市政排水系統(tǒng)應(yīng)對暴雨積水的優(yōu)化措施研究

摘 要：對市政排水系統(tǒng)采取科學(xué)合理的優(yōu)化措施可以有效提高系統(tǒng)的耐用性及排水效率。該文以暴雨積水的實(shí)際案例為例，對其影響因素進(jìn)行總結(jié)分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施?；诓煌膬?yōu)化措施的對比得出，在單方案對比中，調(diào)蓄池對徑流總量和溢流總量的的控制效果最佳，且當(dāng)重現(xiàn)期p≥2時(shí)，4種措施對溢流總量的控制效果隨重現(xiàn)期的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。在組合方案對比中，4種組合方案對徑流總量的控制效果隨著重現(xiàn)期的增加而減小，且方案二和方案四的效果優(yōu)于方案一和方案三；對溢流總量的控制效果上，結(jié)合消減率的變化特點(diǎn)，方案四對溢流總量控制效果最好。

關(guān)鍵詞：排水系統(tǒng)；暴雨積水；溢流總量；重現(xiàn)期；徑流總量

中圖分類號：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）31-0157-04

Abstract： Taking scientific and reasonable optimization measures for municipal drainage systems can effectively improve the durability and drainage efficiency of the system. This paper takes the actual case of heavy rain and water accumulation as an example to summarize and analyze its influencing factors and propose corresponding optimization measures. Based on the comparison of different optimization measures，u/i62xqJ4Z8Q41dtNdJ3Cb6SoJfHVpS5TMTHODWfkTA= it is concluded that in the comparison of single schemes， the control effect of the regulation and storage tank on the total amount of runoff and overflow is the best， and when the return period p≥2， the control effects of the four measures on the total amount of overflow show a trend of increasing first and then decreasing with the increase of the return period; in the comparison of combined schemes， the control effects of the four combination schemes on the total amount of runoff decrease with the increase of the return period， and the effects of Scheme 2 and Scheme 4 are better than Scheme 1 and Scheme 3; in terms of the control effect of the total overflow amount， based on the changing characteristics of the reduction rate， the fourth option has the best effect on the total overflow amount control.

Keywords： drainage system; rainstorm water; total overflow; return period; total runoff

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，全球眾多城市面臨著氣候變化帶來的影響，特別是暴雨等極端天氣的頻發(fā)，對城市的基礎(chǔ)建設(shè)尤其是市政排水系統(tǒng)提出了更高的要求。市政排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與效能直接關(guān)系到城市運(yùn)行的穩(wěn)定性和居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。然而，現(xiàn)有的市政排水系統(tǒng)往往存在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際需求不一致、排水設(shè)施維護(hù)不足、應(yīng)急管理和預(yù)警系統(tǒng)不完善等問題，這些問題在暴雨期間顯得尤為突出，直接導(dǎo)致城市積水和內(nèi)澇頻發(fā)，給城市的運(yùn)行和居民的生活帶來嚴(yán)重影響[1]?？茖W(xué)地對市政排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取優(yōu)化措施，可以有效提高排水系統(tǒng)的耐用性及效率。因此，市政排水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對于有效應(yīng)對城市暴雨積水尤為重要。本文旨在深入探討市政排水系統(tǒng)在應(yīng)對暴雨積水時(shí)存在的問題，并提出針對性的解決措施，結(jié)合實(shí)際應(yīng)對暴雨積水的案例進(jìn)行分析，以期為城市規(guī)劃者提供應(yīng)對暴雨積水的建議和參考，共同構(gòu)建更加高效和可持續(xù)的城市排水系統(tǒng)。

