城市排澇標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵因素分析

于鳳存 王友貞 高成

【摘要】針對(duì)城市排澇標(biāo)準(zhǔn)缺乏統(tǒng)一規(guī)范的問(wèn)題，總結(jié)歸納了國(guó)內(nèi)部分城市的排澇標(biāo)準(zhǔn)，探討了設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)、排澇歷時(shí)及排澇歷時(shí)的不同表述等對(duì)排澇標(biāo)準(zhǔn)的影響，并進(jìn)行了實(shí)例分析。選取合肥雨量站，分析了最大24小時(shí)設(shè)計(jì)雨量與最大1日設(shè)計(jì)雨量的數(shù)量關(guān)系；選取宿州市，分析了24小時(shí)即時(shí)排除與24小時(shí)內(nèi)排除造成的排澇模數(shù)的差異。研究結(jié)果表明，最大24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨量值是最大1日設(shè)計(jì)雨量值得1.15～1.18倍，相同設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期與降雨歷時(shí)情況下，24小時(shí)即時(shí)排除與24小時(shí)內(nèi)排的排澇模數(shù)的2.4倍左右。該研究成果可為城市排澇標(biāo)準(zhǔn)的制定提供一定的參考，同時(shí)也說(shuō)明我國(guó)急需一部系統(tǒng)、完善的城市排澇規(guī)范用以指導(dǎo)城市排澇標(biāo)準(zhǔn)的確定及排澇設(shè)施規(guī)劃建設(shè)。

【關(guān)鍵詞】排澇標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期；設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)；排澇歷時(shí)

Abstract： For lack of the unified standard norms of urban drainage， some urban drainage standards were summarized， and the affects on the drainage standard was discussed from duration of design storm， drainage time and the different expressions of the drainage time. Finally， take Hefei rainfall station as example， the relationship between the amount rainfall of maximum 24 hours and the 1 day. While selecting Suzhou City， the difference of drainage modulus was analyzed caused by 24 hours immediate exclusion and within 24 hours excludehe. The results showed that the magnitude of the maximum 24 hours design storm is the larger than the 1 day 1.15 to 1.18 times， and drainage modulus under the 24 hours immediate exclusion is larger 2.4 times than under within 24 hours with the same design storm return period and drainage time. The research results can provide a reference for the urban drainage standards， but also shows that it is urgent to make a perfect city drainage specification standards to guide urban drainage and drainage facilities planning and construction.

Keywords： drainage understand， return period of storm， duration of design storm， drainage time

引言

我國(guó)城市排澇標(biāo)準(zhǔn)方面存在缺乏統(tǒng)一的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)、部分城市排澇標(biāo)準(zhǔn)上表述不一致等問(wèn)題。但近年來(lái)的城市內(nèi)澇問(wèn)題，使城市排澇標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)合理制定提上了日程，本文分析了城市排澇標(biāo)準(zhǔn)制定的相關(guān)依據(jù)及關(guān)鍵因素，并進(jìn)行實(shí)例分析，通過(guò)數(shù)量關(guān)系說(shuō)明排澇標(biāo)準(zhǔn)表述與實(shí)際排澇標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系。研究成果可為城市排澇標(biāo)準(zhǔn)的制定與城市排澇規(guī)劃提供一定的參考。

1.城市排澇標(biāo)準(zhǔn)的制定

排澇標(biāo)準(zhǔn)除規(guī)定一定重現(xiàn)期的暴雨外，還包括暴雨歷時(shí)和排澇時(shí)間。因此，排澇標(biāo)準(zhǔn)包含三方面：暴雨歷時(shí)、暴雨重現(xiàn)期和排澇時(shí)間。在相關(guān)規(guī)范和文件中對(duì)排澇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了確定。

（1）《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50805-2012），其中規(guī)定了不同防洪保護(hù)對(duì)象的設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際情況一般選取5～20年一遇。

