葉曉東，馮國光

(寧波市規(guī)劃設(shè)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(guān)標準分析

葉曉東，馮國光

(寧波市規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江寧波 315040)

城市內(nèi)澇防治是系統(tǒng)性工程，明確相關(guān)標準是內(nèi)澇防治工程推進的基礎(chǔ)。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(shè)計重現(xiàn)期和城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治設(shè)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(nèi)澇防治;標準;寧波市中心城

0 前言

近年來，國內(nèi)多個城市發(fā)生了不同程度的內(nèi)澇災(zāi)害，城市積水嚴重，對城市運行和人民群眾生產(chǎn)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(fēng)和2013年“菲特”臺風(fēng)帶來的強降雨造成城區(qū)內(nèi)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(fēng)帶來的強降雨，導(dǎo)致城區(qū)交通癱瘓，大量居民住宅進水，造成了巨大的經(jīng)濟損失。

為有效解決當前影響較大的嚴重積水內(nèi)澇問題，避免因暴雨內(nèi)澇造成人員傷亡和重大財產(chǎn)損失，國務(wù)院辦公廳下發(fā)了《關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知》(國辦發(fā)［2013］23號)，《通知》對城市排水防澇設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)提出了明確的要求:力爭用5 a時間完成排水管網(wǎng)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(nèi)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(shè)。

1 中心城雨水排放［1-3］

從降雨到徑流產(chǎn)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(xué)下的市政工程分支領(lǐng)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(xué)研究領(lǐng)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(wǎng)布局等內(nèi)容，目的是將地面雨水快速排至受納水體，不在地面產(chǎn)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(jié)合中心城河網(wǎng)密布的特點，雨水通過管道先就近排入內(nèi)河，再通過內(nèi)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(wù)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(wǎng)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(nèi)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(dǎo)致內(nèi)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(nèi)河水位，容納雨水排入。另一方面，在臺風(fēng)或強降雨來臨前，通過降低內(nèi)河水位以增加內(nèi)河調(diào)蓄能力，提升城市調(diào)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(nèi)(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(guān)規(guī)范解讀

與排水(雨水)防澇體系相關(guān)的規(guī)范主要為《防洪設(shè)計規(guī)范，2012》(以下簡稱《防洪規(guī)范》)和《室外排水設(shè)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(guān)標準

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

表1 城市防洪工程等別

根據(jù)城市防洪工程等別、災(zāi)害類型，城市防洪工程設(shè)計標準見表2。澇水設(shè)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(shè)計標準

2.2 《排水規(guī)范,2014版》相關(guān)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(shè)計。

城市排水設(shè)計中標準高低之分主要體現(xiàn)在設(shè)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(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、城鎮(zhèn)類型、地形特點和氣候特征等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后進行取值，見表3。

表3 雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期標準

《排水規(guī)范，2014版》新增并明確了內(nèi)澇防治系統(tǒng)的概念:用于防止和應(yīng)對城鎮(zhèn)內(nèi)澇的工程性設(shè)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(diào)蓄、行泄、處理和利用的天然和人工設(shè)施以及管理措施等，見表4。

表4 內(nèi)澇防治設(shè)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(shè)主體也不同，前端為城市排水(雨水)系統(tǒng)，屬城建部門建設(shè)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(guān)聯(lián)性。但是管道設(shè)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(shè)計暴雨歷時也有顯著差別，兩者無法統(tǒng)一，建立定量關(guān)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(shè)過程中，確實存在著水利部門主導(dǎo)的排澇系統(tǒng)和城建部門主導(dǎo)的排水(雨水)系統(tǒng)邊界條件不清、建設(shè)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(nèi)河是城市排水的核心，也是管理權(quán)屬的分界點。對于各系統(tǒng)，一方面內(nèi)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(shè)最重要的目標就是控制城市內(nèi)河水位。因此，需要確定合理的水位作為系統(tǒng)建設(shè)的邊界。

綜合各系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀、規(guī)劃、城市豎向等各方面因素，建議以城市設(shè)防標準的控制水位，即澇水位為邊界條件。水利部門應(yīng)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(shè)，達到設(shè)防標準;城建部門應(yīng)按澇水位作為城市排水(雨水)系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)的不利條件，同時考慮作為城市低洼地段界定標準的基礎(chǔ)。

4 寧波市中心城排水(雨水)防澇體系相關(guān)標準分析

4.1 流域排澇標準

結(jié)合寧波城市的社會經(jīng)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(nèi)河進入城市內(nèi)部，傳統(tǒng)的“排澇”概念在寧波并不適用，需要遵循內(nèi)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(jié)合”理念是城市內(nèi)澇治理的重要指導(dǎo)思想之一，城市需要建設(shè)調(diào)蓄工程體系來提升排澇能力，調(diào)蓄工程體系建設(shè)主要通過有效控制水面率和結(jié)合城市大型廣場、公園綠地建設(shè)多功能調(diào)蓄設(shè)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(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期

結(jié)合寧波市中心城規(guī)模，城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期標準為50 a，同雨水管渠設(shè)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(yīng)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(shè)計的雨水管網(wǎng)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(nèi)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(diào)研也發(fā)現(xiàn)，臺風(fēng)期間豎向高于內(nèi)河水位的區(qū)域運轉(zhuǎn)基本正常。

強排區(qū)域:現(xiàn)狀按一年一遇設(shè)計的雨水管網(wǎng)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(fēng)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(jié)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(shè)計重現(xiàn)期取值表

直排區(qū)域雨水管網(wǎng)設(shè)計按上述標準采用推理公式法計算雨水設(shè)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(jié)合周邊地形地貌采用數(shù)學(xué)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(wǎng)匯流過程，采用數(shù)學(xué)模型法計算雨水設(shè)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(wǎng)模擬校核表明:按P=3設(shè)計雨水管網(wǎng)，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(nèi)澇防治期內(nèi)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(shè)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(shè)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(shù)作為低影響開發(fā)的控制要素，通過調(diào)研城市現(xiàn)狀各類用地綜合徑流系數(shù)和采用相關(guān)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(shè)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(jié)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(jù)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(jié)合兩側(cè)建筑豎向綜合考慮確定;城市重要基礎(chǔ)設(shè)施如應(yīng)急通道、水廠、變電站等應(yīng)結(jié)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(chǔ)設(shè)施如應(yīng)急通道、水廠、變電站等應(yīng)結(jié)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(shè)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(wǎng)系統(tǒng)不完善而導(dǎo)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(nèi)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(jié)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(shè)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(diào)研確定。強排區(qū)需結(jié)合現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)建模，按內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期50 a及表3的要求確定。

5 結(jié)語

內(nèi)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(shè)包括排水(雨水)系統(tǒng)建設(shè)、排澇系統(tǒng)建設(shè)、調(diào)蓄工程建設(shè)、低影響開發(fā)建設(shè)、豎向控制系統(tǒng)和低洼地段改造等方方面面內(nèi)容，各項標準的明確是城市內(nèi)澇防治工作推進的基礎(chǔ)。

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(nèi)澇問題的手段，城市內(nèi)澇防治需要在系統(tǒng)規(guī)劃、統(tǒng)籌建設(shè)、轉(zhuǎn)變理念等方面做好工作，建立城市內(nèi)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(diào)蓄等各項建設(shè)，推進低影響開發(fā)建設(shè)，使城市開發(fā)建設(shè)與內(nèi)澇防治相協(xié)調(diào)。

［1］ 香港特別行政區(qū)渠務(wù)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(diào)蓄技術(shù)［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(shè)計工作。