武　鶴，李海英，葛　琪

(黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

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哈爾濱市城市內(nèi)澇防治體系的構(gòu)建

武鶴，李海英，葛琪

(黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

結(jié)合哈爾濱市的城市暴雨模型對哈爾濱城市內(nèi)澇風(fēng)險和排水能力進行評估。分析哈爾濱市易出現(xiàn)內(nèi)澇的區(qū)域和排水現(xiàn)狀。對采用先進的設(shè)計理念和科學(xué)手段構(gòu)建的哈爾濱市內(nèi)澇綜合防治體系進行探討，論證該框架體系的科學(xué)性和可操作性。

城市內(nèi)澇;排水系統(tǒng);防治體系;排水規(guī)劃

近年來，隨著極端惡劣天氣的增加，影響城市安全的內(nèi)澇問題日益受到公眾的關(guān)注。2008-08-25,上海市發(fā)生一場局部雨量超出百年一遇標準的強雷暴雨襲擊,造成中心城區(qū)150多條馬路積水，超過1.1萬戶民居家中進水，徐家匯等地一度交通嚴重擁堵[1]。2012-08-28，哈爾濱市受臺風(fēng)“布拉萬”和高空槽共同影響出現(xiàn)罕見強降雨和大風(fēng)天氣，市區(qū)降雨量為150.5 mm。降雨造成市區(qū)內(nèi)一些路段積水超過1 m，出現(xiàn)嚴重內(nèi)澇[2]。城市內(nèi)澇頻繁發(fā)生，嚴重影響了城市的正常運行，對城市居民的生命和財產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。本文根據(jù)已有哈爾濱市城市暴雨內(nèi)澇模型得到的數(shù)據(jù)，對哈爾濱城市內(nèi)澇的風(fēng)險、城市排水系統(tǒng)的排水能力進行了分析，并對合理構(gòu)建哈爾濱市城市內(nèi)澇防治體系進行了探討。

1　哈爾濱市城市內(nèi)澇風(fēng)險評估

城市內(nèi)澇風(fēng)險受城市天然的地勢、水文狀況，以及現(xiàn)有排水管網(wǎng)排水能力、城市泵站的分布和排水能力的影響。文獻[3]利用所采集的哈爾濱市氣象數(shù)據(jù)、排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)、下墊面數(shù)據(jù)、邊界水位數(shù)據(jù)、歷史內(nèi)澇記錄等構(gòu)建了哈爾濱市的城市暴雨內(nèi)澇模型。利用該模型對哈爾濱市50 a一遇降雨的內(nèi)澇情況進行了分析。并根據(jù)積水時間和積水深度兩個水力要素將哈爾濱市的內(nèi)澇等級分為輕度、中度和重度內(nèi)澇3個等級(見表1)。內(nèi)澇風(fēng)險是根據(jù)內(nèi)澇災(zāi)害危險性、區(qū)域重要性和敏感性綜合確定的。結(jié)合內(nèi)澇等級情況以及所處區(qū)域的重要性可將發(fā)生內(nèi)澇的風(fēng)險分為高風(fēng)險區(qū)、中風(fēng)險區(qū)和低風(fēng)險區(qū)。表2中列出哈爾濱市內(nèi)處于不同內(nèi)澇風(fēng)險等級區(qū)域的面積。由表2中數(shù)據(jù)可見，哈爾濱市處于內(nèi)澇低風(fēng)險區(qū)面積為425.53 km2，比高風(fēng)險和中風(fēng)險區(qū)域的面積大很多。這主要與哈爾濱所處的天然地勢、水文條件有關(guān)。哈爾濱市地勢為南高北低三級臺地，無明顯下洼地形，有利于雨水自流排放；各匯水區(qū)下游收納水體外排條件較好，尤其是處于第二、第三階地的平房、南崗、香坊地區(qū)，雨水直接重力流排入馬家溝、何家溝，河道無水位限制。同時，氣象方面全年降雨量不高，極端暴雨天氣發(fā)生頻率較低。因此，市區(qū)內(nèi)發(fā)生大規(guī)模內(nèi)澇的風(fēng)險比南方小很多。