1 市政排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)對暴雨積水影響因素

1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際需求不匹配

市政排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)決定了市政系統(tǒng)的排水能力，是確保排水系統(tǒng)有效運(yùn)行的前提。但是，有些城市在市政排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)未對當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和降雨模式進(jìn)行充分考慮，造成設(shè)計(jì)與實(shí)際情況不匹配的現(xiàn)象，可能導(dǎo)致該市政排水系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中無法有效應(yīng)對突發(fā)的暴雨事件。在設(shè)計(jì)時(shí)只依靠過往降雨數(shù)據(jù)，并未充分預(yù)測未來氣候變化可能帶來的一些極端暴雨情況。此外，隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展使得城市中硬質(zhì)地面增加，減少了雨水的入滲，從而增加了雨水徑流，如果在設(shè)計(jì)時(shí)未能適配這種變化，將導(dǎo)致在暴雨期間排水系統(tǒng)無法及時(shí)排放大量雨水，造成積水或內(nèi)澇的問題；同時(shí)，城市綠地的減少、不透水表面的增加及城市低洼地區(qū)的開發(fā)，都加劇了雨水徑流增加這一問題[2]。

1.2 排水設(shè)施維護(hù)不足

市政排水系統(tǒng)的有效運(yùn)行不僅取決于前期的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，還依賴于日常對排水系統(tǒng)的維護(hù)和管理。然而，在對市政排水系統(tǒng)實(shí)際的管理中，一些排水管道和排水設(shè)施因?yàn)槿狈Χㄆ诘那謇砗途S護(hù)而出現(xiàn)破損、堵塞等問題。這些問題會降低排水系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效率，特別是在暴雨期間無法達(dá)到設(shè)計(jì)的最大排水能力而造成積水和內(nèi)澇等問題。老舊城區(qū)的市政排水設(shè)施因年代久遠(yuǎn)、設(shè)備更新?lián)Q代不及時(shí)和管道內(nèi)沉積物較大，易造成一些設(shè)備故障或管道堵塞，更容易在極端天氣下出現(xiàn)故障。此外，市政排水系統(tǒng)的維護(hù)工作包括但不限于定期清理管道內(nèi)的沉積物、修復(fù)破損管道、更新老舊的排水設(shè)施等，同時(shí)還需要專業(yè)的技術(shù)人員和設(shè)備支持，但是在一些城市中，由于財(cái)政預(yù)算的限制或?qū)Τ鞘信潘到y(tǒng)工作的重要性認(rèn)識不足造成排水系統(tǒng)維護(hù)不及時(shí)，將導(dǎo)致一些排水系統(tǒng)問題無法及時(shí)解決而降低系統(tǒng)在暴雨期間的排水性能[3]。

1.3 應(yīng)急管理和預(yù)警系統(tǒng)不完善

在市政排水系統(tǒng)中即使設(shè)計(jì)系統(tǒng)維護(hù)良好，但是在暴雨等極端天氣事件面前仍需要有效的應(yīng)急管理和預(yù)警提示來及時(shí)響應(yīng)。目前部分城市的應(yīng)急管理和預(yù)警系統(tǒng)還不夠完善，如一些城市缺乏高效的積水檢測和預(yù)警機(jī)制，在暴雨來臨時(shí)無法及時(shí)通知到居民和相關(guān)部門來采取應(yīng)對措施；同時(shí)，一些城市可能應(yīng)急管理做得不足，造成應(yīng)急排水設(shè)施和物資儲備不足，在暴雨期間發(fā)生積水后無法快速采取有效的排水措施，從而加劇了內(nèi)澇的影響[4]。此外，應(yīng)急管理和預(yù)警系統(tǒng)的建立需要涉及氣象部門的降雨預(yù)報(bào)、城市管理部門的積水監(jiān)測、交通部門的應(yīng)急響應(yīng)等多個(gè)部門的協(xié)同合作，由于跨部門合作的復(fù)雜性及信息傳遞的延遲等問題和一些部門對暴雨預(yù)警的提示不夠重視，容易造成預(yù)警不及時(shí)、應(yīng)急管理不足等問題而增加排水系統(tǒng)的排水壓力。

2 市政排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)對暴雨積水的優(yōu)化措施

2.1 更新和完善設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 氣候適應(yīng)性優(yōu)化設(shè)計(jì)

