大量居民住宅進水，造成了巨大的經濟損失。

為有效解決當前影響較大的嚴重積水內澇問題，避免因暴雨內澇造成人員傷亡和重大財產損失，國務院辦公廳下發(fā)了《關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》(國辦發(fā)［2013］23號)，《通知》對城市排水防澇設施的規(guī)劃建設提出了明確的要求:力爭用5 a時間完成排水管網的雨污分流改造，用10 a左右的時間，建成較為完善的城市排水防澇工程體系。

城市內澇防治是一項系統(tǒng)工程，且涉及部門較多，需要對寧波市中心城排水(雨水)防澇體系進行系統(tǒng)梳理，明確標準，并統(tǒng)籌各項建設。

1 中心城雨水排放［1-3］

從降雨到徑流產生再最終排入東海，寧波中心城雨水排放涉及三個系統(tǒng)，分別為城市排水(雨水)系統(tǒng)、城市排澇系統(tǒng)和城市防洪系統(tǒng)。

城市排水(雨水)系統(tǒng)屬于建筑科學下的市政工程分支領域，主要是將雨水收集后排至河道;城市排澇系統(tǒng)和城市防洪系統(tǒng)，屬于水利科學研究領域，排澇主要是將城市的澇水盡快排出，防洪則是將江河洪水抵擋在城市之外。

1.1 城市排水(雨水)系統(tǒng)

城市排水(雨水)系統(tǒng)一般針對小區(qū)域范圍的短歷時強降雨(2 min、5 min、…180 min等)，主要研究對象是城市雨水管網布局等內容，目的是將地面雨水快速排至受納水體，不在地面產生長時間積水。寧波中心城排水(雨水)有重力流排放和泵站強排兩類排放模式。

重力流排放(直排):是指結合中心城河網密布的特點，雨水通過管道先就近排入內河，再通過內河排入三江或排海。中心城絕大部分區(qū)域采用此類模式。直排雨水管道長度一般幾百米，服務周邊幾公頃用地，形成獨立的排水(雨水)系統(tǒng)。直排區(qū)域由成千上萬個小系統(tǒng)組成。

泵站強排(強排):部分沿江區(qū)域和下穿道路采用強排方式。部分沿江區(qū)域主要由于河網稀疏，雨水難以通過重力流直接排江或受外江水位、潮位影響直接排放困難，管道收集后通過泵站提升后排江，主要位于是三江口核心區(qū);下穿道路由于路面標高較低，難以通過重力流直排入河，采用泵站提升后排入內河。

1.2 城市排澇系統(tǒng)

城市排澇系統(tǒng)主要為河道、水閘、排澇泵站等排水(雨水)系統(tǒng)之外的排除城市澇水的水利工程，主要針對長歷時降雨(1 d雨量、3 d雨量等)。在降雨導致內河水位超過警戒水位后，打開沿江閘門排水或外江高潮位、高水位時啟動泵站排水，降低內河水位，容納雨水排入。另一方面，在臺風或強降雨來臨前，通過降低內河水位以增加內河調蓄能力，提升城市調蓄空間，提高城市排澇能力。

1.3 城市防洪系統(tǒng)

城市防洪針對的是江河流域范圍內(大區(qū)域)的長歷時降雨，重點是流域的洪水進入城市后，快速泄至區(qū)外。在寧波城區(qū)，泄洪的主要通道為奉化江、姚江和甬江，均屬于甬江流域，除市區(qū)外，還承接奉化、余姚來水，最終通過甬江匯入東海。

2 相關規(guī)范解讀

與排水(雨水)防澇體系相關的規(guī)范主要為《防洪設計規(guī)范，2012》(以下簡稱《防洪規(guī)范》)和《室外排水設計規(guī)范(GB50014-2006，2014版)》(以下簡稱《排水規(guī)范，2014版》)。

2.1 《防洪規(guī)范》相關標準

《防洪規(guī)范》按防洪工程的等別劃分等級，再根據不同的防洪工程設計等別選擇不同的設計標準。防洪工程等別根據防洪保護對象社會經濟地位的重要程度和人口數量劃分為四等，見表1。

