1 引言

傳統(tǒng)的城市排水設計思路是將不能下滲或來不及下滲的雨水匯入雨水管道排出，存在雨水徑流污染嚴重、雨水資源流失、生態(tài)環(huán)境破壞、內澇風險大等問題。 同時，隨著城市化的持續(xù)推進，硬化地面占比逐漸提高，直接影響到城市降水蓄滲。在連續(xù)強降雨天氣下，匯流時間大幅縮短，地表徑流增大，給城市的排水管網(wǎng)系統(tǒng)增加了較大的壓力，使其超負荷運行，進而形成局部內澇現(xiàn)象，可能造成重大經濟損失和人員傷亡。 鑒于此，越來越多的學者開始研究新型雨水排放理念LID。 所謂LID，是指低影響開發(fā)（Low Impact Development），主張從源頭控制出發(fā)， 選定經濟合理的LID 設施來維持和修復自然水循環(huán)系統(tǒng)，達到減少地面徑流、補充地下水、避免內澇和水源污染的效果[1]。 因此，基于LID 理念分析城市內澇原因和治理措施具有十分重要的工程意義。

2 低影響開發(fā)排水設計原則及主要LI D設施比選

2.1 低影響開發(fā)設計原則

給排水設計人員在選擇LID 設施時， 應結合海綿城市專項規(guī)劃文件，并遵循以下原則[2]：（1）盡量維持開發(fā)區(qū)域的原有自然生態(tài)，減少硬化地面面積，利用生態(tài)設施對不滲透區(qū)域進行分割，從源頭減少雨水徑流量；（2）采用小規(guī)模、分散化、源頭式的設計方法，減少道路排水節(jié)點處的雨水來源，降低排水管網(wǎng)的壓力；（3）延長雨水徑流路徑，降低雨水徑流速度，有效地削減洪峰流量；（4）圍繞“綠色，生態(tài)，低碳”主題，提高城市綠色覆蓋率，減少城市硬化下墊面，并通過植物蒸騰作用降低城市熱島效應，為居民提供良好的生態(tài)環(huán)境。

2.2 主要LI D設施特點

城市排水中常用的LID 設施主要有透水鋪裝、綠色屋頂、生態(tài)植草溝、生態(tài)樹池、雨水花園等[3]。

透水鋪裝（Permeable Pavement）也叫多孔性路面，滲透性能好，能加快雨水滲透，減少地表徑流量。 鋪裝材料包括透水混凝土、透水瀝青、透水磚等，具體型號應結合城市建設區(qū)域氣候氣象特點、交通量大小、經濟水平等因素選擇。

綠色屋頂（Green Roof）是通過在建筑物頂部覆蓋植物來減少不滲透面積，實現(xiàn)滯留雨水、延緩洪峰到來的目標。 綠色屋頂?shù)挠晁疁袅恐饕Q于生長介質層的厚度和房屋的坡度。 此外，屋頂綠色植物的蒸騰作用能改善城市氣候，緩解熱島效。 綠色屋頂有擴展型和密集型兩類，前者質量輕、構造薄，適用于舊房屋改造；后者設計荷載大，常用于新建筑的開發(fā)。

生態(tài)植草溝、生態(tài)樹池、雨水花園等均屬于生物滯留設施（Biological Detention Facilities）， 通常設置在地勢相對較低區(qū)域，利用植物、土壤、微生物相互作用對地面雨水徑流蓄滲、凈化。 其中，生態(tài)樹池一般設置在人行道和非機動車道之間，內部鋪種植土，種植土表層鋪反濾土工格柵和陶粒，種植土底部埋入排水礫石層、排水管等，這樣既能延緩雨水流失速度，還能使超量雨水滲進池底后沿著排水管排出。 植草溝開挖簡單，景觀效果好，占地面積小，根據(jù)功能不同可劃分成轉輸型植草溝和滲透型植草溝，通常設置在道路路側。 雨水花園是自然形成或人工挖掘的淺凹綠地， 可匯聚并吸收來自建筑物頂面或地面雨水，并通過植物、砂礫的綜合作用使雨水凈化、下滲，由內向外由礫石層、砂層、種植土壤層、覆蓋層和蓄水層組成。

2.3 主要LI D設施技術比選

LID 技術應用效果與建設區(qū)條件密切相關，本文從機理、適用位置、建設效果、成本投入4 個方面對主要LID 設施的特點進行比選，見表1。

表1 LI D設施技術比選

3 城市內澇主要原因分析

3.1 依托工程概況

本文以西安市經開區(qū)（中心區(qū)）為研究對象，分析其內澇點的主要原因。 經開區(qū)包括中心區(qū)、高鐵新城、草灘區(qū)3 部分，規(guī)劃面積158 km2（中心區(qū)約22 km2），地面起伏不大，地下水位10 m 以下，工程、水文地質狀況良好，地勢南高北低，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風區(qū)，夏季高溫多雨，冬季稍冷少雨，年降水量558～750 mm，7～9 月份是明顯降水高峰。

