智慧城市排水防澇系統(tǒng)改造優(yōu)化創(chuàng)新研究

【摘要】隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市內(nèi)澇問題日益凸出，嚴(yán)重影響城市居民生活和城市可持續(xù)發(fā)展。文中從分析城市內(nèi)澇形成原因入手，剖析了城市排水系統(tǒng)在內(nèi)澇防治中的關(guān)鍵作用。通過對某市排水管網(wǎng)改造進(jìn)行研究，總結(jié)了老城區(qū)排水設(shè)施改造的經(jīng)驗(yàn)，并對新城區(qū)排水防澇體系的構(gòu)建提出了優(yōu)化建議。研究結(jié)果表明，系統(tǒng)推進(jìn)海綿城市建設(shè)、完善城市排水防澇規(guī)劃、加強(qiáng)施工質(zhì)量管理是提升城市排水系統(tǒng)韌性、有效應(yīng)對內(nèi)澇災(zāi)害的關(guān)鍵舉措。

【關(guān)鍵詞】城市內(nèi)澇；排水系統(tǒng)；管網(wǎng)改造；施工管理

【中圖分類號】TU992 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）01-0088-03

0 引言

隨著氣候變化加劇，極端強(qiáng)降雨頻發(fā)，城市內(nèi)澇災(zāi)害嚴(yán)重影響群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和城市運(yùn)行。國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》明確提出，要因地制宜建設(shè)排水防澇設(shè)施，加快構(gòu)建從源頭減排、全過程控制、系統(tǒng)治理的城市排水防澇體系。這對于提升城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行管理水平，增強(qiáng)城市防災(zāi)減災(zāi)能力，保障群眾生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

1 城市內(nèi)澇的主要成因分析

1.1 極端降雨事件頻發(fā)

在全球氣候變暖大背景下，城市極端強(qiáng)降雨事件頻發(fā)，降雨強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長，這給城市排水系統(tǒng)帶來巨大考驗(yàn)。在RCP8.5高排放情景下，我國沿海城市的極端降雨量將比常年增加30%以上，頻繁的強(qiáng)降雨是引發(fā)城市內(nèi)澇的直接原因。

1.2 快速城市化導(dǎo)致不透水面積劇增

隨著城市化進(jìn)程加快，城市建設(shè)用地規(guī)模不斷擴(kuò)張，道路、廣場、樓宇屋頂?shù)炔煌杆娣e不斷增加。我國超大城市的不透水面積比例已超過75%，大量的不透水鋪裝改變了城市水文特征，加速了地表徑流的匯集，大幅增加了城市排水管網(wǎng)的壓力，從而加大了城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 老城區(qū)排水設(shè)施老化

我國許多城市的地下排水管網(wǎng)建于20世紀(jì)五六十年代，管道的材質(zhì)、口徑、布局等方面已無法滿足當(dāng)前排水需求。國內(nèi)城市排水管道平均使用年限已超過30年，部分城市的落后管段比例高達(dá)60%。由于管道老化失修、阻塞破損，導(dǎo)致排水能力嚴(yán)重下降，遇強(qiáng)降雨時(shí)極易引發(fā)內(nèi)澇。

1.4 超標(biāo)準(zhǔn)降雨超出管網(wǎng)設(shè)計(jì)能力

我國現(xiàn)行的城市排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期一般在1～3年，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。隨著極端天氣事件增多，50年一遇、100年一遇的特大暴雨頻頻來襲，現(xiàn)有的排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已難以應(yīng)對，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)大幅增加。2012年“北京7 .21特大暴雨”降水量超過500 mm，接近200年一遇，現(xiàn)有管網(wǎng)的設(shè)計(jì)能力完全無法應(yīng)對。

