《天津市中心城區排水防澇綜合規劃》編制要點解析

李 波，孫 杰，韓振勇，付小琳

（天津城建設計院有限公司，天津市 300122）

《天津市中心城區排水防澇綜合規劃》編制要點解析

李 波，孫 杰，韓振勇，付小琳

（天津城建設計院有限公司，天津市 300122）

根據天津市降雨特點對下墊面進行解析，結合城區土地利用性質，借鑒其他地區經驗，從排水防澇現狀、排水防澇能力與內澇風險評估、規劃標準、城市防澇系統方案、雨水徑流污染控制及資源化利用、排水管網系統規劃、內河水系綜合治理、管理規劃等方面進行闡述，提出相應的治理措施。

排水防澇；風險評估；降雨規律；規劃標準；徑流控制；徑流污染；綜合治理

0　引言

天津市地處太平洋西岸渤海灣邊，是我國中央直轄市之一。近年來全球氣候變化引發的城市熱島效應使得短歷時降雨的次數越來越多，城市暴雨引發的洪澇災害頻發，也暴露出城區排水仍存在薄弱環節，城市內澇問題亟待解決。為提高城市防災減災能力，按照住建部《城市排水（雨水）防澇綜合規劃大綱》［1］要求，在天津市水務局的組織領導下編制了《天津市中心城區排水防澇綜合規劃》。

本次規劃編制范圍為天津市中心城區及北部新區，四至范圍為：東至外環線東北部調整線，西南至外環北路，北至永定新河。本次規劃中將其統一稱為“天津市中心城區”。該規劃對天津市中心城區排水防澇現狀、排水防澇能力與內澇風險評估、規劃標準、城市防澇系統方案、雨水徑流污染控制及資源化利用、排水管網系統規劃、內河水系綜合治理、管理規劃等方面都做出詳細規劃，為天津市排水防澇工程的建設和管理提供依據，同時也為今后天津市相關規劃編制提供借鑒和參考。

1　排澇現狀及問題分析

排澇現狀分析是為了摸清現狀排水設施存在的問題及隱藏的風險，為制定合理的防澇措施提供詳細的數據。

天津市現狀中心城區雨水干管長約1 338 km，在284 km2建成區范圍內，管網服務面積227.32 km2，普及率80.4%。

中心城區承擔流域防洪功能的一級河道共有4條，分別為海河、永定新河、子牙河和北運河，河道總長約42.7 km。中心城區共有二級河道21條，河道總長191.3 km。

近年來天津市中心城區多次發生內澇事件，導致內澇的原因主要有以下幾點：一是排水設施問題。大部分區域為1 a一遇，排水設計標準低，同時還存在部分合流制區域。二是積水片未改造完成。截止目前，中心城區還有39處積水地區。三是排水河道下游不暢。

2　城市排水能力與內澇風險評估

內澇風險評估是編制本規劃的基礎，風險評估的目的是全面準確地了解城市防內澇體系的現狀及可能造成的危害，有效識別風險源及內澇分布區域，可為防內澇體系的方案設計提供科學依據。

2.1降雨規律分析

天津市目前采用的暴雨強度公式統計數據為1945～1981年的統計數據，由于當時的技術以及資料年限的問題，導致精度難以保證，已不能很好地反映近年來的降雨規律。此次規劃對天津市暴雨強度公式進行修編。

結合天津市地形特征，參考流域分區及暴雨特點，以區級行政區作為劃分基礎單元，將天津市分為4個暴雨分區，分別采用耳閘、海河閘、九王莊和于橋水庫 4個典型雨量站 1974～2012年共計39年的降雨資料，給出的暴雨強度公式的選樣方法為年最大值法。

結合天津市地形特征，通過對全市典型降雨量分布特征的研究，表明濱海新區、中心城區、北部山區及平原區降雨量等值線均不同，因此，將天津市劃分為Ⅰ區、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區4個暴雨分區（見圖1）。考慮實際應用的可操作性，每個暴雨分區以區級行政區作為基礎劃分單元，對于跨暴雨分區的區鎮，以區政府所在地的具體位置確定所屬暴雨分區。以區級行政區作為劃分基礎單元［2］。