表1　內(nèi)澇積水危險等級劃分[3]

表2　內(nèi)澇積水危險等級劃分[3]

2　哈爾濱市現(xiàn)狀排水能力評估

2.1現(xiàn)狀排水管網(wǎng)評估

目前，哈爾濱市主城區(qū)內(nèi)主要有5個匯水區(qū)：沿江匯水區(qū)、馬家溝匯水區(qū)、何家溝匯水區(qū)、阿什河(信義溝)匯水區(qū)和沿江(西部)匯水區(qū)，匯水面積合計25 350 hm2。匯水區(qū)中排水管渠總長1 480 km。按文獻[3]提出的城市暴雨內(nèi)澇模型計算了采用重現(xiàn)期分別為1 a、2 a、3 a、5 a一遇降雨時，滿足重現(xiàn)期要求的排水管網(wǎng)的長度(見表3)。根據(jù)表3，現(xiàn)狀排水管線中排水能力能夠滿足1～2 a(含1 a)一遇的排水管線比例最大，長度達到966 km，分布范圍較廣；排水能力小于1 a一遇的管網(wǎng)長度為322 km，占整個管網(wǎng)長度的23%。這些管線主要分布在老城區(qū)內(nèi)。排水能力大于2 a一遇的管線長度為182 km。這部分管線的排水標準較高，主要分布在南崗區(qū)的北部和哈西的西客站附近。

表3　現(xiàn)狀排水管網(wǎng)排水能力[3]　km

2.2現(xiàn)狀排水泵站評估

截至2013年，哈爾濱市主城區(qū)內(nèi)5個匯水區(qū)內(nèi)共有排水泵站46座。位于匯水區(qū)末端的排水泵站有10座。由于處于匯水區(qū)的末端，當來水流量較大時需要開啟水泵以輔助排水。經(jīng)過現(xiàn)場實測，得到了這10座泵站現(xiàn)有條件下的排水量。按城市暴雨內(nèi)澇模型計算得到這10座泵站在1 a重現(xiàn)期下出水口最大流量。將計算流量與實測流量進行對比，規(guī)定兩者流量差在±10%范圍內(nèi)的認為是滿足重現(xiàn)期1 a的流量標準。從表4中第4列數(shù)據(jù)可知：10座泵站中，排水能力滿足1 a一遇的有4座，其余泵站的排水能力均小于1 a一遇。

表4　匯水區(qū)末端排水泵站的排水能力評估[3]

3　哈爾濱市內(nèi)澇防治體系的構(gòu)建

2013-06-18，住建部編制了《城市排水(雨水)防澇綜合規(guī)劃編制大綱》(以下簡稱《大綱》)，要求各城市對雨水灌渠、泵站、調(diào)蓄池等設(shè)施，以及河水系的綜合整治情況進行調(diào)查與匯總。各地需根據(jù)自身情況對城市內(nèi)澇的原因進行分析，通過對降雨規(guī)律與下墊面的分析和城市現(xiàn)狀排水系統(tǒng)的評估，對排水系統(tǒng)重新進行規(guī)劃。哈爾濱市城市內(nèi)澇防治體系在《大綱》的指導(dǎo)下，分別在城市排水管網(wǎng)、城市防澇系統(tǒng)等方面進行了規(guī)劃和構(gòu)建。

3.1哈爾濱市排水管道系統(tǒng)規(guī)劃

哈爾濱市排水管道系統(tǒng)的規(guī)劃包括排水灌渠改造、泵站改造、調(diào)蓄池等設(shè)施的規(guī)劃。在排水管道改造方面，首先按哈爾濱市的水系分布、地形地勢等因素規(guī)劃了7個排水分區(qū)(匯水區(qū)見圖1)。7個排水分區(qū)采用了截流式合流制和雨污分流制并存的排水體制。然后對評估結(jié)果不滿足重現(xiàn)期2 a的管道進行整體提標改造，重點提高了排水管道的孔徑和長度。

