鄭州市積水區(qū)治理方案研究

王紹征，申國(guó)朝，劉慶宇

（鄭州市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南鄭州450000）

0 前言

鄭州市位于河南省的中部，是河南省省會(huì)，地處北溫帶，屬大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，多年平均降雨量632.4 mm，降水量年內(nèi)分配極不均勻，夏季多雨，汛期7～9月3個(gè)月占年降水量的54.6%。汛期降雨的過(guò)分集中導(dǎo)致城市雨水危害加劇，內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，市區(qū)部分地區(qū)和路段雨季經(jīng)常出現(xiàn)積水現(xiàn)象，造成交通阻斷，市民出行困難，也嚴(yán)重威脅著人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前鄭州市中心城區(qū)遭遇強(qiáng)降水時(shí)，易造成道路斷行及嚴(yán)重積水的主、次干道，立交橋路段尚有積水區(qū)域22處。

鄭州市隴海路京廣路積水區(qū)位于隴海路、京廣路一帶，為鄭州市的三大積水點(diǎn)之一，歷經(jīng)多次治理未能解決。其匯水范圍西起金水河，東至京廣鐵路、熊耳河西支，南起航海路，北至中原路，面積約7km2。嚴(yán)重積水面積約30000 m2，京廣路口積水深度約60 cm，路口東側(cè)京廣鐵路立交被全部淹沒(méi)，造成交通斷行，退水時(shí)間約10 h。圖1為積水區(qū)匯水范圍示意圖。

區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有雨水強(qiáng)排泵站一座，流量4.72 m3/s。雨水立交泵站一座，流量1.53 m3/s。雨水出水口14個(gè)，出水總能力23.07 m3/s。除康復(fù)前街等個(gè)別路段外，市政道路均設(shè)有雨水管渠，雨水管網(wǎng)覆蓋率達(dá)90%以上，雨水排放出路為金水河和熊耳河。

1 積水區(qū)形成原因

隴海路與京廣路積水區(qū)是自然條件、城市建設(shè)、城市管理等多種因素造成的。

1.1 自然因素

（1）積水區(qū)地勢(shì)低洼，降雨不易排出。

匯水區(qū)域內(nèi)地勢(shì)西高東低，西側(cè)自然地形標(biāo)高為109.17 m，東側(cè)地形標(biāo)高為101.5 m，地形坡度約為0.0025，積水區(qū)位于匯水區(qū)域的最低點(diǎn)，當(dāng)雨水管渠滿負(fù)荷后，地表徑流沿地勢(shì)迅速匯集到該區(qū)域，形成積水。

（2）氣候異常，暴雨空間分布極不均勻，出現(xiàn)頻率增長(zhǎng)。

2007年政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)指出：全球的極端天氣事件已經(jīng)變得更普遍，包括暴雪、暴雨、大旱、熱浪天氣和熱帶風(fēng)暴。2007年6月4日《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案》中提出：氣候變化伴隨的極端天氣氣候事件及其引發(fā)的氣象災(zāi)害增多。

鄭州市也不例外，近年來(lái)極端天氣狀況出現(xiàn)也是越來(lái)越頻繁，如2007年8月2日，局部降水量達(dá)到100 mm；2008年7月13日20：00至14日5：00，局部降水量達(dá)到173.5 mm；2009年6月27日，短短1 h內(nèi)，鄭州市區(qū)有5個(gè)觀測(cè)站的降水量在50 mm以上，局部最大降水量達(dá)到70.5 mm。2009年8月2日3 h降水達(dá)53 mm，8月4日晚，鄭州市再次出現(xiàn)暴雨，降水量達(dá)到85 mm等等。同時(shí)，由于城市形成的熱島效應(yīng)，使夏季大氣對(duì)流活動(dòng)在城區(qū)附近得以加強(qiáng)，也增加了局部大暴雨發(fā)生的機(jī)率。

這種降雨的不均勻性使原設(shè)計(jì)時(shí)采用的暴雨強(qiáng)度q的取值與實(shí)際相比偏小，雨水管渠斷面不足。

1.2 城市建設(shè)因素

（1）從圖1可以看出，京廣鐵路由西北向東南方向從積水區(qū)東側(cè)穿過(guò)，分別與金水河與熊耳河相交，阻斷了原有地面排水系統(tǒng)，導(dǎo)致地面雨水無(wú)法沿自然地勢(shì)向東排放，全部匯集在京廣路口和鐵路立交處，嚴(yán)重積水。

