多重因素影響下的積水路段改造分析

張彥光，孫亞飛，李 帥，劉小璐

（淄博市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 淄博 255037）

1 概況

1.1 降雨情況

淄博市中心城區(qū)為半濕潤(rùn)半干旱的大陸性氣候區(qū)，多年平均降雨量為620 mm 左右，受大氣環(huán)流和季風(fēng)等影響，降雨一般發(fā)生于6～9 月，時(shí)空分布不均勻。根據(jù)近十年的統(tǒng)計(jì)，淄博市的年降雨量有逐年增加的趨勢(shì)，尤其是短時(shí)強(qiáng)降雨發(fā)生的頻率也越來(lái)越大（見(jiàn)圖1）。以2022 年為例，截止至10 月份，淄博市中心城區(qū)累計(jì)降雨量為1049.5 mm，為1965年以來(lái)同期最大值。6 月份207.4 mm，為1952 年有水文資料記錄以來(lái)同期第二大值，比常年偏多144%。降水量逐年增多和短時(shí)強(qiáng)降雨頻發(fā)進(jìn)一步增加了淄博市中心城區(qū)的排水防澇系統(tǒng)的壓力。

圖1 淄博市歷年降雨量圖

1.2 積水情況

柳泉路是淄博市一條重要的南北向城市主干道，道路紅線48 m，采用一塊板、慢行一體的交通模式，雙向八車道。沿線主要積水路段為聯(lián)通路至濟(jì)青高速段，全長(zhǎng)3.0 km，當(dāng)降雨強(qiáng)度小于50 mm/h 時(shí)，路緣石處積水深度15～30 cm 不等，退水時(shí)間為15～90 min；當(dāng)降雨超過(guò)50 mm/h，路段積水嚴(yán)重，無(wú)法通行，退水時(shí)間在120 min 以上。該區(qū)域的內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)不足10 a 一遇，這與淄博市中心城區(qū)130 萬(wàn)人口顯然不匹配[1]。不同重現(xiàn)期下積水情況見(jiàn)表1。柳泉路積水情況見(jiàn)圖2、圖3。

表1 不同重現(xiàn)期下積水情況

圖2 2022 年7 月12 日柳泉路積水情況

圖3 2022 年10 月3 日柳泉路積水情況

2 積水原因分析

不同于以往積水路段，柳泉路積水路段有其復(fù)雜性，無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的排水管網(wǎng)改造消除積水。經(jīng)過(guò)對(duì)周邊環(huán)境分析，造成該路段積水的因素有以下幾點(diǎn)。

2.1 地形因素

柳泉路自南向北貫穿中心城區(qū)，整體地勢(shì)南高北低、東高西低。從南北方向看，以膠濟(jì)鐵路為界，鐵路以南地形以低山丘陵為主，自然坡降為10‰左右，鐵路以北為平原地形，自然坡降為2‰，至聯(lián)通路以北區(qū)域，坡降不足1‰，坡降變緩十分明顯。從東西方向看，淄東鐵路以東為四寶山、花山等低山地形，自然坡降為20‰，淄東鐵路以西為平原區(qū)域，自然坡度為1‰左右，坡降變緩?fù)瑯邮置黠@。加之北部濟(jì)青高速的阻截，造成積水路段位于三面環(huán)山的半圍合區(qū)域，不利于雨水宣泄，降雨時(shí)，大量雨水借助地勢(shì)順路而下，直接沖擊積水路段，排水壓力瞬間增大。

2.2 排水管網(wǎng)

積水路段周邊排水管網(wǎng)（見(jiàn)圖4）存在以下問(wèn)題：

圖4 積水路段現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)圖

（1）主次干道雨水管網(wǎng)均為雙側(cè)布置管道，路南和路東為雨水主管，收集地塊和路面雨水，路北和路西為雨水支管，收集路面雨水。區(qū)域內(nèi)雨水管網(wǎng)建設(shè)于2000 年之前，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不足1 a 一遇，與現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的2～5 a 一遇，差距不小。