在泵站改建方面，將不滿足重現(xiàn)期2 a設(shè)計標準的現(xiàn)狀泵站進行改擴建。同時為了提高泵站的信息化管理水平，新建和改建的泵站需要安裝設(shè)備自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

調(diào)蓄設(shè)施的設(shè)置主要以截流式合流制調(diào)蓄池、分流制初期雨水調(diào)蓄池和洪峰調(diào)蓄池3種形式。截流式合流制調(diào)蓄池主要針對沿江6個片區(qū)，在排水系統(tǒng)末端設(shè)置，能夠有效控制溢流合流水污染；分流制初期雨水調(diào)蓄池能夠截流一定數(shù)量初期雨水，控制初雨污染。洪峰調(diào)蓄池作用為緩解高區(qū)雨水對低區(qū)排水壓力所設(shè)置。

表5～7列出了3種排水設(shè)施的具體改造和規(guī)劃情況。

圖1　排水管道系統(tǒng)排水分區(qū)

分區(qū)名稱匯水面積/km2排水體制備 注沿江匯水區(qū)27.3截流式合流制末端增加徑流污染控制調(diào)蓄池馬家溝匯水區(qū)118.2分流制目前除經(jīng)開區(qū)和哈南新城等已建管線,其他均為待建分流制管線或待改造合流制管線何家溝匯水區(qū)124分流制南起運糧河,北至松花江,西起三環(huán)路,東至學(xué)府路阿什河(哈東)匯水區(qū)55.8雨污分流制北起松花江,南至民強村,西起阿什河,東至天恒山沿江(西部)匯水區(qū)44分流制運糧河匯水區(qū)276.3雨污分流制信義溝匯水區(qū)76.8分流制;已建管線基本為合流制西起三棵樹鐵路線-公濱路-紅旗大街一帶,東至阿什河化工大壩,南起電碳路一帶,北至松花江

表6　排水灌渠管徑及長度改造情況

表7　排水泵站及其他附屬設(shè)施

3.2城市內(nèi)河綜合整治

哈爾濱市現(xiàn)狀排澇通道主要為馬家溝、何家溝和信義溝(三溝)3條內(nèi)河，以及運糧河、阿什河兩條較長的松花江支流。表8中列出3條內(nèi)河和運糧河、阿什河進行河道整治后的斷面情況。設(shè)計標準采用了50 a一遇的降雨情況。

表8　各個內(nèi)河斷面及通道清淤整治統(tǒng)計

3.3非工程措施

城市內(nèi)澇的防控具有連續(xù)性、隱蔽性和系統(tǒng)性的特點。近幾年哈爾濱市區(qū)發(fā)展迅速，排水管轄范圍不斷擴大，傳統(tǒng)的人工管理方法已經(jīng)不適應(yīng)城市的發(fā)展需求。因此，加快排水系統(tǒng)管理信息化建設(shè)是構(gòu)建哈爾濱市內(nèi)澇防控體系的重要組成部分。目前針對城市內(nèi)澇問題已經(jīng)建設(shè)的管理信息系統(tǒng)主要有：排水系統(tǒng)GIS地理信息系統(tǒng)、排水動態(tài)水力模型分析及仿真系統(tǒng)、3G移動視頻監(jiān)測車輛動態(tài)管理系統(tǒng)、泵站視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動雨量實時監(jiān)控系統(tǒng)等。這些管理信息系統(tǒng)的建立基本實現(xiàn)了對降雨監(jiān)測的實時性、可視性，對整個排水系統(tǒng)中排水管線和泵站定位的可視性，以及排水量計算分析的科學(xué)性等。

