城市建設(shè)中防止內(nèi)澇的規(guī)劃設(shè)計研究

周 晴

(廣西城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計院，廣西 南寧 530022)

1 概述

2011年7 月，內(nèi)澇繼續(xù)肆虐。今年最大的一場暴雨襲擊成都，連續(xù)3個多小時的強(qiáng)降雨，造成了成都市內(nèi)交通局部癱瘓。最大降水出現(xiàn)在成都市區(qū)的一自動站采集點(diǎn)，5 h內(nèi)降雨量達(dá)到215.8 mm。同樣的內(nèi)澇也出現(xiàn)在北京這個國際化大都市。2011年6月23日，北京遭遇了10年來最大的一場暴雨的侵襲，全市共有29處橋區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重積水，22處路段因積水無法通行，交通中斷。

2012年7月21 日，北京出現(xiàn)了61年來的最大降水。全市平均降雨量170 mm，城區(qū)平均降雨量225 mm，為新中國成立以來北京市最大的一次降雨過程，降雨量在100 mm以上的面積占全市的86%以上;強(qiáng)降雨一直持續(xù)近16 h;全市最大降雨點(diǎn)房山區(qū)河北鎮(zhèn)為460 mm，接近500年一遇。

2 國內(nèi)外城市排水規(guī)劃與建設(shè)現(xiàn)狀

日本于1963年開始興建滯洪和儲蓄雨水的蓄洪池，并于1992年頒布了“第二代城市下水總體規(guī)劃”，正式將雨水滲溝、滲塘及透水地面作為城市總體規(guī)劃的組成部分，要求新建和改建的大型公共建筑群必須設(shè)置雨水就地下滲設(shè)施。

美國早已有強(qiáng)制性防城市內(nèi)澇的法律，其多個州均立法規(guī)定，城市新開發(fā)區(qū)域必須實(shí)行強(qiáng)制的“就地滯洪蓄水”，并制定了詳盡的城市內(nèi)澇防范、治理措施以及問責(zé)手段。如科羅拉多州、佛羅里達(dá)州和賓夕法尼亞州分別制定了《雨水利用條例》。這些條例規(guī)定新開發(fā)區(qū)的暴雨洪水洪峰流量不能超過開發(fā)前的水平，所有新開發(fā)區(qū)必須實(shí)行強(qiáng)制的“就地滯洪蓄水”。

青島被冠以“中國最不怕淹的城市”之名。青島的丘陵地形以及三面沿海的位置決定了降雨時積得快，排得也快，與位于平原地區(qū)的城市相比，有很大優(yōu)勢。

另外，青島市的雨水系統(tǒng)的設(shè)計重現(xiàn)期均高于國家標(biāo)準(zhǔn)。青島主干道的排水重現(xiàn)期一般是3年～5年，部分暗渠甚至達(dá)到10年～20年的標(biāo)準(zhǔn)。

3 人居環(huán)境建設(shè)規(guī)劃設(shè)計中的問題研究

3.1 雨水管道的設(shè)計流量

目前，雨水管道設(shè)計流量有面積疊加法與流量疊加法。面積疊加法計算雨水設(shè)計流量，方法簡便，但其所得的設(shè)計流量偏小，而流量疊加法過程比較繁復(fù)，其所得的設(shè)計流量通常比面積疊加法大，偏于安全。兩種計算方法簡述如下，匯水面積計算簡圖如圖1所示。

圖1 匯水面積計算簡圖

A，B，C為互相毗鄰的區(qū)域，設(shè)面積FA=FB=FC，雨水從各面積上最遠(yuǎn)點(diǎn)分別流入設(shè)計斷面1，2，3所需的集水時間均為 T(min)。并假設(shè):1)匯水面積隨降雨歷時的增加而均勻的增加;2)降雨歷時t不小于匯水面積最遠(yuǎn)點(diǎn)的雨水流達(dá)設(shè)計斷面的集水時間τ;3)為討論方便假定徑流系數(shù)ψ=1。

3.1.1 面積疊加法

1)管段1～2的雨水設(shè)計流量:Q1～2=FA×q1。其中，q1為管段1～2的設(shè)計暴雨強(qiáng)度，即相應(yīng)于降雨歷時t=τ的暴雨強(qiáng)度，L/(s·hm2)。

2)管段3～4的雨水設(shè)計流量:同理可得，Q3～4=(FA+FB+FC)q3。其中，q3為相應(yīng)于降雨歷時為 t=τ+t1～2+t2～3的暴雨強(qiáng)度，L/(s·hm2)，t2～3為雨水在管段2～3中的流行歷時。

3.1.2 流量疊加法

1)管段1～2的雨水設(shè)計流量。Q1～2=FA×q1。其中，q1為管段1～2的設(shè)計暴雨強(qiáng)度，即相應(yīng)于降雨歷時t=τ的暴雨強(qiáng)度，L/(s·hm2)。2)管段3～4的雨水設(shè)計流量。同理可得，Q3～4=FA·q1+FB·q2+FC·q3。由上可知，采用流量疊加法設(shè)計管段的雨水設(shè)計流量等于其上游管段轉(zhuǎn)輸流量加上本管段產(chǎn)生的流量之和，即流量疊加。而各管段的設(shè)計暴雨強(qiáng)度則是相應(yīng)于該管段設(shè)計斷面的集水時間的暴雨強(qiáng)度。由于各管段的集水時間不同，所以各管段的設(shè)計暴雨強(qiáng)度亦不同。而采用面積疊加法計算所得的Q3～4=(FA+FB+FC)q3則是采用同一設(shè)計暴雨強(qiáng)度q3，使得計算結(jié)果偏小。