表1 城市防洪工程等別

根據城市防洪工程等別、災害類型，城市防洪工程設計標準見表2。澇水設計標準所指的暴雨重現(xiàn)期針對的是長歷時降雨(1 d雨量、3 d雨量等)。

表2 城市防洪工程設計標準

2.2 《排水規(guī)范,2014版》相關標準

《排水規(guī)范，2014版》適用于新建、擴建和改建的城鎮(zhèn)、工業(yè)區(qū)、居住區(qū)的永久性室外排水工程設計。

城市排水設計中標準高低之分主要體現(xiàn)在設計暴雨強度公式中暴雨重現(xiàn)期(P)的大小，針對短歷時暴雨(2 min、5 min、…180 min等)。暴雨重現(xiàn)期根據匯水地區(qū)性質、城鎮(zhèn)類型、地形特點和氣候特征等因素，經技術經濟比較后進行取值，見表3。

表3 雨水管渠設計重現(xiàn)期標準

《排水規(guī)范，2014版》新增并明確了內澇防治系統(tǒng)的概念:用于防止和應對城鎮(zhèn)內澇的工程性設施和非工程性措施以一定方式組合成的總體，包括雨水收集、輸送、調蓄、行泄、處理和利用的天然和人工設施以及管理措施等，見表4。

表4 內澇防治設計重現(xiàn)期標準

3 系統(tǒng)邊界條件分析

3.1 必要性分析

由于城市在雨水排放過程中分屬不同部門管理，建設主體也不同，前端為城市排水(雨水)系統(tǒng)，屬城建部門建設管理，而后端排澇系統(tǒng)和防洪系統(tǒng)為水利部門管理。

在直排區(qū)域，由于管道排水的最終受納水體為河道，兩者具有很強的關聯(lián)性。但是管道設計流量計算中暴雨強度公式的選樣方法與城市排澇暴雨公式的選樣方法有所不同，兩者設計暴雨歷時也有顯著差別，兩者無法統(tǒng)一，建立定量關系也非常困難，唯一的辦法是建立包含兩系統(tǒng)的模型，去驗證不同情景下的系統(tǒng)運行情況。但由于各種原因，現(xiàn)階段較為困難。

在寧波中心城，除三江口核心區(qū)及其他零星區(qū)域采用強排外，其余區(qū)域均采用直排入河再排江的模式。在城市建設過程中，確實存在著水利部門主導的排澇系統(tǒng)和城建部門主導的排水(雨水)系統(tǒng)邊界條件不清、建設目標不明確的問題，確定兩者的邊界條件非常重要。

3.2 邊界條件的確定

內河是城市排水的核心，也是管理權屬的分界點。對于各系統(tǒng)，一方面內河水位對城市排水(雨水)系統(tǒng)排放能力影響較大;另一方面城市排澇系統(tǒng)建設最重要的目標就是控制城市內河水位。因此，需要確定合理的水位作為系統(tǒng)建設的邊界。

綜合各系統(tǒng)建設現(xiàn)狀、規(guī)劃、城市豎向等各方面因素，建議以城市設防標準的控制水位，即澇水位為邊界條件。水利部門應加快各流域防洪排澇規(guī)劃確定的骨干河道、排澇泵站等工程的建設，達到設防標準;城建部門應按澇水位作為城市排水(雨水)系統(tǒng)規(guī)劃、建設的不利條件，同時考慮作為城市低洼地段界定標準的基礎。

4 寧波市中心城排水(雨水)防澇體系相關標準分析

4.1 流域排澇標準

結合寧波城市的社會經濟地位和城市規(guī)模，參考城市總體規(guī)劃和甬江流域防洪治澇規(guī)劃，中心城排澇標準為20 a一遇，24 h暴雨24 h排出。

中心城區(qū)外山體環(huán)繞，大量山區(qū)洪水通過城市內河進入城市內部，傳統(tǒng)的“排澇”概念在寧波并不適用，需要遵循內澇防治和山洪防治一體化策略，山洪防洪標準為50 a一遇。