圖1　天津市暴雨分區示意圖

將各歷時暴雨強度極值分別按從大到小的次序排序，進行經驗頻率計算。采用皮爾遜-Ⅲ型目估適線法進行各歷時降水的概率分布擬合，暴雨強度公式推求分別采用了加速遺傳法、優選回歸法、麥夸爾特法。分別推出天津I區、II區、III區、IV區誤差最小的公式。

第I區設計暴雨強度應按公式:

修編后的暴雨強度公式能夠更加準確地反應出降雨變化規律，為本次規劃的編制奠定了理論基礎，同時也為今后天津市相關規劃編制提供借鑒和參考。

本次規劃中，同時做出了60 m i n、120 m i n、180 m i n、24 h的雨型分配比例對應的雨峰發生位置，推求出設計雨型分配表與雨型分配示意圖，分別適用于各區60 m i n、120 m i n、180 m i n、24 h以內不同時間段的雨型推求，為模型法在全市域的應用奠定了基礎。

2.2天津市下墊面解析

下墊面（underl yi ng surf ace）是指與大氣下層直接接觸的地球表面。它包括地形、地質、土壤和植被等，是影響氣候的重要因素之一［3］。

天津市下墊面主要包括水體、草地、樹林、裸土、道路、廣場和屋頂等幾類。借助遙感衛星圖像、天津市地形圖及GIS技術等對天津市中心城區下墊面進行了解析，測算出不同種類下墊面的面積，對匯水面積的綜合徑流系數按地面種類進行加權平均計算，現階段，天津市中心城區排水整體徑流系數在0.47～0.57之間。

2.3天津市現狀排水防澇系統能力評估

天津市雨水管網普及率雖然較高，但是雨水管網重現期標準不一，且普遍偏低，暴雨重現期均按 1 a設計并實施，而且泵站標準偏低，達標率不高。

對天津市中心城區典型片區現狀排水能力采用模型進行評估，并結合歷年統計資料及工程設計情況，經推理公式核算出天津市總體排水能力為：排水能力小于1 a一遇的雨水干管 202.2 km，排水能力1～2 a一遇的管網1 145.8 km。

2.4內澇風險評估與區劃

鑒于天津市目前既沒有長時間序列的歷史內澇資料，也缺乏完整的區域地理信息資料，排水資料完整性和精度也不夠，因此，本規劃只能在現有的條件下，采用指標體系評估法，對天津市中心城區內澇風險做一個粗略的評估。

指標體系評估法包括風險因子識別、確定因子風險指數、風險計算和風險結果四部分。內澇災害風險因子主要包括危險性影響因子、暴露性影響因子和脆弱性影響因子［4］。危險性影響因子主要有9項：積水時間、積水深度、地形、歷史降雨、地面坡度、地面高程、地面滲透性、水系、排水系統；暴露性影響因子主要有2項：人口密度、經濟狀況；脆弱性影響因子主要有 4項：防災意識、應急救災能力、防災抗災能力、醫療救護能力。

根據現有天津市中心城區的調研資料，本規劃篩選和歸納出8個主要風險評估因子（積水時間、積水深度、地面高程、徑流系數、排水系統、人口密度、經濟狀況、防災抗災能力），并參照其他項目經驗，確定各評價因子的權重；同時按各風險因子可能產生的災害風險大小，確定各因子的風險指數；最后將風險評估范圍劃分成單元格，再根據確定的風險因素、風險指數及權重，計算風險評估范圍的綜合風險指數，進行天津市的風險區劃。

3　規劃標準

防澇標準是今后城市防內澇體系的目標，是城市防內澇方案體系設計的基礎依據。

天津市屬于中央直轄市，天津市中心城區內澇防治標準按有效應對不低于50 a一遇的暴雨考慮。按《室外排水設計規范》（2014版）［5］要求，集水時間采用10 m i n，取消折減系數，徑流系數按規范有關數據取值。雨水管渠計算中暴雨重現期取值為：一類地區采用5 a一遇標準；二類地區采用3 a一遇標準；地道和立交橋用10 a一遇標準。

4　天津市防內澇系統方案

根據內澇風險評估及確定的規劃標準，采用低影響開發（LID）理念對城市防內澇系統進行規劃方案設計，使城市防洪體系、河道水系、道路交通、園林綠地、環境保護、環境衛生等方面與排水系統有機結合，形成完整的城市防內澇體系，降低城市內澇風險，滿足天津市防內澇的要求。