（2）參考《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于做好城市排水防洪設(shè)施建設(shè)工作的通知》，《城市排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃編制大綱》提出了不同城市內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)，具體為：直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市中心城區(qū)能有效應(yīng)對(duì)不低于50年一遇暴雨，地級(jí)城市中心城區(qū)能有效應(yīng)對(duì)不低于30年一遇的暴雨，其它城市中心城區(qū)能有效應(yīng)對(duì)不低于20年一遇的暴雨，對(duì)經(jīng)濟(jì)條件較好且暴雨內(nèi)澇易發(fā)的城市可視具體情況采取更高的城市排水防澇標(biāo)準(zhǔn)。

但到目前，尚未有一部完善、系統(tǒng)的規(guī)范將確定城市排澇標(biāo)準(zhǔn)的三個(gè)方面進(jìn)行明確，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)很多城市排澇標(biāo)準(zhǔn)的表述及關(guān)鍵要素的取值都存在不統(tǒng)一、不規(guī)范的情況，國(guó)內(nèi)典型省市排澇標(biāo)準(zhǔn)的表述如表1。

2.城市排澇標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵問(wèn)題分析

根據(jù)表1，城市排澇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期地市級(jí)以上為20年一遇，縣級(jí)10年一遇，24小時(shí)暴雨24小時(shí)排出；但同時(shí)也體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)關(guān)于排澇標(biāo)準(zhǔn)的表述不統(tǒng)一，不規(guī)范。相同重現(xiàn)期，不同的表述，其內(nèi)涵不同，導(dǎo)致實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)（應(yīng)該采用實(shí)際排澇能力更準(zhǔn)確，下同）不同。具體可歸納為三類：一是設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)不同造成的實(shí)際排澇標(biāo)準(zhǔn)不同；二是排澇時(shí)間不同造成的實(shí)際排澇標(biāo)準(zhǔn)不同；三是同樣的排澇時(shí)間長(zhǎng)度，由于表述不同，引起的實(shí)際排澇標(biāo)準(zhǔn)不同。

（1）設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)不同

城市排澇標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)計(jì)暴雨有兩種表述方法，24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨和1日暴雨。對(duì)于同一個(gè)地區(qū)，24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨和1日設(shè)計(jì)暴雨值不同，導(dǎo)致排澇標(biāo)準(zhǔn)的差異。一般情況下，24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨的排澇標(biāo)準(zhǔn)高于1日設(shè)計(jì)暴雨的排澇標(biāo)準(zhǔn)。

（2）排澇歷時(shí)及排除方式不同

表1中，排澇歷時(shí)及排除時(shí)間的表述有：24小時(shí)暴雨當(dāng)天排干、24小時(shí)隨時(shí)排干、雨后1/2日排出、1天排完、36h內(nèi)排完。顯然，相同設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期及設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)下，排澇歷時(shí)越短實(shí)際排澇標(biāo)準(zhǔn)越高，計(jì)算的排澇模數(shù)越大。

對(duì)于相同的排澇歷時(shí)，若表述不一致，也會(huì)導(dǎo)致實(shí)際排澇標(biāo)準(zhǔn)不一。廣東省特別重要的城市市區(qū)和寧波市規(guī)定1日排干，這1日可能持續(xù)到雨后，也可能出現(xiàn)積水，其積水時(shí)間長(zhǎng)短不定；杭州市建成區(qū)暴雨當(dāng)天排干，不允許持續(xù)到雨后，可能出現(xiàn)積水，對(duì)積水時(shí)間長(zhǎng)短未作規(guī)定，其設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)顯然高于前者。南京市和上海市都是20年一遇24小時(shí)暴雨即時(shí)或隨時(shí)排除，南京市還強(qiáng)調(diào)“保證城區(qū)在排水標(biāo)準(zhǔn)下不積水”，“即時(shí)或隨時(shí)排除，不積水”這樣的表述使得上海市、南京市的設(shè)計(jì)排水標(biāo)準(zhǔn)高于杭州、寧波市的排澇標(biāo)準(zhǔn)。

3.案例研究

3.1 最大24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨與最大1日設(shè)計(jì)暴雨值

以合肥市雨量站為例，進(jìn)行研究。合肥雨量站位于南淝河流域中游、合肥市北門處，有1973～2010年連續(xù)38年的觀測(cè)資料，是流域內(nèi)觀測(cè)年限最長(zhǎng)、資料較齊全的雨量站。通過(guò)統(tǒng)計(jì)年最大24h和最大1日雨量，進(jìn)行頻率分析計(jì)算，得出最大24h和最大1日點(diǎn)雨量頻率分布參數(shù)，見表2。