（2）雨水管網(wǎng)存在不同程度淤積現(xiàn)象，尤其是柳泉路雨水管網(wǎng)建設(shè)于20 世紀(jì)90 年代，由于年久失修，加之坡度較小，管道截面3/4 被淤堵，基本失去排水能力。

（3）雨水管道流行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，排水效率降低。以柳泉路東側(cè)管道為例，自中潤(rùn)大道開(kāi)始，向北一直到濟(jì)青高速，再向西排至豬龍河，排水路徑全長(zhǎng)5.0 km。而此處完全可以通過(guò)魯泰大道直接向西排入豬龍河，排水路由長(zhǎng)2.5 km。因此，積水路段的排水分區(qū)亟待優(yōu)化。

（4）南營(yíng)生活區(qū)、亞運(yùn)村生活區(qū)、北營(yíng)生活區(qū)局部管網(wǎng)向東排入澇淄河，而澇淄河的河道水位較高，在降雨超過(guò)50 mm/h 時(shí)，河水發(fā)生倒灌，倒灌后的河水仍然會(huì)沿道路自東向西進(jìn)入柳泉路沿線。

（5）柳泉路東側(cè)有現(xiàn)狀2100 mm×2000 mm 的污水主干管，匯水面積約1200 hm2，由于位于中心城區(qū)的下游，該管道常年高水位運(yùn)行，受上游雨污混流的影響，降雨時(shí)，大量區(qū)域外的雨水混入污水管道，并從檢查井冒出，一定程度上增加了該路段的積水風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 河道因素

積水路段東側(cè)為澇淄河（見(jiàn)圖5），距離700～1500 m 不等，西側(cè)為豬龍河（見(jiàn)圖6），距離1200～2000 m 不等，由于區(qū)域地勢(shì)東高西低，故西側(cè)豬龍河為主要受納水體。

圖5 澇淄河現(xiàn)狀河道

圖6 豬龍河現(xiàn)狀河道

豬龍河為梯形斷面，下底寬24.0 m，上口寬32.0 m，河深3.2 m，水深2.9 m。區(qū)域內(nèi)河道縱坡1‰左右，過(guò)流能力170 m3/s，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)100 a 一遇。由于豬龍河承擔(dān)上游大約80 km2山洪水行泄，致使該區(qū)域內(nèi)河道水位較高，全部排河干管為淹沒(méi)出流，管道排水能力大受影響。根據(jù)相關(guān)研究，對(duì)雨水管道淹沒(méi)壓力流計(jì)算可采用伯努利方程和達(dá)西公式進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，即如下計(jì)算公式[2]：

式中：i 為水頭損失坡度，m/m；h 為水頭損失，m；l 為雨水管道長(zhǎng)度，m；D 為雨水管道管徑，m；Q 為雨水管道流量，m3/s；n 為雨水管道粗糙系數(shù)。

根據(jù)水力學(xué)理論，上下游水位差ΔH 用來(lái)克服管道的水頭損失h，從而實(shí)現(xiàn)排水入河，忽略占比較小的流速水頭和壓強(qiáng)水頭。故對(duì)以上公式變形得到以下公式：

式中：ΔH 為上下游水位差，m。

為方便計(jì)算，內(nèi)澇積水條件下，ΔH 取起點(diǎn)地面高程（按1.0 m 覆土計(jì)算）與河道水位之差，另取l=1000 m，n=0.013，D=1.5 m，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 雨水管道在不同狀態(tài)下的排水能力

由表2 可看出，豬龍河河水頂托對(duì)管道排水能力影響很大，即使是相對(duì)于1/3 管道頂托情況下，完全淹沒(méi)出流管道流量也損失了50%，由此判斷，豬龍河河水頂托是造成該區(qū)域積水原因之一。