由于天津市屬于水資源短缺、地下水位高、下滲條件不好、受納水體頂托嚴重、排水出路不暢地區，本規劃結合天津市的具體特點給出蓄、滯、滲、凈、用、排等多措施組合的排水防澇系統方案，具體方案如下:

（1）對于新建城區應著重設置雨水的蓄、滯、凈措施，加強雨水的資源化利用，減小徑流量和初期雨水的污染。

（2）有條件的地區應加大雨水調蓄設施的建設，結合實際情況，采取埋置能夠滲透儲水模塊的方式，使其與周邊的公園、綠地、景觀水系組成一個有機的防澇和入滲體系。

（3）天津市的水網密度較大，應加大對二級河道水系整治和疏浚，拓展排水出路；充分利用二級景觀河道的容積，對雨水進行調蓄。

（4）對中心城區建成區，結合老舊小區改造、道路大修、架空線入地、煤改燃等項目，同步實施建設防澇設施。

（5）全面優化泵站及管線的建設、運營、管理工作，積極推進排水系統水力模型的使用，實現科學化、數字化的管理。

5　城市雨水徑流控制與資源化利用

城市雨水徑流控制與資源化利用是緩解城市水問題的有效途徑［6］。雨水的合理調蓄利用既可以增加地區的水資源量，調蓄洪峰或消減徑流，又可以補充地下水，控制面源污染，因此合理利用雨水資源，有助于解決我國城市化進程中出現的缺水、洪災與生態環境問題。

5.1徑流量控制

理想狀態下，徑流總量控制目標應以開發建設后徑流排放標準接近開發建設前自然地貌時的徑流排放量為標準［7］。結合實際情況，將天津市中心城區年徑流總量控制率確定為75%～85%是較為經濟合理的，具體的控制方式主要有源頭控制、過程控制等。

5.1.1源頭控制

“源頭控制”即雨水徑流源頭削減，它是在建設項目的開發建設過程中，通過在建設項目各類下墊面綜合運用多種設施，讓更多的雨水入滲、蒸發或蓄存，使雨水在進入排水管道之前就能得到有效削減。

為了達到規劃標準，實現對雨水徑流量的源頭控制，本次規劃采用了一系列源頭控制措施，主要措施如下：（1）凡涉及綠地率指標要求的建設工程，綠地中應設滯留雨水的下凹式綠地，其面積應不少于其綠地面積的50%。（2）舊城改造后的綜合徑流系數不能超過改造前，不能增加既有排水防澇設施的額外負擔。當地區整體改建時，無論設計重現期是否相同，改建后的徑流量均不得超過原有徑流量。地區開發應充分體現低影響開發理念，除應執行規劃控制的綜合徑流系數指標外，其年徑流總量控制率不應低于55%。（3）新建及改擴建城區的硬化地面，可滲透地面面積不低于40%；其中硬化地面是指建設用地面積減去綠地面積（包括實現綠化的屋頂）及透水鋪裝用地面積。（4）在有條件的市政道路兩側設置植草溝。（5）硬化地面、小區道路、停車場、廣場等根據稟賦條件采用透水性地面。

5.1.2過程控制

“過程控制”是雨水徑流量控制的另一個有效手段，主要是結合地形地勢和市政排水設施建設雨水調蓄池。通過建設雨水調蓄池將雨水汛期貯留后錯峰排放或循環利用，可提高地區的排水標準，特別是對于排水系統已建成但標準較低的地區，采用雨水調蓄池等過程控制措施，不僅可以避免大范圍改造和擴建帶來的高投入、高成本，而且可以防止施工對周邊交通和居民生活的影響。

本規劃中對雨水徑流量的過程控制措施具體如下：（1）大型生態公園（生態節點）設置人工調蓄措施；（2）廣場等公共空間設置調蓄池；（3）在有條件的區域加大排水管道或修建深隧。