1.5 海綿城市建設(shè)推進(jìn)緩慢

海綿城市的概念強(qiáng)調(diào)保護(hù)自然、恢復(fù)生態(tài)、適應(yīng)未來，注重雨水的現(xiàn)場消耗和凈化。通過建設(shè)、恢復(fù)、改造一系列滲、滯、蓄、凈、用、排的海綿設(shè)施，可有效削減徑流，緩解排水壓力。但目前我國真正達(dá)到海綿城市標(biāo)準(zhǔn)的面積僅為城市建成區(qū)面積的10%左右，加之后期維護(hù)不到位，實(shí)際效果有限，亟須加快推進(jìn)。

2 排水系統(tǒng)在城市內(nèi)澇防治中的作用

2.1 排水系統(tǒng)是城市內(nèi)澇的關(guān)鍵輸送通道

城市排水系統(tǒng)是由管網(wǎng)、泵站、調(diào)蓄池等設(shè)施組成的龐大網(wǎng)絡(luò)，肩負(fù)著輸送、收集、處理雨污水的重任。一旦遭遇超標(biāo)準(zhǔn)降雨，排水系統(tǒng)的輸送能力是決定內(nèi)澇發(fā)生與否的關(guān)鍵因素。因此，提高排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化管網(wǎng)布局，加大管徑，充分挖掘管道輸送潛力，是提升城市排澇能力的重中之重。

2.2 排水防澇設(shè)施是內(nèi)澇治理的壓艙石

面對日益加劇的極端降雨和內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，單純依靠傳統(tǒng)的排水管網(wǎng)已難以應(yīng)對，必須充分發(fā)揮調(diào)蓄、凈化等附屬設(shè)施的作用。例如通過建設(shè)調(diào)蓄池，可在暴雨來臨前預(yù)先空出庫容，削減洪峰。通過建設(shè)雨水花園、下凹式綠地等，可就地消納雨水，減輕管網(wǎng)負(fù)擔(dān)。這些多元化的排水防澇設(shè)施是應(yīng)對內(nèi)澇的重要屏障。

2.3 智慧排水是提升排水系統(tǒng)韌性的新引擎

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，智慧化已成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要方向。通過在排水管網(wǎng)、泵站等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)布設(shè)水位、流量傳感器，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、精準(zhǔn)調(diào)度和科學(xué)預(yù)警，可大幅提升排水系統(tǒng)適應(yīng)極端天氣的韌性?；诖髷?shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，可為排水設(shè)施改造和風(fēng)險(xiǎn)防控提供精準(zhǔn)指引。

3 老城區(qū)排水管網(wǎng)改造分析

3.1 項(xiàng)目概況

以某市老城區(qū)為例，該區(qū)現(xiàn)有排水管網(wǎng)總長度約250 km，普遍存在管徑偏小、材質(zhì)落后、接口滲漏等問題，排水能力不足30 mm/h，遠(yuǎn)低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。且雨污合流比例高達(dá)85%，導(dǎo)致內(nèi)澇頻發(fā)，亟須改造。為此，當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門啟動(dòng)了排水管網(wǎng)系統(tǒng)化改造項(xiàng)目，計(jì)劃用5年時(shí)間完成全部老舊管段的修復(fù)，全面實(shí)現(xiàn)雨污分流，改造后排水能力達(dá)75 mm/h。

3.2 改造思路與技術(shù)路線

本項(xiàng)目堅(jiān)持問題導(dǎo)向、因地制宜、務(wù)實(shí)管用的原則，根據(jù)不同區(qū)域、不同管段的情況，采取差異化的改造策略。對于破損嚴(yán)重、功能基本喪失的管段，采取就地打開、全線更換的方式，選用高質(zhì)量的鋼筋混凝土管取代原有管道，進(jìn)行全新鋪設(shè)。對于局部損壞、堵漏的管道，采取CIPP紫外線固化修復(fù)技術(shù)，在不開挖道路的前提下完成修復(fù)，并確保達(dá)到新管道的使用標(biāo)準(zhǔn)。對于管徑偏小但尚無滲漏的管道，通過定向鉆井方式敷設(shè)新管，利用原有管道形成雙管結(jié)構(gòu)，顯著提升排水能力。借助城中村改造的契機(jī)，對背街小巷的破舊管網(wǎng)進(jìn)行同步改造升級。經(jīng)過科學(xué)論證，最終形成了分類施策、聯(lián)動(dòng)推進(jìn)、全面革新的系統(tǒng)化改造方案。