對氣候進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)，重新評估和更新設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，邀請專家和組織專家團(tuán)隊(duì)對現(xiàn)有排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面的分析和審查，確保設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)能夠適應(yīng)當(dāng)前和未來的氣候條件；同時(shí)引用氣候模型預(yù)測技術(shù)，利用模型分析歷史降雨數(shù)據(jù)和未來氣候變化趨勢，提高設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度和排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重現(xiàn)期，確保能夠適應(yīng)極端暴雨情況。此外，在城市規(guī)劃中大力推廣和引入綠色基礎(chǔ)設(shè)施和低影響開發(fā)（LID）措施，如雨水花園、滲透性鋪裝、綠色屋頂?shù)葋碓黾佑晁淖匀粷B透和蓄存，同時(shí)對雨水循環(huán)流動過程進(jìn)行模擬，減少硬質(zhì)地面對水流的影響，進(jìn)而強(qiáng)化城市雨水管理能力。同時(shí)要加強(qiáng)排水與排澇2套系統(tǒng)的銜接，其中市政排水CJ2Rz/tLfoJEXkEREjTGUSwQE3idR9jXXN7cm/A0Sdg=系統(tǒng)與城市排澇系統(tǒng)的關(guān)系如圖1所示[5-6]。

2.1.2 城市化影響的分析

對雨水徑流系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，針對城市化導(dǎo)致的硬質(zhì)地面增加造成雨水徑流系數(shù)改變的問題，對雨水徑流系數(shù)進(jìn)行重新評估，同時(shí)在對新城區(qū)和老城區(qū)改造過程中優(yōu)先選用透水性材料和雨水收集系統(tǒng)，以此減少徑流對排水系統(tǒng)的壓力，確保排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠應(yīng)對增加的徑流。另外，在城市規(guī)劃和建設(shè)中，優(yōu)先考慮保護(hù)和增加綠地、濕地等，利用綠地和濕地作為天然的雨水調(diào)蓄空間來提高城市的雨水容量。同時(shí)，對于低洼地區(qū)和易積水區(qū)域進(jìn)行特殊排水設(shè)計(jì)，如增設(shè)額外的排水通道和調(diào)蓄設(shè)施；還可以采用先進(jìn)的排水技術(shù)和智能控制系統(tǒng)，以此提高排水效率。

2.1.3 增設(shè)雨水收集與利用系統(tǒng)

在市政排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)增設(shè)雨水收集與利用系統(tǒng)，利用該設(shè)施收集地面和屋頂?shù)挠晁?，并將雨水?jīng)過初步的過濾和處理后儲存起來，以備不時(shí)之需。該系統(tǒng)可以減少直接排入城市排水系統(tǒng)的雨水量，從而降低在暴雨期間排水系統(tǒng)的負(fù)荷；同時(shí)，被儲存起來的雨水可以用于城市綠化、沖廁、洗車等非飲用水的需求，從而達(dá)到既能節(jié)約水資源又能減輕排水系統(tǒng)壓力的作用，在提升城市排水能力的同時(shí)，進(jìn)一步改善了城市水資源的分級利用，實(shí)現(xiàn)了更合理和高效的水資源利用。

2.2 加強(qiáng)排水設(shè)施的維護(hù)和管理

2.2.1 制訂維護(hù)計(jì)劃

制訂并執(zhí)行定期的排水設(shè)施維護(hù)計(jì)劃，主要包括清理排水管道內(nèi)的垃圾和沉積物、檢測和修復(fù)破損的管道，使暴雨期間排水管道能排水通暢；同時(shí)在檢測管道時(shí)可以采用管道機(jī)器人和閉路電視檢測等先進(jìn)技術(shù)來提高維護(hù)工作的效率和準(zhǔn)確性。對老舊城區(qū)內(nèi)的排水系統(tǒng)進(jìn)行改造和設(shè)備更新，并且在更新和改造時(shí)引入新材料和新技術(shù)，提升排水管道的耐久性和抗破壞能力。