“排蓄結合”理念是城市內澇治理的重要指導思想之一，城市需要建設調蓄工程體系來提升排澇能力，調蓄工程體系建設主要通過有效控制水面率和結合城市大型廣場、公園綠地建設多功能調蓄設施兩方面進行。

4.2 各系統(tǒng)邊界條件

建議近期以20 a一遇澇水位作為城市排澇和城市排水的邊界條件，中心城三江片、鎮(zhèn)海片和北侖西片區(qū)20 a一遇澇水位約為2.44～2.52，北侖中片區(qū)約為2.3～2.6。在未來條件成熟時，建立系統(tǒng)模型，去驗證不同情景下系統(tǒng)的運行情況。

4.3 城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)

(1)內澇防治設計重現(xiàn)期

結合寧波市中心城規(guī)模，城鎮(zhèn)內澇防治設計重現(xiàn)期標準為50 a，同雨水管渠設計重現(xiàn)期，也是針對短歷時暴雨。

(2)現(xiàn)狀排水系統(tǒng)排水能力評估

對城市現(xiàn)狀典型直排區(qū)域和強排區(qū)域應用Infoworks ICM模型進行了模擬。

直排區(qū)域:對現(xiàn)狀按1 a一遇設計的雨水管網進行了不同水位狀況的模擬，模擬表明現(xiàn)狀典型區(qū)域在遭遇大重現(xiàn)期暴雨時地勢較低區(qū)域會出現(xiàn)大片積水，但由于存在一定的水頭差，積水能較快消除，不會造成很大的影響;在內河到20 a一遇澇水位(2.47 m)時，低于水位區(qū)域由于河水通過雨水管道倒灌而全面積水?，F(xiàn)狀調研也發(fā)現(xiàn)，臺風期間豎向高于內河水位的區(qū)域運轉基本正常。

強排區(qū)域:現(xiàn)狀按一年一遇設計的雨水管網在遭遇大重現(xiàn)期暴雨時會出現(xiàn)大面積積水，現(xiàn)狀雨水排放系統(tǒng)需要改造提升排放能力，尤其是部分老小區(qū)和待改造區(qū)域;三江高水位對直排入江區(qū)域(泵站未建)排水能力影響較大，如江東區(qū)域，“菲特”臺風期間外江水位上升后，排水能力急劇下降，積水程度明顯加劇。

(3)雨水管渠暴雨重現(xiàn)期取值

結合寧波市中心城規(guī)模及現(xiàn)狀、規(guī)劃典型區(qū)域城市排水(雨水)系統(tǒng)的模擬情況，新建和改建排水系統(tǒng)暴雨重現(xiàn)期取值見表5。

表5 雨水管渠設計重現(xiàn)期取值表

直排區(qū)域雨水管網設計按上述標準采用推理公式法計算雨水設計流量;匯水面積較小的強排區(qū)域，在按推理公式法計算后，結合周邊地形地貌采用數學模型法進行校核;匯水面積超過2 km2的強排區(qū)域，宜考慮降雨在時空分布的不均勻性和管網匯流過程，采用數學模型法計算雨水設計流量。

(4)規(guī)劃典型區(qū)域(直排區(qū))模擬校核

以姚江新區(qū)某區(qū)域的雨水管網模擬校核表明:按P=3設計雨水管網，用Infoworks ICM模型對不同的豎向條件和不同的水位進行了模擬，模擬表明道路豎向高程控制在3.0 m時，遭遇50 a一遇暴雨，部分雨水檢查井會出現(xiàn)冒水，但冒水時間較短，積水漫流路面后，遠未達到表3的內澇防治期內的積水標準，且積水會快速消退。

4.4 低影響開發(fā)

低影響開發(fā)(又稱低沖擊開發(fā)，LID)理念其基本原理是在開發(fā)建設活動中，盡最大可能減少對自然生態(tài)系統(tǒng)的沖擊和破壞。

低影響開發(fā)建設可以實現(xiàn)對雨水徑流量和徑流污染的有效控制，建議在寧波中心城推廣的措施包括屋頂綠化、低勢綠地(下凹式綠地)、植被淺溝(綠化溝渠)等，主要針對新建、改建區(qū)域。