3.3 質(zhì)量控制與進(jìn)度管理

管網(wǎng)改造涉及面廣、工期緊、協(xié)調(diào)難度大，必須嚴(yán)格把控工程質(zhì)量。為此，施工單位成立了以項(xiàng)目經(jīng)理為主管的質(zhì)量管理小組，實(shí)施貫穿設(shè)計(jì)、采購、施工、驗(yàn)收的全過程質(zhì)量管理體系。建立質(zhì)量例會(huì)制度，及時(shí)協(xié)調(diào)解決質(zhì)量問題。組織開展工序交接檢查，對關(guān)鍵部位、關(guān)鍵工序?qū)嵭信哉颈O(jiān)理，確保每個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)格把控。為保證工期，項(xiàng)目部采取5+2白加黑方式，搶抓施工黃金期，同時(shí)優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，科學(xué)配置資源、超前謀劃、合理穿插，確保多個(gè)工作面齊頭并進(jìn)。此外，項(xiàng)目部每天召開調(diào)度會(huì)，盯緊進(jìn)度計(jì)劃執(zhí)行，對照計(jì)劃及時(shí)找差距、補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)。

3.4 協(xié)調(diào)配合與效果評估

管網(wǎng)改造涉及住建、水務(wù)、城管、交通、電力等多個(gè)部門，需要通力協(xié)作。項(xiàng)目部牽頭建立了市領(lǐng)導(dǎo)包干、部門聯(lián)席會(huì)議制度，及時(shí)協(xié)調(diào)各方訴求，形成合力。提前與交警部門對接，制定交通導(dǎo)改方案，及時(shí)發(fā)布改造信息，減少對居民出行的影響。組織開展管線普查和綜合驗(yàn)證，編制地下管線圖，避免盲目開挖，減少對其他管線的破壞。經(jīng)過3年的不懈努力，全區(qū)90%以上的老舊管網(wǎng)完成改造，新建管線120 km，改造管段5處，新增調(diào)蓄能力20 000 m3，初步形成較為完善的源頭控制、過程削峰、末端排放的排水防澇體系。據(jù)測算，改造后中心城區(qū)的排澇標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)50年一遇，遠(yuǎn)期可達(dá)100年一遇，基本滿足防澇需求。通過系統(tǒng)改造，有效消除了23處易澇點(diǎn)，極大降低了城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，切實(shí)增強(qiáng)了群眾的獲得感和安全感。

4 新城區(qū)排水防澇規(guī)劃的思考

4.1 強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)并進(jìn)行系統(tǒng)布局

隨著新型城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，新城新區(qū)建設(shè)蓬勃發(fā)展。與存量改造相比，增量建設(shè)是更好貫徹新發(fā)展理念、體現(xiàn)規(guī)劃前瞻性的關(guān)鍵。在新城區(qū)規(guī)劃建設(shè)中，必須將內(nèi)澇防治納入城市總體布局。參照國家新頒布的《城市排水防澇設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，根據(jù)不同區(qū)域特點(diǎn)，科學(xué)論證、核定排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)劃階段要加強(qiáng)排水防澇專項(xiàng)規(guī)劃，明確排水管線的走向、坡度、管徑等關(guān)鍵參數(shù)，確保設(shè)計(jì)科學(xué)合理。并同步開展豎向設(shè)計(jì)，預(yù)留管線敷設(shè)空間。水務(wù)部門要充分發(fā)揮前端把關(guān)作用，從嚴(yán)審查控制性詳規(guī)和建設(shè)工程規(guī)劃方案，從源頭為高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)排水防澇設(shè)施保駕護(hù)航。立足新城區(qū)的地形地貌特征，超前開展雨洪問題研判和預(yù)警，針對易澇點(diǎn)、低洼區(qū)，周密設(shè)防，科學(xué)確定藍(lán)線、紅線，為防洪排澇預(yù)留足夠空間。要充分考慮占、補(bǔ)、平衡，結(jié)合公園綠地、城市湖泊、自然濕地等用地布局雨水調(diào)蓄設(shè)施，最大限度實(shí)現(xiàn)雨水就地消納、自然積存、緩慢滲透。排水防澇設(shè)施建設(shè)應(yīng)與城市開發(fā)時(shí)序相匹配，先地下、后地上，確保排水防澇設(shè)施超前建設(shè)、同步到位[1]。