在遠期防澇體系構(gòu)建方面，還將陸續(xù)建立氣象云圖與雷達會商系統(tǒng)、排水水質(zhì)監(jiān)測及水質(zhì)安全預(yù)警系統(tǒng)等。氣象云圖與雷達會商系統(tǒng)將用于實時了解大范圍內(nèi)的氣象變化趨勢和短時天氣變化情況。可進行每日的氣象分析會商，提高排水部門對天氣變化的預(yù)測能力，為提前做好防汛準備工作提供支持。排水水質(zhì)監(jiān)測及水質(zhì)安全預(yù)警系統(tǒng)，是一套以在線自動分析儀器為核心，集水樣預(yù)處理、數(shù)據(jù)采集、水質(zhì)自動分析、遠程監(jiān)控于一體，運用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、自動測量分析技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)組成的綜合性在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多專業(yè)結(jié)合的信息共享、數(shù)據(jù)融合及排水系統(tǒng)管理業(yè)務(wù)應(yīng)用，是對污水水質(zhì)、水量進行實時快速監(jiān)控的數(shù)字化管理平臺。

4　結(jié)束語

在未來幾十年內(nèi),哈爾濱城市化的進程將保持高速發(fā)展的態(tài)勢。由城市發(fā)展所帶來的城市內(nèi)澇問題也日漸凸顯。城市內(nèi)澇發(fā)生的原因是多種客觀與主觀因素的結(jié)合，要解決內(nèi)澇問題，需要從長遠考慮，建立合理的城市防澇體系。本文結(jié)合哈爾濱市的城市暴雨內(nèi)澇模型對哈爾濱城市內(nèi)澇風(fēng)險和排水能力進行了評估。分析了哈爾濱市易出現(xiàn)內(nèi)澇的區(qū)域和排水現(xiàn)狀。對采用先進的設(shè)計理念和科學(xué)手段構(gòu)建的哈爾濱市內(nèi)澇綜合防治體系進行了探討，論證了該框架體系的科學(xué)性和可操作性，對哈爾濱市城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)的建設(shè)起到了很好的指導(dǎo)作用。

[1]中華人民共和國中央人民政府門戶網(wǎng).上海百年一遇強暴雨致中心城區(qū)150 多條馬路積水[EB/OL].[2008-08-25].http://www.gov.cn/jrzg/2008-08/25/content-1078983.html.

[2]臺風(fēng)“布拉萬”入侵哈爾濱.http://roll.sohu.com/20120831/n352018680.shtm.

[3]哈爾濱市水務(wù)局，哈爾濱市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院，哈爾濱市水利規(guī)劃設(shè)計研究院.哈爾濱市城市排水防澇綜合規(guī)劃報告(初稿)[R].2014

[4]韓洋.城市內(nèi)澇與排水管網(wǎng)規(guī)劃研究[D].西安：長安大學(xué)，2014.

[5]鞠寧松，龔坤.城市內(nèi)澇的成因及破解方法探討[J].江蘇建筑，2011(S1)：90-93.

[6]謝英霞.從城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)看排水規(guī)劃的發(fā)展趨勢 [J].城市規(guī)劃，2013(2)：45-50.

[7]王磊，周玉文.國內(nèi)外城市排水設(shè)計規(guī)范比較研究 [J].中國給水排水，2012(8)：23-27.

[8]車伍，李俊奇.城市雨水利用技術(shù)與管理 [M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[責(zé)任編輯：劉文霞]

The planning of urban waterlogging prevention system in Harbin City

WU He,LI Haiying,GE Qi

(College of Civil and Architectural Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China)

The waterlogging risk and drainage capacity are evaluated based on the storm model of Harbin.The prone waterlogging region and the status of the drainage system are analyzed too.The waterlogging comprehensive prevention and control system with advanced design concepts and scientific methods is discussed.It is demonstrated that this prevention system is operational and reasonable.

urban waterlogging；drainage system；prevention system；drainage planning

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.05.001

2016-06-01

哈爾濱市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人項目(2013RFXXJ020)

武鶴(1963-)，男，教授，研究方向：土木工程.

TU99

A

1671-4679(2016)05-0001-04