城市強排系統應對城市內澇的改進設計

劉 劍

(上海市城市建設設計研究總院天津設計研究院，天津 300000)

城市強排系統應對城市內澇的改進設計

劉 劍

(上海市城市建設設計研究總院天津設計研究院，天津 300000)

闡述了在城市內澇的狀況下，雨水排水系統的設計優化措施，以及在應對城市內澇中發揮的作用，并在工程實例基礎上，從雨水泵站設計、雨水管道工程設計等方面入手，改進了雨水排水系統的設計措施，以減少積水對城市的危害，供同行參考。

城市內澇，排水系統優化，雨水泵站，沉泥井

1 內澇的危害及現狀

近年來，國內部分城市相繼遭遇災害性降雨，發生嚴重的內澇積水事件，造成較大財產損失，影響市民生活和城市正常運轉，引起社會各界的普遍關注。城市內澇越來越成為我國現代大城市經常出現的通病，一場暴雨就可以檢驗一座城市規劃建設中的排水問題，無論是建設問題、管理問題，還是技術問題，都值得我們認真探討，尋找解決的辦法。

2 雨水排水系統在改善城市內澇中的作用

隨著城市化進程的加快，水泥地面，硬化屋面越來越多，自然生態的雨水排放系統被改變和破壞，雨水落到地面以后，產生大量的徑流，造成很多城市的內澇水災。雨水排水系統作為一個完善的管網系統，承擔著將雨水排入河道，避免城市內澇災害的關鍵作用，它屬于排水工程中的一項重要課題。雖然現在城市雨水排水系統很多城市都有，但一旦遇到大雨暴雨時，怎么樣很好的解決內澇問題還是一個有待進一步探討的問題。

3 改進雨水排水系統設計，應對內澇風險

分析內澇產生的原因，主動地采取必要的策略與措施，通過城市“規劃、市政、水務、環境”管理目標的協調，通過合理地規劃與設計，采取工程措施與管理措施，應對城市化區域氣象降水的復雜問題[1]。其中，雨水排水系統的合理設計尤為重要，是應對城市內澇的重要技術措施。

通常雨水排水系統由收水設施、雨水管道、雨水泵站、下游出路等幾部分組成，雨水管道是輸送機構，負責將雨水從源頭送至末端；雨水泵站是一個雨水排水系統的末端機構，擔負著提升出水，排放入下游河道的功能，是排水系統中不可缺少的組成部分。為了更加有效地應對城市內澇，減小其危害，因此在實際的工程設計中，可以在雨水泵站的設計、雨水管道的設計等等幾方面進行改進和優化。

3.1 雨水泵站設計規模考慮一定的安全余量

在雨水排水系統中，處于管網末端的雨水泵站兼有城市防汛排澇的功能，泵站功能的可靠性是一個系統成立的關鍵因素，泵站規模確定的合理性也成為一個排水系統科學完善的標志。設計規模過小容易造成廠房被淹等事故，若過大則會造成大量的浪費[2]。

一般雨水泵站規模的確定是由雨水管道終端的設計流量提供，雨水管道一般按照滿管重力流進行設計，由此計算出某地塊內的總管道設計雨量進而確定為雨水泵站的規模，且雨水水泵不配備用泵。在實際運行中，中、小雨情況下，雨水在管道中流動，不會溢出管道及檢查井，但在出現超設計標準雨量，雨水較大時，管道已承納不了過多地面雨水，雨水會溢出檢查井，在路面形成一定厚度的漫水層，從而造成路面積水，此時管道內雨水已不再是無壓重力流，而呈現有壓流，因此管道在承壓工況下所通過流量會增大，如圖1所示。

在面對這些挑戰時，一些新建區域可以通過提升設計標準、提高管網規模、提升河道容量、設置調蓄管涵等方式整體性解決內澇問題。但在一些老城區，尚無條件進行如此大規模的改造，該如何解決面臨的問題，舉例如下。

工程實例：

天津濱海某區域雨水泵站系統的收水面積為180 ha，暴雨重現期P=1年，綜合徑流系數0.6，地面集水時間15 min，泵站設計規模為8.0 m3/s。雨水系統主干管起點為該系統的西南角，沿東西向主干道自西向東敷設φ400 mm～φ600 mm管道，并沿南北向自南向北敷設φ800 mm～φ2 400 mm雨水管道，在擬建泵站上游的交匯井內匯合為雙排φ2 400 mm雨水管道，最終排入雨水泵站，雨水經泵站提升后排入規劃景觀河道。經過分析、比較以及論證，泵站最終的設計規模為9.6 m3/s，以提高泵站的提升能力(如表1所示)。