4.2 完善設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

新城區(qū)建設(shè)必須嚴(yán)格貫徹落實(shí)雨污分流制度，堅(jiān)決摒棄過去粗放式的合流制排水模式。按照不同性質(zhì)和用途，對雨水、污水實(shí)施分類收集、分質(zhì)處理、分流排放，最大限度減少初期雨水污染。在具體設(shè)計(jì)中，要科學(xué)選擇排水管材，根據(jù)水力、水質(zhì)條件，因地制宜地選用HDPE、UPVC、玻璃鋼等新型管材，最大程度降低管道滲漏風(fēng)險(xiǎn)，提高管網(wǎng)使用壽命。在管徑選擇上，要對標(biāo)新標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)先選擇大斷面管道，顯著提升排水能力，新建管網(wǎng)的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期不得低于30年一遇標(biāo)準(zhǔn)。在線形布置上，要合理控制管段長度，嚴(yán)格執(zhí)行國家關(guān)于雨水、污水管線最小縱坡的強(qiáng)制性規(guī)定，確保匯流迅速、排放通暢，杜絕病害水和死水區(qū)。高度重視雨污分流過程中的接駁問題，要加大檢查井密度，嚴(yán)格落實(shí)一戶一井管網(wǎng)連通要求，防止錯(cuò)接、混接和漏接。要合理設(shè)置溢流井，將溢流堰高度適度加大至300 mm以上，最大限度降低錯(cuò)接風(fēng)險(xiǎn)。在支管與主管的交接處、易發(fā)生紊流的管段，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流構(gòu)筑物，減少沉積，強(qiáng)化管道的自凈能力。從嚴(yán)把控每一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，筑牢排水管網(wǎng)這一城市生命線的安全屏障[2]。

4.3 推進(jìn)海綿城市建設(shè)

新城區(qū)建設(shè)要以構(gòu)建小雨不積水、大雨不內(nèi)澇的韌性城市為目標(biāo)，全面貫徹落實(shí)海綿城市理念，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先，推動(dòng)滲、滯、蓄、凈、用、排等設(shè)施措施融入城市規(guī)劃、建設(shè)、管理的全過程。要塑造源頭減排、過程削峰、末端排放的一體化格局。在土地利用上，要大幅提高綠地率和水體率，科學(xué)確定不透水面比例，通過增加綠色敞開空間，最大限度地減少城市地表徑流。在基礎(chǔ)設(shè)施布局上，要系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)滲、滯、蓄、凈等設(shè)施，結(jié)合道路、綠地、建筑等空間大力建設(shè)雨水花園、植草溝、海綿停車場、屋頂綠化等滲滯設(shè)施，打造自然積存、自然滲透的綠色海綿。合理布置調(diào)蓄池、濕地公園等蓄水設(shè)施，發(fā)揮雨水收集、調(diào)蓄、凈化等功能。平時(shí)，這些設(shè)施可作為美化環(huán)境、休閑健身的親水空間，一旦遭遇強(qiáng)降雨，可轉(zhuǎn)換為應(yīng)急蓄水空間，最大限度削減洪峰流量。統(tǒng)籌考慮雨水回用和排放問題，嚴(yán)格落實(shí)雨水利用設(shè)施建設(shè)要求，推動(dòng)建筑與小區(qū)、市政與園林的雨水資源協(xié)同利用，充分利用滯留雨水開展污染控制和資源化利用，建設(shè)雨水調(diào)蓄凈化池、人工濕地等設(shè)施，實(shí)現(xiàn)初期雨水的收集處理和回用，緩解城市供排水壓力。通過一體化設(shè)計(jì)多種措施，構(gòu)筑起城市排水防澇的第二蓄水空間，為城市安全提供多重保障[3]。

