我國城市排水系統(tǒng)存在的問題—城市洪澇災害后的反思

閆海波

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

近幾十年來，中國城市化的進展讓世界咂舌，隨處可見城市人口的膨脹和高樓大廈的崛起，但是過快的城市化進展帶來的不僅僅是眼前的繁華，一系列的問題也接踵而至，城市的心臟——城市地下給排水管網(wǎng)系統(tǒng)不堪重負，導致城市內(nèi)澇問題尤為突出，尤其是隨著全球氣溫的變暖，大暴雨或者特大暴雨發(fā)生的越來越頻繁，導致城市的排水量越來越大。自2008年以來，中國351個城市中有62%面對暴雨的時候發(fā)生過內(nèi)澇，雨后習慣性癱瘓的城市已經(jīng)達到一百多個，城市內(nèi)澇為我們帶來了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，目前已經(jīng)成為城市的頑疾之一。外表光鮮亮麗的城市與其面對暴雨時的不堪一擊形成了鮮明的對比，這促使我們對城市的排水系統(tǒng)進行反思，借鑒國外先進的排水系統(tǒng)對我國城市排水系統(tǒng)進行完善也顯得尤為重要。

1 我國城市排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國城市的地下排水管道情況錯綜復雜，舊的排水道管網(wǎng)老化嚴重，新的管道設計容量不足。很多老城區(qū)依然沿用舊的排水系統(tǒng)，比如北京依然沿用100多公里的明清遺留舊溝，隨著城市的建設河流明渠等逐步被改為暗溝，而大多數(shù)新建城區(qū)一般都使用管道排水[1]。但是早期建設的城區(qū)由于經(jīng)濟、技術等各方面的原因，大多使用雨污合流制排水，即將雨水和污水排放在同一根管道里面，這其中，最早的雨污合流制甚至將城市的雨水、生產(chǎn)污水、工業(yè)廢水收集起來后直接排放到水體里，這種合流制排水對水體和環(huán)境的污染比較嚴重[2]，所以我國逐步將這種直接排放的合流制改造為截流式合流制，就是將雨污排水管收集的雨污水用截流管輸送到污水處理廠進行處理后再排放到水體中，這樣改造后的排水系統(tǒng)對水體的污染大大降低，然而由于雨水也被輸送到污水處理廠進行處理，大大增加了污水處理的負荷，尤其是在強降雨季節(jié)，會造成污水處理廠污水溢流嚴重，對水體污染增加等問題，因此在后來的新城區(qū)建設中，盡量采用分流制排水，即將雨水和污水分別收集到不同的管道中，對雨水一般不進行處理直接排放到水體中，對污水則是處理后再排放到水體中。

由于新中國成立初期經(jīng)濟、規(guī)范、技術等多方面的原因造成了我國排水系統(tǒng)的建設沒有能夠一步到位，而且設計標準上也一直在修改，排水管道在建國初期都是按照0.3～1年一遇的暴雨重現(xiàn)期進行設計的，后來逐步提高到1～2年一遇的標準，新的管網(wǎng)建設相對比舊的管網(wǎng)要好，不同的管網(wǎng)系統(tǒng)錯綜復雜，新舊城區(qū)管網(wǎng)無法銜接，無法全面改造，牽一發(fā)而動全身。

與我國地下排水管網(wǎng)的改造困難相對比的是我國城市建設的飛速發(fā)展，城市化的加快進行，然而沒有與城市現(xiàn)代化相匹配的地下管網(wǎng)系統(tǒng)作支持，城市水害、洪澇災害頻繁發(fā)生。2007年重慶遭遇115年以來最大的暴雨，濟南遭遇45年以來的最大暴雨，2008年，成都、綿陽、雅安等地的大暴雨，尤其是2010年7月21日北京的61年不遇的大暴雨，越來越多的城市被淹，這無疑給我們城市的排水系統(tǒng)敲響了警鐘，促使我們對排水管網(wǎng)進行審視：我國城市的排水管網(wǎng)有什么問題，應該怎樣改進？

2 我國城市排水系統(tǒng)存在的主要問題

回顧我國城市排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)展和歷史，我國城市排水系統(tǒng)主要存在以下幾大問題。