2.2.2 提供資金和人力資源保障

市政排水系統(tǒng)的維護(hù)需要大量的資金投入，所以要確保有足夠的財(cái)政預(yù)算可以用于排水系統(tǒng)的維護(hù)和管理，避免因?yàn)橘Y金不足導(dǎo)致的維護(hù)工作滯后；同時(shí)可以通過政府投資和社會資本合作（PPP）模式，吸引更多的資金投入到市政排水系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)中，以此減少因維護(hù)不足而造成的排水系統(tǒng)排水能力下降的問題。加大對專業(yè)維護(hù)人員的培訓(xùn)，通過定期的技能培訓(xùn)和新知識學(xué)習(xí)，提高維護(hù)人員的技能水平，以此提高維護(hù)工作的專業(yè)性和效率。

2.2.3 建立智能化排水防澇體系

智能化排水防澇體系是指運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，如傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等，實(shí)現(xiàn)對城市排水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和動態(tài)管理。該體系通過部署傳感器對降雨量、水位、流速等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，并利用計(jì)算平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和模擬，預(yù)測可能出現(xiàn)內(nèi)澇的區(qū)域，并根據(jù)預(yù)測情況自動調(diào)整排水設(shè)施的運(yùn)行，如啟動泵站或打開特定的排水口，做到快速響應(yīng)暴雨事件并減少內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 建立和完善應(yīng)急管理和預(yù)警系統(tǒng)

2.3.1 建立積水監(jiān)測及預(yù)警機(jī)制

暴雨期間積水的監(jiān)測至關(guān)重要，建立積水監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)對市區(qū)內(nèi)的積水進(jìn)行監(jiān)測，并利用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。同時(shí)，要加強(qiáng)與氣象部門的合作，并建立起暴雨預(yù)警系統(tǒng)，當(dāng)有暴雨等極端天氣時(shí)通過手機(jī)短信、手機(jī)應(yīng)用、社交媒體和公共廣播系統(tǒng)等及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，提前通知居民和相關(guān)部門采取預(yù)防措施。

2.3.2 完善應(yīng)急管理

在暴雨預(yù)警時(shí)，制定詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案，包括人員疏散、交通管制、緊急排水等措施，并且要準(zhǔn)備充足的應(yīng)急排水設(shè)備和物資，如移動泵車、沙袋等，特別是在一些關(guān)鍵區(qū)域和易積水區(qū)域設(shè)置應(yīng)急物資，確保在產(chǎn)生積水時(shí)能夠迅速投入使用。此外，在日常還需要開展定期應(yīng)急演練，以此提高應(yīng)急響應(yīng)的效率和協(xié)調(diào)性。

2.3.3 完善流域防洪工程體系

完善流域防洪工程體系，主要包括加固堤防、疏浚河道、建設(shè)和優(yōu)化蓄滯洪區(qū)、加強(qiáng)水庫和閘壩的調(diào)度等。這些完善措施可以增強(qiáng)流域洪水的整體調(diào)控能力，特別是在暴雨期間，通過合理規(guī)劃和布局，可以有效地控制洪水，減少因暴雨造成的洪澇災(zāi)害。此外，在對流域防洪工程體系進(jìn)行完善時(shí)，還需要提升河道泄洪能力、增強(qiáng)洪水調(diào)蓄能力、確保分蓄洪區(qū)功能等，從而形成多層次、全方位的防洪減災(zāi)體系。

3 市政排水系統(tǒng)應(yīng)對暴雨積水的設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)例

3.1 項(xiàng)目概況

以陜西西安某地區(qū)作為研究對象，首先，西安地區(qū)降水較大，經(jīng)常遭受暴雨，其主要環(huán)境原因是西安地處陜西盆地中部，地勢相對較低，氣候濕潤，易受降雨影響；其次，西安受東亞季風(fēng)的影響，夏季受到暖濕氣流的影響，易發(fā)生大范圍降水；再次，西安周邊有秦嶺和長白山等山脈環(huán)抱，使得濕空氣被強(qiáng)制上升形成地形降水；最后，全球氣候變暖也是引起雨水較大的重要原因。而西安一些地區(qū)由于排水系統(tǒng)年代久遠(yuǎn)加上城市化進(jìn)程的推進(jìn)，在遭受暴雨時(shí)系統(tǒng)損失程度較大，城市內(nèi)澇問題較嚴(yán)重。為了解決這一問題，現(xiàn)對該地區(qū)進(jìn)行排水優(yōu)化，以期為市政排水系統(tǒng)的性能提升提供更多的指導(dǎo)。