經開區(qū)（中心區(qū)）已建成的雨水管網(wǎng)系統(tǒng)，由于建設時期不同，采用的設計標準也存在一定的差異。 經開區(qū)現(xiàn)有排水管網(wǎng)684.7 km，其中，雨水管道425.1 km，污水管道259.6 km，主要排洪河工程包括皂河、漕運明渠、幸福河、涇河等。 經開區(qū)共有排水提升泵站7 座，水泵35 臺，液壓工作站12 臺，大型移動式抽水車龍吸水2 臺、履帶式龍吸水4 臺，主要擔負著區(qū)內下穿通道和道路積水點的積水抽排工作。

3.2 城市內澇風險評估

3.2.1 風險評估方法

根據(jù)調查資料可知，區(qū)域內內澇點有5 個，分別為文景路（鳳城九路—鳳城十路）、鳳城一路南康新村前（開元路—貞觀路）、鳳城北路（鳳城十二路—北三環(huán)南輔道）、鳳城九路（明光路—文景路）、鳳城八路（張家堡轉盤）。

目前， 常采用的內澇風險評估方法包括歷史災情數(shù)理評估統(tǒng)計法、指標體系評估法、水力模型評估法。 由于西安市目前的內澇資料僅為主城區(qū)2008—2014 年統(tǒng)計的城區(qū)積水點資料，缺乏周邊地區(qū)歷史內澇資料，不具備采用單獨一種方法進行全規(guī)劃區(qū)內澇風險評估的條件[4]。 因此，經開區(qū)內澇風險評估方法參考西安市，具體流程為：（1）通過指標體系評估法對整個規(guī)劃區(qū)進行內澇風險的初步評估， 劃分出內澇高風險區(qū)、中風險區(qū)及低風險區(qū)；（2）基于現(xiàn)有的積水點資料進行校核，并采用水力模型法對內澇高風險區(qū)、中風險區(qū)進行評估；（3）按各風險因子可能產生的災害風險的大小，將各風險因子劃分成若干個風險區(qū)段，確定各因子的風險指數(shù)。

3.2.2 風險評估結論

采用InfoWorks ICM 系統(tǒng)對經開區(qū)（中心區(qū)）現(xiàn)狀排水管網(wǎng)進行模擬計算，以暴雨重現(xiàn)期P=50 年時，地面積水≥15 cm為易澇點評定標準，計算結果如圖1 所示。

圖1 重現(xiàn)期為50 年時經開區(qū)內澇風險模擬

由圖1 可知，經開區(qū)（中心區(qū)）易澇點較多，模擬結果顯示的易澇點與經開區(qū)多年來的實際發(fā)生易澇點基本一致， 說明模擬結果較為正確、可信。同時，地面積水深度≥15 cm 的城市內部積水點不多， 故將經開區(qū)整體內澇風險等級評定為內澇中風險區(qū)。

3.3 城市內澇風險原因分析

在7～9 月降雨高峰期，經開區(qū)（中心區(qū)）均會出現(xiàn)不同程度的內澇問題，主要原因如下。

3.3.1 城市化進程影響

隨著經開區(qū)（中心區(qū)）經濟水平的快速發(fā)展，區(qū)域內不透水地面占比越來越高，阻礙了雨水的自然下滲，使得地表徑流大幅增加。 此外，城市不斷向外圍擴張，原先的排水系統(tǒng)可能變成下游地區(qū)， 上游新建地區(qū)的雨水排入后會增加其匯水面積，造成排水管網(wǎng)超負荷運轉，此時地勢低洼處易積水[5]。

3.3.2 設計標準較低

和歐美發(fā)達國家相比， 我國排水管道系統(tǒng)僅能解決1～3年（一般地區(qū)）或3～5 年（重點地區(qū)）小重現(xiàn)期的暴雨徑流，但對超過雨水管網(wǎng)排水能力的暴雨徑流則缺乏相應措施和統(tǒng)一的設計方法。 為了節(jié)約投資，各城市在建設排水管網(wǎng)時甚至采用標準下限，比如，一般地區(qū)設計重新期取1 年，重點地區(qū)取3年。 經調查， 西安市雨水排水系統(tǒng)的設計重現(xiàn)期一般取1～3年，對火車站、鐵路北客站等重點區(qū)域取3 年，立交下穿通道取5 年，均采用了較低的設計標準，其中，經開區(qū)（中心區(qū)）現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)設計重現(xiàn)期均為1 年。 當城市遇到重現(xiàn)期為50～100 年的特大暴雨時， 城市排水管網(wǎng)排水能力自然不滿足排水需求，從而出現(xiàn)內澇。

