劉 燕

（鄭州市市政工程勘測設(shè)計研究院，河南 鄭州 450046）

0 引 言

2021年7月18日18時至21日0時，鄭州出現(xiàn)罕見持續(xù)強(qiáng)降水天氣過程，全市普降大暴雨、特大暴雨，累積平均降水量449 mm。2021年7月20日晚，鄭州氣象局對這次特大暴雨做了一個數(shù)據(jù)的梳理和總結(jié)：鄭州20日16時至17時，1 h的降雨量達(dá)到了201.9 mm；19日20時至20日20時，單日降雨量552.5 mm；17日20時至20日20時，3 d的過程降雨量617.1 mm。其中小時降水、單日降水均已突破自1951年鄭州建站以來60 a的歷史記錄。這場特大暴雨的突然降臨引發(fā)車輛被淹、建筑進(jìn)水、路橋沖毀、地鐵進(jìn)水、停產(chǎn)停運(yùn)等嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，鄭州市292人遇難，47人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失532億元[1]。災(zāi)后，鄭州各區(qū)開始恢復(fù)重建，全面開展城市雨水系統(tǒng)、內(nèi)澇設(shè)施設(shè)計等技術(shù)層面的研究分析。在此背景下，本文基于鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)（后稱“鄭州高新區(qū)”）雨水系統(tǒng)的梳理分析情況，結(jié)合雨水管線建設(shè)遇到的問題，提出改造城市雨水系統(tǒng)設(shè)計的建議。

1 鄭州高新區(qū)雨水排放系統(tǒng)

鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，1988年啟動籌建，是河南省第一個開發(fā)區(qū)、是1991年國務(wù)院批準(zhǔn)的第一批國家級高新區(qū)、是2016年國務(wù)院批準(zhǔn)建設(shè)的鄭洛新國家自主創(chuàng)新示范區(qū)核心區(qū)。鄭州高新區(qū)規(guī)劃區(qū)域為西繞城高速、隴海鐵路、索河、京廣鐵路圍合區(qū)域，面積約99 km2。

鄭州市境內(nèi)有大小河流124條，流域面積較大的河流有29條，分屬于黃河和淮河兩大水系。主城區(qū)范圍有枯河、索須河、賈魯河、魏河、東風(fēng)渠、金水河、熊耳河、七里河、潮河等9個一級排水分區(qū)。其中，高新區(qū)所屬的一級排放分區(qū)為索須河及賈魯河。高新區(qū)雨水排放系統(tǒng)的受納水體主要為現(xiàn)狀索河、須水河、索須河、西流湖（賈魯河）、五龍口明溝、邙山干渠、瓦屋里明溝、長流渠以及規(guī)劃石蘇干溝、湖西明溝、須水河西支南明溝等。

2 城市雨水系統(tǒng)設(shè)計的建議

2.1 雨水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

鄭州高新區(qū)大致分為7個雨水排放分區(qū)，其中須水河排放分區(qū)服務(wù)面積最大，約49 km2，以須水河排放分區(qū)雨水系統(tǒng)為例介紹雨水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。須水河排放分區(qū)服務(wù)范圍包含高新區(qū)西北部、西南部、起步區(qū)及部分老城區(qū)，規(guī)劃年限分別為2011年、2009年、2005年、2003年。其中高新區(qū)西北部拓展區(qū)包含3個雨水干管系統(tǒng)，管線規(guī)劃重現(xiàn)期為2 a；高新區(qū)西南部包含5個雨水干管系統(tǒng)，管線規(guī)劃重現(xiàn)期為1 a；高新區(qū)起步區(qū)包含10個雨水干管系統(tǒng)，管線規(guī)劃重現(xiàn)期為1 a。以上區(qū)域的雨水管道尺寸均采用鄭州市2002年暴雨強(qiáng)度公式計算。

從管網(wǎng)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)的角度分析，雨水工程專項規(guī)劃較早，規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)低，但標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范一直在提高中，《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014—2006）（2014年版）取消了雨水計算中的折算因子m；2015年鄭州市公布了新的暴雨強(qiáng)度公式；2017年發(fā)布了《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》（GB 51222—2017）；2021年住建部發(fā)布了《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021）?！妒彝馀潘O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021）中對城鎮(zhèn)雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期、內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期提出更高的要求，并明確指出：人口密集、內(nèi)澇易發(fā)且經(jīng)濟(jì)條件較好的城鎮(zhèn)，應(yīng)采用規(guī)定的設(shè)計重現(xiàn)期上限。