澇淄河為復(fù)式梯形斷面，下底寬8.0 m，上口寬16.0 m，河深3.1 m，水深2.8 m。區(qū)域內(nèi)河道縱坡1.5‰左右，過(guò)流能力64 m3/s，防洪標(biāo)準(zhǔn)不足20 a 一遇。澇淄河需要承擔(dān)上游93 km2的客水行洪，在遇到大于50 mm/h 的降雨時(shí)，河道發(fā)生漫溢，大量河水通過(guò)東西向道路和管網(wǎng)排入柳泉路，遠(yuǎn)超柳泉路雨水管網(wǎng)的收水能力。

2.4 沿線小區(qū)

積水路段沿線小區(qū)大多建設(shè)于上世紀(jì)90 年代，只有污水管網(wǎng)一套排水系統(tǒng)，雨水依靠地表徑流通過(guò)背街小巷和城市支路排入城市主次干道。降雨時(shí)，大量雨水從小區(qū)、單位門(mén)口或者支路口處排出，市政管網(wǎng)收水不迭，容易造成積水。以魏家莊生活區(qū)為例，匯入柳泉路的區(qū)域占地面積約90 hm2，區(qū)域內(nèi)僅在魏家路、西一巷、西二巷等背街小巷有60 個(gè)單箅雨水口，加上該區(qū)域柳泉路的60 個(gè)雨水口，共計(jì)120個(gè)。而要滿足區(qū)域內(nèi)5 a 一遇降雨的收水要求，按徑流系數(shù)0.5，單箅雨水口過(guò)流量20 L/s 計(jì)算，共計(jì)需要單箅雨水口約288 個(gè)，缺口為168 個(gè)。因此，若無(wú)小區(qū)和小巷層面的雨水管網(wǎng)建設(shè)，僅靠主次干道的雨水管網(wǎng)難以滿足區(qū)域內(nèi)地塊的收水及排水需求。

3 改造措施

以上積水原因中，地形因素這一客觀條件短期內(nèi)無(wú)法改變。要解決該路段的積水問(wèn)題，也無(wú)法通過(guò)單一的改造管網(wǎng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要河道、管網(wǎng)、小區(qū)等多方面的改造措施才能消除該區(qū)域的積水問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)50 a 一遇的排澇標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 整治河道

整治河道是改造積水路段的關(guān)鍵點(diǎn)，河道標(biāo)準(zhǔn)決定著區(qū)域防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)的底線值。根據(jù)《淄博市國(guó)土空間總體規(guī)劃》（2021—2035），淄博中心城區(qū)2035 年規(guī)劃總?cè)丝跒?41 萬(wàn)人。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100～200 a，結(jié)合區(qū)域現(xiàn)狀及發(fā)展，確定豬龍河和澇淄河的防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a 一遇。根據(jù)先急后緩的原則，近期對(duì)澇淄河進(jìn)行整治，遠(yuǎn)期對(duì)豬龍河進(jìn)行整治，整治范圍均為中心城區(qū)及其下游段，澇淄河長(zhǎng)度約20.0 km，豬龍河長(zhǎng)度約15.0 km，其主要整治內(nèi)容包括河道建設(shè)，排污口改造封堵，道路橋梁拓寬改造，架空管線落地，景觀提升等。其中與排水防澇有關(guān)的整治原則如下：

（1）河道平面布置根據(jù)現(xiàn)狀河道走向，結(jié)合兩岸的建筑物情況確定河道設(shè)計(jì)控制線，保證治理河段與上下游河道的平順連接，做到順應(yīng)河勢(shì)，因河制宜，河線（包括河道設(shè)計(jì)控制線、左右岸河口線）應(yīng)力求平順，各變化河段應(yīng)平順相連，并與景觀地形自然過(guò)渡銜接。