目前大多設(shè)計單位采用的是面積疊加法，面積疊加法計算雨水設(shè)計流量，所得的設(shè)計流量偏小;而流量疊加法所得的設(shè)計流量通常比面積疊加法大，偏于安全，特別是對于出現(xiàn)長時間的暴雨的計算比較準(zhǔn)確，比如2012年北京連續(xù)16 h的暴雨。

3.2 低影響開發(fā)(LID)理念

低影響開發(fā)(LID)理念是2011版《室外排水設(shè)計規(guī)范》提出的雨水綜合管理新思路[2]。低影響開發(fā)理念強(qiáng)調(diào)城鎮(zhèn)開發(fā)應(yīng)減少對環(huán)境的沖擊，其核心是基于源頭控制和延緩沖擊負(fù)荷的理念，構(gòu)建與自然相適應(yīng)的城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)，合理利用景觀空間和采取相應(yīng)措施對暴雨徑流進(jìn)行控制，減少城鎮(zhèn)面源污染。

雨水利用措施具體包括:降低操場、綠地、公園、花壇、樓間空地的地面高程，一般使其較地面低0.5 m～1.0 m，在遭遇較大降雨時可蓄滯雨洪;在停車場、廣場鋪設(shè)透水路面或碎石路面，并建設(shè)滲水井，加速雨水滲流;在運(yùn)動場下、大型廣場或停車場修建大型地下水庫調(diào)蓄雨洪;或管道的中間或末端設(shè)置調(diào)蓄池。中間調(diào)蓄池位于一個排水系統(tǒng)的起端或中間位置，可用于削減洪峰流量和提高雨水利用程度。當(dāng)用于削減洪峰流量時，調(diào)蓄池一般設(shè)置于系統(tǒng)干管之前，以減少排水系統(tǒng)達(dá)標(biāo)改造工程量;末端調(diào)蓄池位于排水系統(tǒng)的末端，主要用于城鎮(zhèn)面源污染控制，如上海市合流污水治理一期工程成都北路調(diào)蓄池[2]。

3.3 關(guān)于暴雨強(qiáng)度公式的修編及設(shè)計重現(xiàn)期的選擇

暴雨強(qiáng)度公式是確定雨水設(shè)計流量的重要依據(jù)[3]。公式的精度取決于統(tǒng)計資料的可靠性與統(tǒng)計方法的合理性。

以南寧市為例，南寧市使用的暴雨強(qiáng)度公式是1952年～1972年采用數(shù)理統(tǒng)計法推理得來的，而降雨量和降雨形式已有了很大的變化，與近年降雨實(shí)情有差距，因此有必要依據(jù)近年新增的暴雨資料，科學(xué)推求新的南寧市暴雨強(qiáng)度公式。近年來，國內(nèi)對暴雨強(qiáng)度公式的研究，取得了一定的進(jìn)展。在水文統(tǒng)計法的基礎(chǔ)上，對選擇方法、頻率分布、暴雨公式參數(shù)求解，電算與非線性方程的應(yīng)用等方面有了不少改進(jìn)，提供了公式的精度。

主干道的設(shè)計重現(xiàn)期采取較大值是青島排水設(shè)施經(jīng)得住暴雨考驗(yàn)的一個因素。下面以南寧市某個工程為例，分析設(shè)計重現(xiàn)期取2年和5年對工程造價的影響，方案一采用的設(shè)計重現(xiàn)期是2年，方案二采用5年，其他外部條件兩個方案均一致，方案一和方案二的雨水水力計算表如表1所示。

表1 不同設(shè)計重現(xiàn)期的雨水水力計算表

經(jīng)過初步估算，就管道安裝一項(xiàng)的費(fèi)用，方案一為408萬元，方案二為520萬元，加上其他管道附屬設(shè)施，5年的設(shè)計重現(xiàn)期比2年的設(shè)計重現(xiàn)期的排水系統(tǒng)造價增加約30%。因此，可以在主要城市干道等比較重要的地方采用較高的設(shè)計重現(xiàn)期，以保證排水系統(tǒng)的安全可靠。

4 結(jié)語

為減少雨洪災(zāi)害對人居環(huán)境的破壞，在人居環(huán)境建設(shè)規(guī)劃階段時，應(yīng)充分保留城市綠地，適當(dāng)修建大型地下水庫調(diào)蓄雨洪，在遭遇較大降雨時可蓄滯雨洪;鋪設(shè)透水路面或碎石路面，并建設(shè)滲水井，加速雨水滲流，將低影響開發(fā)理念貫徹至人居環(huán)境建設(shè)中。同時，暴雨強(qiáng)度公式隨著氣候的變遷需要修編，有必要依據(jù)近年新增的暴雨資料，科學(xué)推求新的暴雨強(qiáng)度公式;選擇合理的設(shè)計重現(xiàn)期也可以減少雨洪災(zāi)害對人居環(huán)境的破壞。

[1] 張樹良.城市排水系統(tǒng)規(guī)劃與建設(shè)的國際經(jīng)驗(yàn)[J].資源環(huán)境科學(xué)動態(tài)監(jiān)測快報，2010(11):67-69.

[2] 上海市市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司.室外排水設(shè)計規(guī)范[M].北京:中國計劃出版社，2011.

[3] 北京市市政工程設(shè)計研究總院.給水排水設(shè)計手冊第五冊城鎮(zhèn)排水[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001.