（2）該區(qū)域現(xiàn)有雨水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，大多數(shù)排水管道設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為0.5 a，甚至更低，無(wú)法滿足一般地區(qū)1～2 a一遇、重要地區(qū)2～3 a一遇的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)核算，目前該區(qū)域雨水管出水總能力為23.07 m3/s,而按2 a一遇標(biāo)準(zhǔn)雨水管所需出水能力為43.63 m3/s，缺口較大，這也是鄭州市其它積水點(diǎn)普遍存在的問(wèn)題。

造成設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低的原因，主要有以下幾點(diǎn)：一是受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)能力限制，壓縮投資規(guī)模，降低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；二是隨著建成區(qū)的不斷擴(kuò)大，雨水管渠缺乏總體規(guī)劃，被動(dòng)地從已有干管向上游延伸方式，匯水面積不斷增大，造成干管超負(fù)荷，雨水排放受阻。當(dāng)暴雨超過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，管道排水能力不足。

（3）隨著城市的大規(guī)模建設(shè)和快速擴(kuò)展，區(qū)域內(nèi)被建筑物、道路和地面硬化所占據(jù)的面積比例越來(lái)越大，綠化面積和透水面積越來(lái)越小，改變了原有的下墊面，使得不透水層面比例增長(zhǎng)，地表綜合徑流系數(shù)與原來(lái)相比增長(zhǎng)明顯。

根據(jù)排水規(guī)范，非鋪砌土路面徑流系數(shù)0.25～0.35，綠地徑流系數(shù)為0.10～0.20，而硬化和屋頂?shù)膹搅飨禂?shù)為0.55～0.95。由于地面性質(zhì)變化產(chǎn)生的雨水徑流量差別有2～3倍之多。

（4）雨水泵站收水范圍擴(kuò)大，導(dǎo)致抽升能力不足。

一般立交泵站的收水范圍按立交范圍內(nèi)考慮，高水高排，低水低排，在立交兩側(cè)設(shè)置截水駝峰，防止外水進(jìn)入。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，雨量較大時(shí)，隨著周邊地區(qū)積水深度的增加，最終越過(guò)截水駝峰。

隴海鐵路立交泵站最大抽升能力為1.53 m3/s，立交區(qū)域內(nèi)的匯水面積為2.25 hm2，按暴雨重現(xiàn)期20 a，綜合徑流系數(shù)0.9考慮，設(shè)計(jì)流量為0.85 m3/s，如立交內(nèi)積水，最大蓄水量達(dá)18000 m3，如按0.85 m3/s流量計(jì)算，抽水時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5.88 h，此值還未考慮中間雨水注入的補(bǔ)充量，泵站設(shè)計(jì)規(guī)模偏小。

此類積水點(diǎn)還有如鄭州市二環(huán)支路立交、城東路立交等，均是這種情況，導(dǎo)致泵站排水時(shí)間延長(zhǎng)，積水不能及時(shí)排除。

（5）區(qū)域內(nèi)地勢(shì)原因天然形成的排水明溝走向一般較不規(guī)則，多從規(guī)劃地塊中通過(guò)，影響地塊使用，因此，在城市發(fā)展過(guò)程中或被取消，或被改成暗涵后占?jí)海氯麌?yán)重，過(guò)水能力減小，維護(hù)困難，嚴(yán)重影響區(qū)域內(nèi)的雨水排放。如鄭州市健康路明溝、沙口路明溝等，均已被占?jí)海瑑?nèi)部堵塞嚴(yán)重，過(guò)水?dāng)嗝鏈p小，無(wú)法正常發(fā)揮作用。

（6）部分道路雨污水設(shè)施未能配套建設(shè)，仍存在無(wú)雨水管道或雨污水合流的現(xiàn)象，如康復(fù)前街，目前僅有d300～500 mm合流管，不能滿足流量要求。