5.2徑流污染控制

當暴雨產生時，主要是屋面和路面上大量污染物在雨水沖刷下隨徑流通過城市排水管道或漫流進入河道、湖泊等受納水體，形成典型的城市降雨徑流污染，對城市生態環境構成沖擊性影響，嚴重制約城市水環境質量的改善，因此初期徑流污染的控制十分關鍵。本規劃將天津市中心城區初期雨水污染控制目標確定為：削減污染物60%～ 80%。天津市中心城區排水體制分為合流制排水及分流制排水，為實現初期雨水污染物控制目標，針對不同的排水體制制定了相應的初期雨水治理方案。

5.2.1合流制地區初期雨水治理方案

在天津市中心城區實行合流制的地區里，五大道地區屬于歷史文化風貌保護區，道路狹窄，地下空間小，不具備實施雨污分流條件，因此規劃考慮該地區保留合流制。其他合流制地區初期雨水治理方案如下：在堤岸或周邊綠地內新建管道進行調蓄，自七馬路泵站起，沿海河、復興河、大沽南路修建d3 200 m m調蓄管道，管道總長約 15 km、調蓄容積 99 000 m3，可盡量減少初期雨水徑流對海河水質的影響。

在合流制排水系統中建立雨水調蓄池可實現對初期雨水的面源污染控制。雨水調蓄池有效容積應根據當地降雨特征、受納水體的環境容量、排水系統截流倍數、系統旱流污水量、排水系統服務面積和下游污水系統的余量等因素綜合考慮后確定，具體計算方法參照《室外排水設計規范》（2014版）。

5.2.2分流制地區初期雨水治理方案

本規劃以海河、津河、衛津河、復興河、月牙河、護倉河、長泰河等環境問題為對象，確定對初期雨水截流，在二級河道河底、堤岸或沿線綠地修建調蓄管道，站前調蓄。

海河流域分流制地區調蓄設施的規劃方案為：津河水系、衛津河水系、復興河水系、月牙河水系及泵站直排入河部分采用調蓄池+調蓄管道組合的形式進行調蓄；護倉河水系采用調蓄池進行調蓄；長泰河水系采用調蓄管道進行調蓄。

其余流域分流制地區及北部新區均采用調蓄管道進行調蓄。

5.3雨水資源化利用

天津市人均水資源占有量為160 m3，僅為全國人均水資源占有量的1/16，水資源十分短缺。地下水開采成為緩解水資源短缺的主要途徑之一。近十年全市的地下水平均開采量超過 7.47億m3，淺層地下水開采率已超過98%。過度開采地下水已導致地下水位下降，引發地面沉降等環境地質災害。因此，雨水資源化利用顯得尤為重要和迫切。

天津市中心城區的雨水用途原則上以綜合利用為主，外排為輔，著重涵養地下水，減輕中心城區排澇壓力，控制雨水徑流污染，改善城市的生態系統。

天津市中心城區水資源利用方式原則上在小區、公園、人行道、停車場等地區鋪設透水路面，保證雨水快速滲入地下，涵養地下水，以減少徑流量，減輕排水管道壓力；在公共綠地、道路景觀隔離帶、道路兩側綠化帶等，推廣下凹式綠地；在易發生內澇區域修建下沉式廣場、運動場等，起到滯留、存儲雨水作用，緩解暴雨對排水系統的壓力。

天津市中心城區已有雨水資源化利用實例，實施了橋園公園、天津工業大學校園、梅江華廈小區的雨水資源化利用工程，通過透水鋪裝、下凹綠地等入滲設施的設置，攔截了初期雨水，同時調蓄設施儲存的雨水用來澆灑道路及綠化灌溉等，取得了顯著的經濟效益、社會效益和環境效益。

6　排水管網系統規劃

城市排水管網是保證城市地面水排除，防治城市水污染，并使城市水資源保護得以良性循環的必不可少的基礎設施，在整個水污染控制和水生態環境保護體系中扮演著一個重要角色［8］。城市排水管網能否滿足市民及城市本身的生活、生產與發展的需要，往往可以作為一個城市現代化進程的標志。在堅持科學發展的今天，城市排水管網設計必須科學規劃，做到尊重自然、順應自然，人水和諧、科學發展。

6.1排水體制

天津市中心城區現有合流制與分流制兩種排水體制。其中新建區域采用雨污分流制；五大道片區保留合流制，除五大道地區外，另 16片雨污合流區域需結合城市建設與舊城改造，加快雨污分流改造。其中七馬路地區、大沽北路地區、上海道地區及電臺道地區，目前暫時不具備改造條件的，通過加大截流倍數來控制污染。