3.3.3 排水系統(tǒng)銜接不暢

城市道路在開展豎向設計時， 未對沿線綠地標高進行充分調研，使得道路標高低于綠地，路面積水難以排入。

3.3.4 排水系統(tǒng)管養(yǎng)不及時

城市排水管網(wǎng)和防洪分屬在市政、水力、環(huán)保、電力等部門，統(tǒng)一協(xié)調難度大。 排水系統(tǒng)建成后如不及時維護管理，也會造成局部排水能力下降而出現(xiàn)局部內澇現(xiàn)象[6]，比如，各類淤泥、垃圾等進入雨水管道，如不及時疏通會堵塞管道，造成積水；再比如，管道施工、道路施工等損壞城市原排水管網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)象，導致排水不暢。

4 城市內澇治理措施及治理效果評價

4.1 低影響開發(fā)控制目標

依據(jù)GB 50014—2021《室外排水設計標準》對城市內澇防治設計重現(xiàn)期的要求， 西安屬于大城市， 設計重現(xiàn)期取50年。 同時，滿足居民住宅和工商業(yè)建筑物的底層不進水、道路中的一條車道積水深度不超過15 cm 的要求。 如發(fā)生超過城市內澇防治重現(xiàn)期的降雨時，城市運轉能基本正常，不得造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。

4.2 經開區(qū)內（中心區(qū)）澇控制措施

基于低影響開發(fā)理念，對經開區(qū)（中心區(qū)）內澇采取以下控制措施：

1）對于易澇積水點，由于雨污混接、錯接導致的易澇區(qū)域采用雨污分流措施進行改造； 由于管道老化、 堵塞導致的積水，采用新建雨、污水管道的方式進行改造；由于管道建成年限早，管徑較小不能滿足雨水排水需求導致的積水，依據(jù)防澇規(guī)劃采用擴大管徑新建管道的方式進行改造；

2）為了避免城市主干路兩側局部積水，將現(xiàn)狀兩側隔離帶改造為下沉式蓄水綠化帶，從而把路面積水引入下沉綠帶，控制地表徑流；

3）對城市道路綠地下凹處地塊產生的冒水、積水情況，設置生物滯留池，從而增加雨水滲透量；

4）為降低下游管道出流壓力，尤其是地勢低處冒水、積水情況，在積水處上游位置設置高位調蓄池，把雨水徑流的高峰流量暫留在池內，緩解管道出流壓力，同時收集到的雨水資源可以沖洗廁所、澆灑路面、澆灌草坪、水景補水；

5）利用砂土地質優(yōu)勢，對局部積水處設置滲蓄池，對雨水進行收集和存儲，緩解積水情況。

4.3 經開區(qū)內澇控制效果

雨洪管理模型（SWMM）是通過構建道路匯水面積、排水節(jié)點、LID 設施等來模擬某一區(qū)域內的降雨情況。 本文利用SWMM 模型計算了暴雨重現(xiàn)期P=50 年時，場地開發(fā)前、傳統(tǒng)城市開發(fā)、低影響開發(fā)下的路面徑流量，計算結果如圖2 所示。

圖2 不同城市開發(fā)模式下路表徑流

由圖2 可知，經開區(qū)（中心區(qū)）在低影響開發(fā)模式下的地面徑流峰值約等于傳統(tǒng)城市開發(fā)模式下的0.46 倍， 徑流峰值出現(xiàn)時間延遲了約70 min。 同時，低影響開發(fā)模式下與場地開發(fā)前的徑流趨勢大致相同， 說明兩者的自然生態(tài)環(huán)境相似，LID 設施對地面徑流控制效果較好。

5 結語

本文分析了城市低影響開發(fā)排水設計原則、 主要LID 設施特點，并依托西安經開區(qū)（中心區(qū)）對城市內澇產生原因、內澇控制措施及控制效果進行評價，主要得到以下結論：

1）盡快完成區(qū)域內雨、污分流改造；

2）低影響開發(fā)理念主張用LID 設施從源頭控制地面徑流，常用LID 設施主要有透水鋪裝、綠色屋頂、生態(tài)植草溝、生態(tài)樹池、雨水花園等；

3）在降雨高峰期，受城市化進程影響、設計標準較低、排水系統(tǒng)銜接不暢、排水系統(tǒng)管養(yǎng)不及時等因素影響，容易出現(xiàn)不同程度的內澇問題；