有關優化城市排水系統應對暴雨內澇的研究

溫志毅

摘 要：近年來，我國暴雨內澇此起彼伏，以至各種問題逐步顯現，暴露了一個個城市排水系統的規劃設計、建設管理等方面的嚴重落后的問題。我們通過控制變量進行一些列分析，嘗試為研究城市排水系統應對暴雨內澇提出一點建議。

關鍵詞：暴雨；內澇；排水系統

1 研究背景

近年來，我國暴雨內澇此起彼伏，以往鮮亮的城市在瞬間變成“水城”，交通中斷、出行不便、財產損失，人身傷亡，各種問題逐步顯現，暴露了一個個看似實現了“現代化”的城市在城市排水系統的規劃設計、建設管理等方面的嚴重落后的問題。

2 原因分析

仔細分析，暴雨侵襲造成損失是天災也是人禍，就其原因分析大致有如下：（1）國內整個管網設計及施工水平標準較低，部分設施老化。北京市排水系統設計的是1到3年一遇，能夠適應每小時36-45毫米的降雨，而紐約是10至15年一遇，東京是5至10年一遇，巴黎是5年一遇。除了設計標準不高，城市排水系統還存在老化的問題。（2）排水設施建設落后，排水系統不健全。中國不少城區排水系統還是雨水和污水合用一根管道，排水管溝基本小于3米，而一些發達國家的排水管溝還能跑汽車。（3）城市建設引發積水問題突出。隨著城市建設規模的不斷擴大，城市空間大面積硬化，每逢大雨降臨，難以滲入地下的雨水涌向排水管網，增加了排水管的壓力。（4）管理缺陷造成設施安全運行保障能力不足。城市地下系統由于長期養護運行經費不足，導致排水設施管養人員不足、不穩定，技術素質低，遠不能滿足越來越高的規范化管理要求。

3 原因探究

要分析廣州市暴雨洪澇災害的影響，即是要分析廣州市暴雨洪澇的流量Q，就要對雨水管道設計流量進行有關的控制變量分析，于是我們控制如下幾個變量，分別嘗試的得到幾種結果。

根據我們所查資料，得出廣州市雨水管道計算方法如下：

雨水管道設計流量計算公式：

Q=ψq F和q=■來說；

Q：雨水設計流量

ψ：徑流系數，其數值小于1

q：設計暴雨強度

F：匯水面積

所以，本項目的就是通過模擬雨水設計流量的公式的控制變量來達到對優化排水系統應對暴雨內澇的研究。

（1）第一個控制變量因素，重現期T（保持ψ，F不變）：

對于Q=ψq F而言

其中，Q：雨水設計流量；ψ：徑流系數，其數值小于1；q：設計暴雨強度F：匯水面積。

其中，對于q暴雨強度，廣州市暴雨強度公式為：

q=■

式中：Q-設計暴雨強度；T-設計重現期（年）；t-降雨歷時（min），t=1+m，t為地面集水時間（min），廣州的為15-20min，取15min。（m為折減系數，取1.7）。

b為管內雨水流行時間（min），雨水口間距宜為25～50m，取30m，雨水管道設計流量按最不利流速，取5m/s，則為0.1min假設道路間距為300m的兩路口中間只有1個檢查井，道路兩側一般實際都按照150-200m進行采用。取最不利情況進行計算，則匯水面積為300×（200+200）=120000=12ha。

城鎮徑流系數：

表1

因為廣州是城鎮建筑較密集區，所以徑流系數ψ取0.85

所以其重現期對應設計流量的關系是：

表2

（2）控制第二個變量，匯水面積。設定重現期為10年，其他不變；

由Q=ψq F、T=10、以及廣州是城鎮建筑較密集區，所以徑流系數ψ取0.85。

得到以下：

表3

由以上數據得到：不同的匯水面積，對應著不同的城市設計流量，即是對應不同的洪澇災害流量。

（3）探討設計雨水管道管徑與流速流量之間的關系：

Q=（π D^2）/ 4·v·H

式中：Q-流量（/s）；D-管道內徑（m）；V-流體平均速度（m/s）。

流速取我國規定最小設計流速：0.75m/s，半徑為1km的地方周圍，其洪澇總流量和設計雨水管管徑為（見表4）。

表4

4 提出方案

就研究而言，近年來，全球極端氣候致使暴雨、特大暴雨頻發，我國多個城市發生內澇災害，嚴重危及人民群眾的生命財產安全和城市的正常運行，暴露了我國城市化水平不斷提高、城市規模不斷擴大的狀況下，市政基礎設施建設與安全保障不相適應的矛盾。與發達國家相比，我國存在城市排水標準偏低、缺乏應對特大暴雨的內澇防治系統、相應的預警、應急措施不完善等問題，這直接削弱了城市抵御暴雨等氣象災害的能力。

4.1 注重國際經驗研究，開展源頭控制技術、管網優化和內澇防治體系

（1）建立涵蓋“源頭控制體系”、“排水管網系統體系”和“內澇防治體系”的我國城鎮排水系統標準體系框架。（2）進一步提高標準，參考澳大利亞將城市排水、內澇防治和防洪三套工程體系一并考慮的方式，一方面提高現有排水管網設計標準，同時制定新的內澇防治標準，并將其與城市排水標準和防洪標準相銜接。

4.2 適當提高排水管網和內澇標準，優化排水管網設計技術

根據國際經驗，參照發達國家和地區的標準，同時結合我國的特點，調整城市分類，適當提高標準，基本和歐盟的標準保持一致。

4.3 加強相關專業和學科規劃協調，共同防治城鎮內澇發生

排水工程設計應與市政維護、水利防洪、道路交通、園林綠地、環境保護等專項規劃和設計相協調。其相關的排水工程設施，包括內澇防治和雨水利用設施，應根據城鎮規劃水面率的要求，保護自然蓄水設施，滿足不同區域的排水要求。

4.4 進行城市舊合流制排水管渠系統的改造

例如，將合流制改為分流制，保留分流制修建合流制渠道截留管，對溢流的混合污水進行適當處理和控制等等，都是根據當地城市實際情況，與城市規劃相結合，進行合理經濟的改造。

參考文獻

[1]謝映霞.從城市內澇災害頻發看排水規劃的發展趨勢[J].城市規劃，2013，2.

[2]張悅.關于城市暴雨內澇災害的若干問題和對策[J].中國給水排水，2010（16）：41-42，47.