建議以綜合徑流系數作為低影響開發(fā)的控制要素，通過調研城市現(xiàn)狀各類用地綜合徑流系數和采用相關措施(屋頂綠化、低勢綠地、透水路面等)后的變化情況，確定城市主要三大類用地的綜合徑流系控制目標為:居住用地不大于0.45;公共設施用地不大于0.55;工業(yè)用地不大于0.65。

4.5 城市豎向控制建議

結合新建典型區(qū)域模擬和城市強排區(qū)域模型模擬情況，依據安全性和合理性原則，建議中心城豎向按以下要求控制。

(1)直排區(qū)

新建城市道路豎向控制在3.2 m以上，新建地塊豎向控制在3.4 m以上，城市改造道路結合兩側建筑豎向綜合考慮確定;城市重要基礎設施如應急通道、水廠、變電站等應結合各自的防護要求提高豎向標高，或通過洪水影響評價確定。

(2)強排區(qū)

新建城市道路豎向控制在3.0 m左右，新建地塊豎向控制在3.2 m左右，周邊區(qū)域高于該值時與周邊豎向相同;城市重要基礎設施如應急通道、水廠、變電站等應結合各自的防護要求提高豎向標高，并通過Infoworks ICM模型模擬校核遭遇超標準降雨時的積水情況。

4.6 城市低洼地段確定標準

由于直排區(qū)和強排區(qū)的積水成因各不相同，

其低洼積水地段的確定方法和標準也有所不同。直排區(qū)長時間積水的成因是地塊豎向較低，河水倒灌，短時積水原因是地塊雨水系統(tǒng)建設不完善或標準偏低。強排區(qū)積水主要是由于城市排水管網系統(tǒng)不完善而導致高地勢區(qū)域雨水向低洼地段漫流，同時排水(雨水)系統(tǒng)內水位較高而地勢較低處雨水檢查井會大量冒水而積水。

綜上所述，結合模型模擬情況和城市現(xiàn)狀豎向情況，中心城直排區(qū)以各區(qū)規(guī)劃工況20 a一遇澇水位(城市設防水位)高程加上適當超高(10～15 cm)即2.6 m左右為標準，北侖中片區(qū)從南到北澇水位有一定差距，以2.4～2.6 m左右為標準，分片區(qū)調研確定。強排區(qū)需結合現(xiàn)狀雨水管網建模，按內澇防治設計重現(xiàn)期50 a及表3的要求確定。

5 結語

內澇防治工作是系統(tǒng)工程，寧波市中心城排水(雨水)防澇系統(tǒng)建設包括排水(雨水)系統(tǒng)建設、排澇系統(tǒng)建設、調蓄工程建設、低影響開發(fā)建設、豎向控制系統(tǒng)和低洼地段改造等方方面面內容，各項標準的明確是城市內澇防治工作推進的基礎。

但面向未來，城市規(guī)模不斷擴張，特大暴雨發(fā)生頻率越來越高，單純的工程措施并不是一種可持續(xù)的解決城市內澇問題的手段，城市內澇防治需要在系統(tǒng)規(guī)劃、統(tǒng)籌建設、轉變理念等方面做好工作，建立城市內澇防治規(guī)劃體系，統(tǒng)籌城市更新與低洼地段改造、城市綠地與多功能調蓄等各項建設，推進低影響開發(fā)建設，使城市開發(fā)建設與內澇防治相協(xié)調。

［1］ 香港特別行政區(qū)渠務署.防洪策略［EB/OL］.http://www.dsd.gov. hk/TC/Home/index.html，2012.

［2］ 車伍，張燕，李俊奇，等.城市雨洪多功能調蓄技術［J］.給水排水，2005，31(9):30-34.

［3］ University of Arkansas Community Design Center.Low impact development: a design mamual for urban areas［EB/OL］.http: //uacdc.uark.edu，2010.

TU992.03

B

1009-7716(2015)04-0078-04

2015-01-12

葉曉東(1977-)，男，浙江三門人，高級工程師，從事市政工程設計工作。