鄭州市各暴雨強(qiáng)度對比見表1，暴雨強(qiáng)度公式見注釋。

表1 鄭州市各暴雨強(qiáng)度對比

《都市區(qū)排水防澇規(guī)劃（2015-2030）》明確2015年鄭州市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院聯(lián)合北京工業(yè)大學(xué)新編鄭州市暴雨強(qiáng)度公式。

從表1中可以看出，設(shè)計重現(xiàn)期一定時，1982年暴雨強(qiáng)度最大，2002年暴雨強(qiáng)度最小，2015年暴雨強(qiáng)度介于兩者之間。暴雨強(qiáng)度公式一定時，設(shè)計暴雨強(qiáng)度隨重現(xiàn)期的提高而增加。

雖然城市總體規(guī)劃、雨水工程專項規(guī)劃等上位規(guī)劃早已確定，但是管線建設(shè)不是一蹴而就的，隨著高新區(qū)滾動式發(fā)展的建設(shè)特點，雨水管網(wǎng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也隨著規(guī)范的更新而逐年提高，后建設(shè)管線對標(biāo)同期最新的標(biāo)準(zhǔn)和暴雨強(qiáng)度公式進(jìn)行復(fù)核，從而對早期的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)不斷進(jìn)行修正和提高。例如高新區(qū)西南部梅林路、梧桐街、百香路等雨水管線系統(tǒng)，高新區(qū)西北部新龍路雨水系統(tǒng)，起步區(qū)西四環(huán)雨水系統(tǒng)等均利用鄭州市2015年暴雨強(qiáng)度公式進(jìn)行計算，管線重現(xiàn)期為5 a校核雨水管徑，并考慮減輕周邊老舊管網(wǎng)的排水壓力，與老舊管網(wǎng)雨水管線部分連通，截流，達(dá)到后建設(shè)雨水工程標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)于早期建設(shè)的工程的效果，后建設(shè)管網(wǎng)帶動老舊管網(wǎng)的提標(biāo)。結(jié)合新規(guī)范中管渠設(shè)計重現(xiàn)期的要求，老城區(qū)管網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的工程項目，若作為排水下游通道的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)考慮采用重現(xiàn)期上限，為老城區(qū)的后續(xù)改造留有余量。

2.2 雨水系統(tǒng)區(qū)域性提標(biāo)

重大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)從來不是獨(dú)立存在，而是兼顧融合現(xiàn)狀，引領(lǐng)發(fā)展方向。鄭州市四環(huán)線及大河路快速化工程于2018年開始實施，西四環(huán)為高新區(qū)起步區(qū)與老城區(qū)分界線，目前，西四環(huán)雨水系統(tǒng)管線部分已基本實施完成，采用鄭州市2015年暴雨強(qiáng)度，按照5 a重現(xiàn)期規(guī)劃設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)較高，西四環(huán)沿線區(qū)域雨水系統(tǒng)見圖1。西四環(huán)雨水系統(tǒng)的實施提高了區(qū)域的排水標(biāo)準(zhǔn)，同時對下游出路的建設(shè)提出了改造需求，也對上游的區(qū)域性提標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。西四環(huán)雨水最終排入須水河，排水主通道為科學(xué)大道、楓香街、蓮花街、黃楊街，其中科學(xué)大道已隨西四環(huán)擴(kuò)容，雨水涵尺寸為2×4.6×2.0，楓香街2-2.6×1.6現(xiàn)狀雨水涵保留，西側(cè)蓮花街規(guī)劃預(yù)留2-3.4×2.0雨水涵，黃楊街2-3.4×2.0現(xiàn)狀雨水涵保留。下一步需進(jìn)行蓮花街雨水干管的改造，匹配西四環(huán)排水需求。

圖1 西四環(huán)沿線區(qū)域雨水系統(tǒng)（單位：m）

與此同時，西四環(huán)為沿線相交道路預(yù)留了雨水涵，可提高沿線雨水系統(tǒng)排放標(biāo)準(zhǔn)，涉及的道路由南往北依次為藥廠街、合歡街、冬青街、玉蘭街、科學(xué)大道。這幾條路的雨水系統(tǒng)均為長椿路以西老城區(qū)的雨水干管系統(tǒng)，通過對該雨水系統(tǒng)的提標(biāo)改造，將使區(qū)域性的雨水排放能力得到大幅度的提高，完成老城區(qū)的逐步提標(biāo)。