4.4 強(qiáng)化智慧管理

新城區(qū)建設(shè)要順應(yīng)科技革命趨勢，借助現(xiàn)代信息技術(shù)提升排水防澇管理的精準(zhǔn)性和高效性。加快構(gòu)建全覆蓋、全天候、立體化的城市排水監(jiān)測感知體系，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、北斗定位等技術(shù)手段，在城市排水管網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)廣泛布設(shè)水位、流量、水質(zhì)等傳感監(jiān)測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水情的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，為調(diào)度決策提供科學(xué)依據(jù)。利用視頻監(jiān)控、機(jī)器視覺等技術(shù)，對重點(diǎn)水體周邊、泵站等排水設(shè)施開展智能化監(jiān)管，及時(shí)發(fā)現(xiàn)漂浮物阻塞等異常情況。結(jié)合衛(wèi)星遙感、無人機(jī)等數(shù)據(jù)資源，動(dòng)態(tài)監(jiān)測和評估全市雨洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，為內(nèi)澇防治提供數(shù)字化支撐[4]。

強(qiáng)化大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)在排水管理中的應(yīng)用，通過加載GIS、BIM等數(shù)字化管理工具，構(gòu)建城市地下排水管網(wǎng)三維數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)設(shè)施的全生命周期管理?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法進(jìn)行管網(wǎng)健康評估，自動(dòng)識(shí)別故障風(fēng)險(xiǎn)并預(yù)警，提供精準(zhǔn)的檢修指引。建立多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合機(jī)制，對氣象、水文、用戶投訴等數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，提升內(nèi)澇預(yù)測能力。建設(shè)智慧調(diào)度指揮系統(tǒng)，以排水SCADA軟件為核心，整合GIS、視頻監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析等模塊，形成統(tǒng)一的智慧排水防澇平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和可視化管理。建立泵站遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，根據(jù)降雨徑流實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)度泵站、閘閥等關(guān)鍵設(shè)備，最大限度發(fā)揮排水系統(tǒng)的效能。制定臺(tái)風(fēng)暴雨應(yīng)急預(yù)案，明確不同降雨等級下的應(yīng)急響應(yīng)流程，科學(xué)調(diào)控、優(yōu)化利用城市綠地、湖泊濕地等調(diào)蓄空間，有序應(yīng)對極端強(qiáng)降雨[5]。

5 結(jié)語

城市內(nèi)澇災(zāi)害關(guān)系到城市安全發(fā)展和群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，必須保持居安思危的政治清醒和責(zé)任擔(dān)當(dāng)，堅(jiān)持底線思維，增強(qiáng)憂患意識(shí)，把內(nèi)澇治理作為一項(xiàng)重大的民生工程、發(fā)展工程來落實(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張春洋，王家卓，劉冠琦，等.香港城市內(nèi)澇治理經(jīng)驗(yàn)及啟示[J].中國給水排水，2023，39（24）：1-7.

[2] 時(shí)艷婷，趙建超，丁國尚.城市內(nèi)澇治理與雨污分流改造措施[J].中國住宅設(shè)施，2023（3）：121-123.

[3] 李賽鵬.市政給排水施工的頂管技術(shù)應(yīng)用分析[J].建筑技術(shù)研究，2023，6（2）：37-39.

[4] 薛峰，呂峰，李婷，等.市政排水管道數(shù)字探測免開挖機(jī)器臂修復(fù)技術(shù)[J].施工技術(shù)（中英文），2023，52（1）：44-47.

[5] 張欣.市政排水管道造價(jià)的快速估算模型數(shù)值算法分析[J].給水排水，2023（S1）：840-845.

[作者簡介]麻芳（1984—），女，遼寧鐵嶺人，碩士研究生，工程師，研究方向：市政排水。