根據(jù)表2，在不同設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期下，最大24h設(shè)計(jì)暴雨值均比最大1日設(shè)計(jì)暴雨值大，對(duì)于20年一遇而言，最大24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨是最大1日設(shè)計(jì)暴雨值的1.18倍。

3.2 24小時(shí)即時(shí)排干與一天內(nèi)排完

以宿州市城區(qū)新汴河、沱河以南、京滬鐵路以西、澮河以北部分為研究范圍，首先對(duì)研究區(qū)域河網(wǎng)進(jìn)行概化，并將各概化河道的匯水區(qū)域根據(jù)管網(wǎng)排水路徑進(jìn)行了劃分，見圖1和表3。

通過(guò)頻率計(jì)算，得到20年一遇設(shè)計(jì)暴雨，并選取典型暴雨過(guò)程，采用同頻率法進(jìn)行縮放得到20年一遇最大24h設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程，見圖2。采用新安江三水源模型進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算，得到20年一遇最大24h設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程，見表4。

坡面匯流采用線性水庫(kù)法；管網(wǎng)匯流概化為以管道設(shè)計(jì)出流能力為上限，其出流過(guò)程作為河網(wǎng)非恒定流計(jì)算的入流過(guò)程；河網(wǎng)匯流采用明渠非恒定流法。為充分反映宿州市主城區(qū)河道澇水退水過(guò)程，在本次研究中，計(jì)算時(shí)段選擇72小時(shí)。在20年一遇24小時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨情況下，研究區(qū)域內(nèi)水面率為4%時(shí)，利用河網(wǎng)水力模型計(jì)算得到各主要南排澮河河道出城斷面的排澇流量。城市排澇計(jì)算中，排澇模數(shù)計(jì)算按照公式計(jì)算，

式中：為區(qū)內(nèi)第時(shí)段河道入流量，此處僅以管道排水能力上限為控制，計(jì)算得到的河道凈雨入流過(guò)程（mm）；為排澇區(qū)排澇模數(shù)（m3/s/km2）；為水面率；為排澇區(qū)內(nèi)河道預(yù)降水深（m）；為m時(shí)段內(nèi)的河道入流總量，亦為最大m h的河道入流量（mm）。

根據(jù)表解法原理，計(jì)算該城區(qū)k=4.4%、=0.7 m時(shí)的排澇模數(shù)，采用表解法計(jì)算，給m賦一系列值，求得相應(yīng)的Mm，取其中最大的一個(gè)值即為所求排澇模數(shù)，得知：m=4時(shí)，M=3.40m3/s/km2。

若按照24小時(shí)內(nèi)排除，利用平均排除法，設(shè)計(jì)凈雨量122.4mm，則要求24小時(shí)內(nèi)平均排除，求得排澇模數(shù)為1.42m3/s/km2。

由此可見，宿州市20年一遇最大24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨24小時(shí)即時(shí)排除與24小時(shí)內(nèi)排除的排澇模數(shù)差別很大，若是反應(yīng)在排澇工程建設(shè)上，成本差別更大。

4.結(jié)論

針對(duì)目前城市排澇標(biāo)準(zhǔn)沒有統(tǒng)一規(guī)范可查的情況下，探討了城市排澇標(biāo)準(zhǔn)三要素，即設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期、設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)、排澇時(shí)間，總結(jié)分析了國(guó)內(nèi)部分城市的排澇標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)排澇標(biāo)準(zhǔn)的表達(dá)不同，分析了實(shí)際的差別。以合肥站為例，進(jìn)行了最大24h設(shè)計(jì)暴雨和1日設(shè)計(jì)暴雨的差別；以宿州市為例，對(duì)比分析了相同設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期和設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)情況下，24h即時(shí)排除澇水和一天內(nèi)排完的排澇模數(shù)的差別，結(jié)果表明，兩種情況下，排澇模數(shù)差別很大?？蔀槌鞘信艥硺?biāo)準(zhǔn)的制定及排澇工程規(guī)劃、建設(shè)提供一定的參考。

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