2.3 城市豎向的結(jié)合

雨水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計中，對新老系統(tǒng)的銜接設(shè)計改造需要與城市豎向規(guī)劃緊密結(jié)合。城市的鐵路、河道、高速、地鐵等重大基礎(chǔ)設(shè)施都影響著城市的排水設(shè)計。鄭州高新區(qū)即有連霍高速、地鐵車輛段、京廣鐵路、隴海鐵路、邙山干渠等重要節(jié)點（重要節(jié)點位置示意圖見圖2），影響著本區(qū)域的排水系統(tǒng)劃分及規(guī)劃設(shè)計。連霍高速東西向貫穿高新區(qū)，連霍以北雨水系統(tǒng)相對獨(dú)立，但南北向道路依然貫通，雪松路、長椿路等主干路下穿連霍高速，因而形成天然的下穿積水區(qū)域，城市的下凹區(qū)域匯水面積大，往往雨水收水能力不足，泵站及下游排水能力不足，暴雨情況下容易形成超標(biāo)雨水，急需內(nèi)澇防治重現(xiàn)期校核[2]。高新區(qū)東北角、東南角均存在地鐵車輛段，東北角車輛段位于賈魯河西側(cè)，影響著歡合片區(qū)雨水主排放；東南角車輛段占壓原五龍口明溝流域范圍，影響著南側(cè)五龍口區(qū)域的雨水排放。邙山干渠南北向貫穿鄭州高新區(qū)，北高南低，而高新區(qū)的地勢南高北低，西高東低，邙山干渠為引黃灌溉工程，它的建設(shè)，使西側(cè)雨水向東排放的過程中多了一道天然的屏障，雨水從西往東排放的過程中，或上翻或下穿，形成不少復(fù)雜的工程節(jié)點。

圖2 重要節(jié)點位置示意圖

在前期的雨水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計過程中，應(yīng)充分了解熟悉城市地形特征，重大基礎(chǔ)設(shè)施，結(jié)合城市豎向，開展設(shè)計工作。因下穿高速、鐵路等形成的易積水區(qū)域應(yīng)規(guī)劃配套的解決措施，因與地鐵等重要節(jié)點沖突的區(qū)域，應(yīng)充分考慮地鐵運(yùn)營安全，優(yōu)化排放通道設(shè)計，避免將困難留到后期的建設(shè)。

2.4 老城區(qū)主管網(wǎng)提標(biāo)

鄭州高新區(qū)長椿路以東為老城區(qū)，老城區(qū)區(qū)域雨水系統(tǒng)示意圖見圖3。老城區(qū)的排水規(guī)劃設(shè)計完成于2001年，采用的雨水計算公式為鄭州市1982年暴雨強(qiáng)度公式，重現(xiàn)期為0.5 a。該區(qū)域包含高新區(qū)第一出水口（玉蘭街雨水干管系統(tǒng)）、高新區(qū)第二出水口（翠竹街雨水干管系統(tǒng)），玉蘭街排出口在規(guī)劃形成之前已存在，玉蘭街、翠竹街雨水系統(tǒng)已服務(wù)超20 a，隨著城市的發(fā)展，匯水面積逐漸增加，雨水徑流量持續(xù)增大，老舊管網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行，影響著區(qū)域排水安全。

圖3 老城區(qū)區(qū)域雨水系統(tǒng)示意圖（單位：m）

玉蘭街雨水干管系統(tǒng)服務(wù)面積約579 hm2，玉蘭街下游已隨歡合路雨水改造完成提標(biāo)設(shè)計，由原2-1.8×1.7雨水涵改造為5.0×2.0雨水涵，雨水向東排放，下穿鐵路，最終排入賈魯河。對玉蘭街的上游進(jìn)行提標(biāo)改造，涉及到上游轉(zhuǎn)輸中最大的雨水系統(tǒng)，即瑞達(dá)路雨水系統(tǒng)，以及上游瓦屋李明溝的改造。而瑞達(dá)路雨水系統(tǒng)、瓦屋李明溝的改造均與上游藥廠街的雨水干管系統(tǒng)改造方案相關(guān)聯(lián)。因此，在下一步的規(guī)劃設(shè)計中，應(yīng)通盤考慮整個區(qū)域的排水需求及限制條件，減少對現(xiàn)狀主干路、老城區(qū)群眾生活的影響，通過優(yōu)化上游的雨水系統(tǒng)方案，緩解下游雨水干管的排放壓力。