3.2 暴雨內(nèi)澇優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

為了解決該地區(qū)在暴雨期間的內(nèi)澇現(xiàn)象，對該地區(qū)設(shè)置下沉式綠地、綠色屋頂、透水鋪裝和調(diào)蓄池，首先對這4種不同方式下不同重現(xiàn)期的徑流總量和溢流總量控制效果進(jìn)行分析，其中對徑流總量的控制效果如圖2所示，對溢流總量的控制效果如圖3所示。通過圖2可以得出，不同方式下對徑流總量控制效果不同，其中調(diào)蓄池的消減率最大，下沉式綠地、透水鋪裝和調(diào)蓄池對徑流總量的調(diào)控效果隨重現(xiàn)期的增加而減少，綠色屋頂?shù)膹搅骺偭啃ЧS重現(xiàn)期的增加呈先減小后增加的趨勢?？偟膩砜?，除了調(diào)蓄池外下沉式綠地對徑流總量控制效果最佳。通過圖3可以看出，4種措施中調(diào)蓄池和綠色屋頂變化趨勢相似，且在重現(xiàn)期p≤3時(shí)對溢流總量的控制效果最好；當(dāng)重現(xiàn)期p≥2時(shí)，4種措施對溢流總量的控制效果隨重現(xiàn)期的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。

從圖2和圖3中可以看出，不同方案對徑流和溢流的控制效果不同，為了綜合各種方案的優(yōu)勢，對幾種方案進(jìn)行4種搭配組合，其中，方案一是下沉式綠地和綠色屋頂；方案二是下沉式綠地、綠色屋頂和透水鋪裝；方案三是下沉式綠地、綠色屋頂和調(diào)蓄池；方案四是下沉式綠地、綠色屋頂、透水鋪裝和調(diào)蓄池。對不同方案下對徑流總VAj610uKLypZ5gTnIfp1LtG140H6XDTCOkKhVhU6SwY=量和溢流總量的控制效果進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖4和圖5所示。由圖4可以得出，4種方案對徑流總量的控制均有效果，且對徑流總量的控制效果隨著重現(xiàn)期的增加而減小；并且，方案一和方案三的控制效果相同，方案二和方案四的_{C1nLYUUlWUGKuLLlYYAh1X4LrfphOKVxoeKsThbUvdA=}控制效果相同，方案二和方案四的效果優(yōu)于方案一和方案三。通過圖5可以得出，4種方案的變化波動較大，不同重現(xiàn)期控制效果不同，且方案一與方案二的控制效果基本呈下降趨勢，方案三與方案四的控制效果呈先降后升的趨勢；結(jié)合消減率的變化特點(diǎn)，對溢流總量控制效果最好的應(yīng)為方案四。

4 結(jié)論

本文旨在深入探討市政排水系統(tǒng)在應(yīng)對暴雨積水時(shí)存在的問題，并提出針對性的解決措施，結(jié)合實(shí)際應(yīng)對暴雨積水的案例進(jìn)行分析。具體結(jié)論如下：

1）下沉式綠地、綠色屋頂、透水鋪裝和調(diào)蓄池4種優(yōu)化措施對減少徑流總量皆有效果，其中調(diào)蓄池的效果最好，其次是下沉式綠地；4種措施在對溢流總量的控制效果上，調(diào)蓄池的效果最好，在重現(xiàn)期p≤3時(shí)，4種優(yōu)化措施的控制效果依次為調(diào)蓄池、綠色屋頂、下沉式綠地和透水鋪裝。

2）4種組合方案對徑流總量和溢流總量的減少都具有效果，其中在對徑流總量的控制中，方案二和方案四的效果更具優(yōu)勢；對溢流總量的控制效果上，4種組合方案的變化波動較大，其中方案四的波動相對平緩且方案四的消減率基本大于其他方案的消減率，總的來說，方案四對溢流總量控制效果最好。

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