（2）為滿足行洪要求，需要根據(jù)河道地質(zhì)及兩岸環(huán)境情況，采用擴(kuò)挖的方式增大河道的過(guò)流能力，盡可能降低河底標(biāo)高和防洪水位，減少河道對(duì)排水管網(wǎng)的頂托，用區(qū)域50 a 一遇的排澇標(biāo)準(zhǔn)來(lái)校核河道的防洪水位，嚴(yán)禁河水外溢或者倒灌。

（3）豬龍河和澇淄河均為季節(jié)性河道，為保證旱季河水流速和節(jié)約占地，河道采用復(fù)式斷面形式，主河槽采用矩形斷面，懸臂式鋼筋混凝土直擋墻，擋墻頂高按滿足50 a 一遇防洪水位控制。副河槽采用重力式混凝土擋墻和毛石擋墻，擋墻頂高程按滿足100 a 一遇防洪水位控制。主河槽擋墻與副河槽擋墻通常間距控制在2 m，局部節(jié)點(diǎn)增大間距，通過(guò)水生植物種植增加河道岸線景觀變化。澇淄河改造橫斷面見(jiàn)圖7。

圖7 澇淄河改造橫斷面（單位：cm）

3.2 提升管網(wǎng)

提升改造該區(qū)域內(nèi)的排水管網(wǎng)是解決積水問(wèn)題的重點(diǎn)，主要有以下幾方面：

（1）提高區(qū)域內(nèi)的雨水管網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，主次干道至少5 a 一遇，城市支路和背街小巷至少3 a 一遇。考慮老城地下空間有限和經(jīng)濟(jì)合理性，無(wú)法對(duì)全部管網(wǎng)進(jìn)行翻建，只能在利用現(xiàn)狀管網(wǎng)的前提下進(jìn)行局部改造。本項(xiàng)目考慮對(duì)單側(cè)管徑較小的支管進(jìn)行改造，改造以后道路兩側(cè)均為雨水主管，共同承擔(dān)地塊和路面排水（見(jiàn)圖8）。區(qū)域內(nèi)主次干道共利用現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)30.1 km，改造雨水管網(wǎng)18.3 km。

圖8 雨水管網(wǎng)改造示意圖

區(qū)域內(nèi)的城市支路和背街小巷也需同步開(kāi)展改造，在實(shí)現(xiàn)雨污分流改造的同時(shí)，提高雨水管網(wǎng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)域內(nèi)共改造城市支路和背街小巷14 條，共計(jì)7.7 km（見(jiàn)表3）。

表3 區(qū)域內(nèi)背街小巷改造列表

（2）優(yōu)化該區(qū)域的排水分區(qū)。一是在澇淄河改造結(jié)束前，暫不考慮排入澇淄河，從而避免倒灌。將排入澇淄河的管網(wǎng)臨時(shí)封堵，同時(shí)新建部分連通管將雨水導(dǎo)入排入豬龍河的管網(wǎng)。二是增加魯泰大道和蘭雁大道兩條排河通道，分擔(dān)濟(jì)青高速排河管道的壓力。將中潤(rùn)大道以北區(qū)域的匯水面積進(jìn)一步切分，實(shí)現(xiàn)雨水就近排河，提高排水效率。通過(guò)優(yōu)化排水分區(qū)，濟(jì)青高速排河管道的匯水面積由200 hm2減少為120 hm2，對(duì)應(yīng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)由1 a 一遇提高至5 a 一遇。

（3）為提高管道的使用效率，通過(guò)局部增加連通管實(shí)現(xiàn)新舊管網(wǎng)的互聯(lián)互通，區(qū)域內(nèi)共增加連通管17 處，一定程度上增加了管網(wǎng)的可靠性。另外，在小區(qū)、單位出入口等重點(diǎn)部位適當(dāng)增加雨水口的數(shù)量，保障關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的收水能力。標(biāo)準(zhǔn)路段將雨水口流量按照管道設(shè)計(jì)流量的3～4 倍設(shè)置冗余度，應(yīng)對(duì)道路范圍以外大量通過(guò)地表徑流排向路面的雨水。