翠竹街雨水干管系統(tǒng)服務(wù)面積約552 hm2，下游雨水涵尺寸為2-2.0×1.6，翠竹街為東西向道路，西至西四環(huán)，東至西三環(huán)，翠竹街雨水往東排放，下穿鐵路后排入賈魯河，翠竹街（西三環(huán)-鐵路段）道路未形成，該段雨水涵下游走向不規(guī)則，未在規(guī)劃道路紅線內(nèi)，且有部分為明渠形式，建議在后期規(guī)劃設(shè)計中，隨道路的建設(shè)，對該雨水涵進(jìn)行提標(biāo)改造。翠竹街上游與多條南北向道路相交，如垂柳路、郁香路、海莉路等，其中郁香路、海莉路雨水系統(tǒng)均與翠竹街雨水系統(tǒng)相連通，并向北分流，緩解翠竹街排水壓力。但郁香路、海莉路的下游均為規(guī)劃石蘇干溝，若下游河道不進(jìn)行合理規(guī)劃建設(shè)，則互相連通的雨水系統(tǒng)會給翠竹街造成更大的排水壓力。

2.5 澇水行泄通道

持續(xù)強(qiáng)降雨天氣，大量雨水來不及進(jìn)入收集系統(tǒng)，而形成地表徑流，當(dāng)匯集足夠多的徑流，管網(wǎng)超載形成壓力流致使檢查井水位高于地面高程時，管網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生溢流，形成地表積水，產(chǎn)生內(nèi)澇風(fēng)險。因此，在雨水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計過程中，既要考慮雨水系統(tǒng)的合理性，更要注重超標(biāo)雨水排放的通道設(shè)計，利用道路斷面較寬的特點，優(yōu)化道路豎向，有組織的進(jìn)行雨水排放[3-4]。目前，國內(nèi)道路大排水行泄通道的研究還集中在對道路斷面的優(yōu)化，道路大排水系統(tǒng)與地下雨水管線的交互作用也是較熱門的研究方向[5]。澇水行泄通道的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)避開重要的交通主干道、鐵路、地鐵、隧道，以及醫(yī)院、商業(yè)等人口密集區(qū)，保障安全行泄。另一方面，行泄通道的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)充分考慮排水分區(qū)，并建立管線與道路的排水耦合模型，充分考慮道路明渠流與管道壓力流之間的交互作用，還原真實的排澇場景。

3 結(jié)語

（1）雨水工程的設(shè)計應(yīng)在遵守規(guī)劃的同時，參照設(shè)計當(dāng)期最新標(biāo)準(zhǔn)及暴雨強(qiáng)度公式對雨水系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)核；雨水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的選擇應(yīng)充分考慮區(qū)域老舊管網(wǎng)的改造需求，為后續(xù)的提標(biāo)留有余量，對下游系統(tǒng)改造時，城鎮(zhèn)雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期、內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期宜采取上限。

（2）雨水系統(tǒng)區(qū)域性提標(biāo)，應(yīng)充分結(jié)合重大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，依托已建項目，完善上下游排水系統(tǒng)的提標(biāo)改造。

（3）城市設(shè)計的豎向應(yīng)不僅是道路豎向的設(shè)計，更要充分考慮高速、鐵路、河流、道路、地鐵等方面，形成更大范圍的城市豎向規(guī)劃，合理劃分排水分區(qū)，考慮下穿區(qū)域排水，規(guī)劃配套的解決措施。

（4）老城區(qū)雨水主干管系統(tǒng)服務(wù)時間長，人口密集，服務(wù)面積大，改造困難，對其提標(biāo)不能簡單的對管徑進(jìn)行擴(kuò)容，而應(yīng)該統(tǒng)籌考慮其上下游排水系統(tǒng)，充分利用新建雨水系統(tǒng)的分流，間接對其進(jìn)行提標(biāo)。

（5）澇水行泄通道的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)避開重要的交通主干道、鐵路、地鐵、隧道，以及醫(yī)院、商業(yè)等人口密集區(qū)，保障安全行泄。充分考慮排水分區(qū)，建立管線與道路的排水耦合模型，充分考慮道路明渠流與管道壓力流之間的交互作用。