1.3 城市管理因素

（1）雨水口雨季由于落葉等雜物影響，收水能力減弱。

沿街單位、個(gè)人向雨水口內(nèi)傾倒垃圾現(xiàn)象普遍，現(xiàn)狀雨水管渠普遍淤積嚴(yán)重，過(guò)水?dāng)嗝娌糠止芫€不足一半。根據(jù)調(diào)查，此現(xiàn)象在商業(yè)較為發(fā)達(dá)的城市支路尤為明顯。造成管內(nèi)無(wú)水，地面積水。積水區(qū)鐵路局范圍內(nèi)雨水支管較為完善，但雨水箅子堵塞嚴(yán)重，喪失收水功能，是地面積水的主要原因。

（2）雨水管道下游河道與雨水管道分屬不同部門管理，協(xié)調(diào)困難。

出于城市河道景觀要求，河道上設(shè)有橡膠壩等蓄水構(gòu)筑物。如雨季時(shí)閘壩放水不及時(shí)，造成河道水位偏高，雨水管渠出水不暢。如興華南街出水口，下游緊臨橡膠壩，蓄水時(shí)出水口被完全淹沒(méi)，雨水管只能靠壓力出流。

（3）雨水管渠建成后移交不及時(shí)，影響正常使用。

部分雨水管渠建成后由于各種原因未能正常移交市政管理部門，管道內(nèi)垃圾未能及時(shí)清理，管道接口、基礎(chǔ)、檢查井存在質(zhì)量隱患，維護(hù)責(zé)任單位不明確，影響正常使用。

2 積水區(qū)治理對(duì)策

根據(jù)以上分析，可見(jiàn)造成城市積水的原因是多種多樣的，對(duì)積水區(qū)的治理方法也應(yīng)采用多種手段，應(yīng)該用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法，進(jìn)行綜合治理。而且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到城市的積水問(wèn)題的解決是相對(duì)的。鄭州市的治理目標(biāo)是：中雨不積水，大雨不斷行，暴雨有對(duì)策。下面仍以鄭州市隴海路京廣路積水點(diǎn)為例，對(duì)鄭州市積水區(qū)的治理方法進(jìn)行探討。圖2為積水區(qū)治理方案。

2.1 工程類措施

（1）改造道路豎向坡向，為地面雨水徑流尋找出路。

城市雨水的排泄出路主要有地表徑流和管道輸送兩種形式，雨水管道設(shè)計(jì)時(shí)是按照區(qū)域的重要程度，按不同的重現(xiàn)期設(shè)計(jì)的。當(dāng)降雨量超過(guò)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，多余雨水以地表徑流的形式沿路面向地勢(shì)低洼處排放。因此，路面排水的作用非常重要。京廣路隴海路積水點(diǎn)積水的重要原因之一就是路面排水被京廣鐵路阻斷，最終匯集在路口洼地，造成長(zhǎng)時(shí)間積水。經(jīng)調(diào)研，京廣鐵路西側(cè)有一條小趙寨東街，北起隴海路，南至熊耳河，全長(zhǎng)約500 m，現(xiàn)狀南高北低，高差1.3 m，擬北側(cè)高程不變，南側(cè)全線下挖，形成由北向南排水通道，進(jìn)入熊耳河，解決路面排水問(wèn)題。

（2）增設(shè)或改造雨水管渠，提高輸水能力和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

如前所述，區(qū)域內(nèi)雨水管渠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，需提高標(biāo)準(zhǔn)。因此，以最小的工程量使設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)是研究的方向。我們采用的方法是對(duì)原有排水系統(tǒng)進(jìn)行分割截流，在原有系統(tǒng)內(nèi)中段增設(shè)雨水干管，將上游來(lái)水截入新建干管內(nèi)，這樣上游來(lái)水截流后，下游管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)提高，同時(shí)改造的路段大大減少。如在大學(xué)路設(shè)雨水干管，把大學(xué)路以西雨水全部截流，以東雨水管經(jīng)核算基本滿足2 a一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),并有效地減少了對(duì)原有道路的破壞。

（3）減少鋪裝，加大綠化面積，大力推廣屋頂綠化。

鄭東新區(qū)為鄭州市新建區(qū)域，2002年開(kāi)始規(guī)劃建設(shè)，目前起步區(qū)33 km2已基本建設(shè)完成。鄭東新區(qū)雨水系統(tǒng)基本按重現(xiàn)期1～2 a設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)并不高，但自建成以來(lái)，當(dāng)老城區(qū)雨季嚴(yán)重積水時(shí)，東區(qū)基本無(wú)積水現(xiàn)象，究其原因，較高的綠化率功不可沒(méi)，大量雨水下滲，減少了地表徑流，同時(shí)也補(bǔ)充了地下水資源。