3.3 改造小區(qū)

區(qū)域內(nèi)已有15 個(gè)老舊小區(qū)進(jìn)入改造計(jì)劃（見(jiàn)表4）。當(dāng)務(wù)之急就是建設(shè)嚴(yán)格的雨污分流體制，實(shí)現(xiàn)雨水排河、污水進(jìn)廠，避免由于雨污混流造成的徑流污染和污水系統(tǒng)的超負(fù)荷運(yùn)行。同時(shí)，區(qū)域外的小區(qū)也應(yīng)逐步進(jìn)行雨污分流改造。

表4 區(qū)域內(nèi)老舊小區(qū)改造列表

3.4 海綿城市

海綿城市理念強(qiáng)調(diào)源頭削減、過(guò)程控制、末端調(diào)蓄。而對(duì)于本積水路段，源頭削減同樣重要。

對(duì)于豬龍河、澇淄河等有客水匯入的河道，在流域地形無(wú)法改變的情況下，首要的控制指標(biāo)就是流域范圍內(nèi)的年徑流總量控制率，通過(guò)減小徑流系數(shù)來(lái)控制洪峰流量，盡可能減弱河道對(duì)排水管網(wǎng)的頂托作用。根據(jù)《淄博市主城區(qū)海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》，豬龍河片區(qū)年徑流總量控制率為71.3%，澇淄河片區(qū)為74.7%，以上指標(biāo)依次分解納入控制性詳細(xì)規(guī)劃、修建性詳細(xì)規(guī)劃，最終落實(shí)到宗地的規(guī)劃設(shè)計(jì)條件，指導(dǎo)具體設(shè)計(jì)和施工[3]。

老舊小區(qū)改造過(guò)程中，不少小區(qū)為解決停車難的問(wèn)題，將大量綠化帶改造為停車位。由此造成小區(qū)內(nèi)的徑流系數(shù)急劇增大。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，改建后相同設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的徑流量不得超過(guò)原徑流量。這就要求在硬化面積確需增加的情況下，增加對(duì)應(yīng)數(shù)量的滲透、調(diào)蓄設(shè)施，從而控制徑流量。需要指出的是，以上規(guī)定為強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格執(zhí)行。小區(qū)的改建應(yīng)當(dāng)采用低影響開(kāi)發(fā)理念，容積率和硬化面積的增加不應(yīng)當(dāng)由市政管網(wǎng)的不斷擴(kuò)建與之相適應(yīng)。為保證實(shí)施效果，建議將徑流量作為竣工驗(yàn)收或者撥款支付的約束條件，以此強(qiáng)制各參建單位執(zhí)行。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著短時(shí)強(qiáng)降雨的頻發(fā)和人們對(duì)美好人居環(huán)境的不斷追求，越來(lái)越多的內(nèi)澇問(wèn)題暴露在攝像頭下。而排水防澇工程整體性和系統(tǒng)性較強(qiáng)，往往無(wú)法通過(guò)單一手段或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)解決。對(duì)于一個(gè)路段積水，其原因可能是多種多樣，也可能在幾公里以外。因此，解決內(nèi)澇需要具體問(wèn)題全面分析，抽絲剝繭，逐步推進(jìn)[4]。

柳泉路的積水路段改造涉及降水、地形、小區(qū)、管網(wǎng)、河道等多個(gè)因素，需要將積水區(qū)域作為整體考慮，采用源頭削減、過(guò)程控制、末端治理全過(guò)程措施方可消除積水，達(dá)到內(nèi)澇防治的要求。這個(gè)過(guò)程需要?dú)庀?、社區(qū)、城管、城建、水利等多部門(mén)共同參與，通力協(xié)作。如此，才能切實(shí)提高增強(qiáng)城市防洪排澇能力，把淄博市建成應(yīng)對(duì)內(nèi)澇災(zāi)害的韌性城市。