2.1 城市排水系統(tǒng)設計標準低，地下排水管道設計容量不足

我國大部分城市排水道直徑都在2 m以下，甚至很多直徑都在1 m以下。按照我國2012年發(fā)布的《城市道路工程設計規(guī)范》的要求，對城市快速道、重要的主干路、立交橋區(qū)和短期積水能引起嚴重后果的道路，宜采用3～5年的設計暴雨強度；其他道路宜采用0.5～3年，特別重要路段和次要路段可酌情增減。然而據(jù)調(diào)查，我國70%以上的城市在設計時都采用偏低的設計標準，都使用低于1年的暴雨重現(xiàn)期，尤其是舊的下水道系統(tǒng)甚至連規(guī)范的最低要求都達不到[3]。例如，北京地區(qū)普遍采用1年一遇的抗洪設計標準，只能夠抵抗35 mm/h的降雨量，一旦遭遇像2010年7月21日的大暴雨是遠遠不能夠抵抗的，城市勢必被淹。還有一部分原因是中國城市化太過迅速，城市人口的膨脹太快，以至于對排水系統(tǒng)做規(guī)劃時預料不到未來人口基數(shù)的增長速度，所以出現(xiàn)排水系統(tǒng)設計容量不足的現(xiàn)象。

2.2 下沉式立交橋下積水點多

為了解決城市交通擁堵，我國近些年來興建起很多立交橋，包括下沉式立交橋，但是卻沒有設置足夠容量的排水設施。由于沒有設置相應的截水設施、排水渠或蓄水池，下沉路段在面臨暴雨的時候就會以立交橋下沉點為中心迅速地積水，北京市2012年7月21日的暴雨災害便是這種情況。在北京市29個積水點中其中下沉式立交橋就占了22個，這22個積水點的平均排水時間都達到10個小時以上，有的立交橋配有排水泵，但是僅僅有一個排水泵是不夠的，一旦壓力強、排水快的時候，淤泥和污物都會被沖到出水口，堵塞排水，立交橋下就會迅速積水。另外還有一些下挖式通道，由于接線縱斷面一般呈“U”字型，雨季容易造成嚴重的積水，存在一定的安全隱患[4]。

2.3 城市可持續(xù)性發(fā)展的建設理念沒有跟上國際的節(jié)拍

隨著中國近幾十年來的飛速發(fā)展，城市化進程也加快了腳步，各大城市的急劇擴展將土壤鋼筋混凝土化，降低了土地的排水功能。還有很多城市人為地填河造地，進一步降低了城市的蓄水能力；還有一些礦業(yè)區(qū)，缺乏規(guī)劃地開采礦場，導致地下采空區(qū)過大，降低城市地面，以至于面對暴雨的時候，城市抗?jié)衬芰Ρ幌魅?。城市地面不透氣，不排水，沒有跟上國際綠色設計的新理念。

圖1 北京阜石路高架路下的一座下穿立交橋積水

3 國外排水系統(tǒng)特色

針對國內(nèi)城市地下水排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題，我們對比借鑒了國外一些發(fā)達國家做得好的地下排水系統(tǒng)的經(jīng)驗，希望能夠在改造我國城市排水系統(tǒng)時受到啟發(fā)。

3.1 城市集雨措施

歐洲一些發(fā)達國家，比如英國和德國采用可持續(xù)發(fā)展的設計理念，盡量采用環(huán)保設計，目前比較流行的有“洼地-滲渠系統(tǒng)”。該系統(tǒng)以實現(xiàn)徑流零增長為目標，依托地表的自然地勢高低設置明溝和洼地，并將其連接到地下排水系統(tǒng)。整個排水系統(tǒng)結合了地上的明渠明溝和地下的排水管道，地上明溝和洼地盡可能多地吸收降雨，循環(huán)利用，及時地補充了地下水，促進了城市水文生態(tài)的良性循環(huán)，而且設計地上明溝的時候一般會依托地勢，做成蜿蜒曲折的天然河道，起到了自然景觀的作用；而地下的排水管道則不僅起到排水的作用，還起到儲水的作用，當面臨大暴雨時，可以緩沖洪峰，整個系統(tǒng)在有效地降低城市排水的壓力之余還改善了自然景觀；此外，建立地下蓄水庫也在歐洲廣為流行，德國漢堡就建有容量很大的地下蓄水庫，蓄水庫在洪水期能起到緩沖洪峰的作用，平時又可以起到貯水的功能，提高雨水的利用率。

圖2 “洼地-滲渠系統(tǒng)”示意圖

3.2 城市路面及排水可持續(xù)設計理念

城市道路和排水設計時盡量采用透水磚、綠地、洼地等透水鋪裝，增加城市透水率，使得城市路面“會呼吸”，比如將道路和綠地之間打通，可將地面徑流引到綠地排走；有條件的路面使用透水磚等。在國外，雨水下滲應用已經(jīng)非常廣泛了，在小區(qū)、停車場、廣場、公園、公共活動場所等地方隨處可見，最常見的雨水下滲系統(tǒng)包括如下。