針對(duì)老城區(qū)，硬化面積較大，雨水下滲少，原有建筑較為密集，增加綠化面積難度較大等現(xiàn)狀，近年來(lái)出現(xiàn)的屋頂綠化技術(shù)可很好地解決這一問(wèn)題。屋頂綠化通常由隔根層、蓄排水層、輕質(zhì)土壤種植層四層組成（見(jiàn)圖3）。配置合理的屋頂綠化系統(tǒng)，能夠有效地截留雨水，減輕城市污水排放壓力；改善生態(tài)環(huán)境，夏季能減輕太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，緩解城市局部熱島效應(yīng)；冬季具有保溫作用，可降低能源消耗。通過(guò)屋頂綠化，可使屋頂雨水排泄量減少70%以上。

（4）改造河道，避免雍水。

城市雨水的最終受納水體為流經(jīng)城市周邊的河道，河道內(nèi)水位應(yīng)適當(dāng)降低，這樣才能保證雨水的順利排放。通過(guò)下切河床或加寬河面寬度，可使河道行洪能力增加。

（5）增設(shè)雨水強(qiáng)排泵站。

對(duì)于重要地區(qū)，為提高除澇標(biāo)準(zhǔn)，降低積水概率，必要時(shí)可增設(shè)雨水強(qiáng)排泵站，自流排放與泵站提升相結(jié)合。

2.2 非工程類措施

（1）加強(qiáng)對(duì)雨水系統(tǒng)的管理，保證排水功能的正常使用。

根據(jù)調(diào)查，積水區(qū)域內(nèi)很多雨水箅子和支管堵塞嚴(yán)重，過(guò)水?dāng)嗝娌蛔阋话耄踔镣耆滤馈５缆非鍜呃脱亟稚啼伒碾S意傾倒是主要原因。應(yīng)加強(qiáng)管理措施，出臺(tái)可操縱性強(qiáng)的實(shí)施辦法，杜絕此類現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）統(tǒng)一管理，統(tǒng)一調(diào)度，保證汛期雨水排放。

把城市道路、管線、明渠、河流、蓄水排水構(gòu)筑物等做為一個(gè)整體來(lái)綜合整治，避免人為因素導(dǎo)致出水不暢，造成積水。

（3）強(qiáng)化工程施工質(zhì)量管理，理順交接程序，保證雨水工程順利移交，使其盡快正常發(fā)揮作用。

2.3 城市建設(shè)中應(yīng)注意的問(wèn)題

為避免新的積水區(qū)出現(xiàn)，在城市建設(shè)過(guò)程中應(yīng)注意：

道路豎向規(guī)劃應(yīng)充分考慮地表徑流的影響，避免出現(xiàn)最低點(diǎn)；立交泵站規(guī)模應(yīng)按城市除澇標(biāo)準(zhǔn)對(duì)立交積滿水后泵站抽升時(shí)間進(jìn)行核算；透水結(jié)構(gòu)在人行道、廣場(chǎng)鋪裝中的應(yīng)用越來(lái)越多，好處一是有利于雨水下滲補(bǔ)充地下水，二是減少地表徑流；樹(shù)立“生態(tài)環(huán)保”的設(shè)計(jì)理念，遵循自然規(guī)律，城市發(fā)展過(guò)程中把對(duì)原有水文水系的影響和破壞降到最低點(diǎn)，包括地表徑流系數(shù)的影響，河道走向的影響，天然蓄水區(qū)的影響等多方面。

3 結(jié)論

城市在發(fā)展過(guò)程中形成的積水區(qū)對(duì)人民的生產(chǎn)、生活會(huì)造成很大的影響，甚至?xí)斐缮?cái)產(chǎn)損失，應(yīng)引起足夠重視。積水區(qū)形成的原因是多種多樣的，包括自然地形地貌、河流水系、城市規(guī)劃建設(shè)、城市管理等多方面原因。要解決城市積水問(wèn)題，需從降雨的源頭開(kāi)始，采取規(guī)劃、工程、管理等綜合治理措施，對(duì)降水實(shí)行下滲、調(diào)蓄、導(dǎo)排、調(diào)峰等多種手段，并在各部門密切配合下，才能有效地解決城市積水問(wèn)題。