表1 泵站規模造價比選表

由此可見，泵站規模增加20%，工程造價增加不到10%。占地面積不需增加。同時將進泵站的φ2 400 mm雨水管道擴大為φ2 600 mm，以提高一部分排水管道的調蓄容積。

綜上，在實際工程設計中，考慮到水泵的造價遠低于雨水系統管道總造價，而且在降雨重現期P=1年的工況下，增加20%～30%的泵站規模，可以達到排出降雨重現期2年～3年的降雨水平(見表2)。

表2 降雨重現期與管網末端流量比選表

因此在設計雨水泵站規模時，可以考慮增加一定安全余量，以保證在不過多增加造價和占地面積的前提下提升雨水系統的排水能力。

3.2 適當提高雨水主干管道管徑

雨水主干管道是進入泵站的最終通路，也是一個排水管網容水的主要空間。工程進行雨水主干管道管徑設計時，在計算管徑的基礎上，進行技術經濟比較后，適當提高管徑級別，對雨水主干管道進行適當放大，強化管道的存水能力，以使管道具備一定體量的調蓄容積。同時，在暴雨來臨前，騰空主干管道，有條件的減少外溢雨水的產生。

提高管徑的級別，會在已顯緊張的城市管道排布空間中造成一定困難，因此此項措施的實施需要同建設管理部門、管線綜合編制部門一同協調解決。

3.3 優化沉泥井設置位置及數量

在雨水系統日常管道檢修中，可以看到雨水管道與檢查井中的泥沙沉淀，對過水斷面產生明顯的影響。

經過國內一些內澇災害的實踐檢驗，雨水管道中雜物嚴重堵塞的情況也成為內澇產生的原因之一(見圖2)。排水管道中的雜物大部分通過檢查井等設施予以截留、清除，沉泥井便是實現此類功能的構筑物。某些地區，城鎮排水管道只在污水管道中設置沉泥井，雨水管道不設置沉泥井，且沉泥井的設置距離為150 m～200 m。由此，根據工程現場的反饋情況，雨水管道中亦應同步設置沉泥井，且沉泥井的設置間距在100 m～150 m為宜。尤其在雨水干管中，流速逐漸變緩，該區段應增加沉泥井的數量。同時，在雨水泵站進水總管道前1個～2個檢查井內設置沉泥井，宜設置不低于0.5 m的沉泥空間[3]，以利于管道雜物的沉淀，利于管道排水。

4 思考與結論

1)城市建設相關單位應加強對內澇原因的分析以及認識，落實《國務院辦公廳關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》的精神，根據《室外排水設計規范》(2014年版)討論稿的主旨思想，樹立“安全大于天”的思路，并積極面對內澇的挑戰，保障城市安全。

2)對泵站規模進行一定程度的提升是緩解城市內澇產生的途徑之一。有條件的地區，優先考慮進行管網，場站及調蓄構筑物的一并設計與實施。在老城區改造或者資金不足的區域，可以考慮對泵站規模進行20%～30%的擴大提升，立足于“花小錢，辦大事”的思路逐步解決城市建設的問題。此項措施，對于舊城區管網改造和老舊泵站“挖潛增效”有借鑒作用。因此，城市排水工程設計應考慮雨洪風險因素，排水泵站規模應在規劃階段進行充分論證。

3)適當地提高雨水主干管道的管徑級別，使管道具備一定體量的調蓄容積，強化管道的容水能力，并在一定程度上提升系統的排水能力。

4)雨水排水系統中應考慮沉泥井的設置位置和數量，避免雨水管道和檢查井中泥砂沉淀對系統排水能力的影響，以利于管道排水。

[1] 張善發.現代城市雨洪管理的策略與技術[A].2012城市雨洪管理國際研討會論文集[C].上海，2012.

[2] 王紅升.雨水泵站設計注意的幾點問題研究[J].科技傳播,2013(9)：56-57.

[3] GB 50014-2006，室外排水設計規范(2011年版)[S].

Improvingdesignofstrongurbandrainagesystemagainsturbanwaterloggingdisaster

LIUJian

(TianjinAcademyofDesign,ShanghaiCityConstructionandDesignAcademyHeadquarter,Tianjin300000,China)

The paper describes rainfall drainage system design optimization measures under the conditions of urban waterlogging disaster, and illustrates its role in dealing with urban waterlogging disaster. On the basis of engineering examples, starting from aspects of rainfall pumping station design and waterfall pipeline engineering design, it puts forward measures of improving rainfall drainage system design, with a view to reduce the hazard of waterlogging upon the city and to provide some guidance.

urban waterlogging, drainage system optimization, rainfall pumping station, drain well

1009-6825(2014)14-0157-02

2014-03-04

劉 劍(1979- )，男，工程師

TU992

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