3.2.1 地面滲透系統(tǒng)

最常見的地面滲透系統(tǒng)包括下凹綠地、淺溝與洼地、地面滲透池塘以及透水鋪裝地面等。這一類滲透系統(tǒng)建造費用低廉，維護簡單易行，適用范圍較廣，也比較容易推廣。一些常見的地面滲透系統(tǒng)參照數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 地面滲透系統(tǒng)

圖3 德國停車場的透水路面設計

3.2.2 地下滲透系統(tǒng)

最常見的地下滲透系統(tǒng)包括埋地滲透管溝、埋地滲透渠、埋地滲透池。這一類系統(tǒng)造價也不高，而且在有些情況下可以兼做排水管道，一舉兩得，但是使用范圍有限，受到路面承載能力和施工的一些限制。一些常見的地下滲透系統(tǒng)參照數(shù)據(jù)如表2所示。

4 我國城市排水系統(tǒng)的改造建議

雖然現(xiàn)在城市內(nèi)澇問題已經(jīng)引起了人們的重視，而且一些城市也已經(jīng)開始了對城市給排水系統(tǒng)的改造，但是由于我國排水管網(wǎng)復雜的現(xiàn)狀，牽一發(fā)而動全身，進行全面的改造是不可能的，只能是采取逐步的改造，借鑒國外的先進設計理念和設計經(jīng)驗，結合中國的國情，具體建議有如下幾點：

表2 地下滲透系統(tǒng)

a）老城區(qū)盡量將合流制先改造為截流式合流制，即用截流干管將雨污管道收集到的雨污水輸送到污水處理廠進行處理后再就近排放到水體里。這樣較之于老城區(qū)直接將雨污水合流制直接排放到水體里的系統(tǒng)，減少了對水體和環(huán)境的影響，又不至于對現(xiàn)有的管道進行大規(guī)模的改動；較之于直接將合流制改為分流制，先改造為截留式合流制，再改造為分流制的做法，能夠節(jié)約初期投資，縮短施工周期，見效快。研究表明，這種做法能夠在短期內(nèi)用最低的成本解決排放水體的污染問題，滿足社會需求，適應社會主義現(xiàn)階段的發(fā)展現(xiàn)狀，是比較推薦的一種改造方法。

b）雖然我國設計標準偏低，但是對比英國的設計，普遍存在管道設計偏大的問題。英國排水設計時，雨水管道225 mm起，污水管道150 mm起，但是我國設計時是300 mm起，表面上看起來，管道設計的偏大，安全系數(shù)大，但是事實上，由于起始管道管徑偏大，往往導致暴雨來臨時，上游管道還是空的，下游就已經(jīng)洪澇了，這樣一來起始段管道的容量非但沒有被充分利用，反而還加速了水流向下游沖擊，導致下游擁堵加速。所以在設計時，不建議起始管段管徑過大。

c）學習國外先進理念的同時應該結合中國的具體實情。比如說要增加城市透水率，很多時候就算是采用國外先進的設計理念來設計，也是名存實亡，比如說在很多公園都鋪設了透水磚，其本意是能夠增加水的滲透率，并且能夠?qū)崿F(xiàn)雨水的循環(huán)再利用，一方面降低了地下排水管道的排水壓力，另一方面能夠最大限度地利用降雨，可是事實上，由于后期的維護跟不上，使得透水磚難以清理維護，時間長了根本起不到透水的作用，所謂的透水地坪名存實亡。設計下凹式綠地時也應該綜合考慮各種因素，首先綠地必須是耐淹型，其次如果是在城市主干道上長期吸水太多的話會造成路基下沉。而且由于垃圾和污水會隨著雨水一同排到地下，如果后期的維護跟不上，會造成綠地成活率降低，最后綠地變成垃圾場，效果適得其反。

5 結語

結合我國城市排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀，不難看出城市內(nèi)澇頻繁發(fā)生的必然性，雖然政府對于城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃改造很重視，能夠建立一套新興的現(xiàn)代化的智能排水系統(tǒng)以及管理體制是解決問題的根本辦法，但是考慮到我國城市建設過程中新老城區(qū)管網(wǎng)錯綜復雜的現(xiàn)狀，全面進行改造排水管網(wǎng)需要一定的時間，目前先采取舊管逐步改造比較切合實際，在借鑒國外先進理念的時候也應該充分考慮我國的具體情況，不可生搬硬套，適得其反。