對于雨污分流地區，應根據初期雨水污染控制的要求，采取截流措施，將截流的初期雨水進行達標處理或排至污水處理廠。

6.2排水系統規劃

本次規劃將中心城區分為 9個排水系統，分別為永定新河排水系統、北運河排水系統、新開河排水系統、子牙河排水系統、南運河排水系統、北塘排水河排水系統、陳臺子河排水系統、外環河排水系統、海河排水系統。北部新區為一個獨立區域進行排水系統規劃。

根據泵站的收水范圍或自流自調區的收水范圍，將天津市中心城區分為 144個排水子系統，其中雨水泵站提升區120片，雨水自流區 15片，雨水自調區 11片。規劃雨水泵站120座，其中新建泵站13座，改擴建泵站 107座，規劃雨水流量為 1 940.3 m3/s，總服務面積31 803 hm2。

中心城區規劃 37座地道泵站，其中 4座規劃新建，33座規劃遠期改擴建。規劃總流量為30.8 m3/s，地道泵站設計重現期按照10 a一遇。

北部新區排水系統共劃分為 18個排水子系統，包括18個泵站系統。雨水總流量298.3 m3/s，收水面積72.8 km2。

結合天津市的排水防澇現狀，天津市的重點改造項目主要有積水片改造、地道改造和合流制改造三個方面。規劃2016～2025十年間，完成對39片積水片區的改造，以及 17處地道（包括4座下沉路）的改造；規劃2020年前完成對全部17片合流制地區（共計21.88 km2）的改造治理。

7　城市內河水系綜合治理

城市內河水系是城市主要的澇水行泄通道和調蓄空間，是城市防澇體系的重要組成部分，同時也是影響雨水系統布置及排放的重要因素。

對中心城區河道過流能力及出口能力進行復核，發現除大沽排水河外，其他 20條二級河道中基本均能滿足設計過流要求，但是南運河、長泰河、衛津河、北塘河等 17條（段）現狀二級河道無出口閘站或存在出口規模不足等情況，而新開挖段外環河則存在尚無出口泵站的問題，故規劃河道治理規劃如下：

（1）一級河道：新建海河口泵站一座，規模230 m3/s。

（2）二級河道：共治理外環河等 11段河，共194 km。

（3）河口閘站：新建衛津河入外環河等7座閘站，擴建三元村等 9座閘站，共 16座，總規模增加277.6 m3/s。

8　澇水行泄通道

澇水行泄通道主要包括河道、排水干溝、干渠、低洼道路、深層排水隧道等。

天津市中心城區澇水行泄通道主要包括一級河道和二級河道，具體布局如下：

一級河道：永定新河、海河干流（含北運河、子牙河）和新開河-金鐘河共3條河道。

二級河道：南運河、津河、衛津河、復興河、月牙河、護倉河、北塘河、小王莊河、張貴莊、四化河、津港運河、南豐產河、紀莊子河、長泰河、先鋒河、東場引河、月西河、北豐產河、陳臺子河、大沽河和外環河共21條。

這些河道基本滿足中心城區澇水行泄布局要求，按照天津市中心城區內澇防治標準，使用水力模型對行泄通道進行分析，確定行泄通道改造規劃。另外，為了確保天津市中心城區澇水行泄通暢，在排水系統中河道行泄不滿足要求時，需要綜合考慮天津市自然地勢、排水系統等特殊情況，優先考慮將地表的排水干溝、干渠、低洼道路作為行泄通道。對于建設地表行泄通道有困難的地區，在充分論證的基礎上，考慮深層排水隧道措施。

9　結語

防澇綜合規劃的編制對于排水設計人員來說是一個全新的挑戰，除了需要掌握水力模型等新型設計方法外，還需要摒棄傳統單純“排”水的觀念，充分利用城市中各類設施，通過多種措施實現“綜合排水”。城市排水防澇是一項系統工程，必須與城市排水、城市防洪、河道水系、園林綠地等專項規劃結合，進行統一規劃，同時應及時調整和解決綜合規劃中出現的問題和不足，這樣才能逐步建設完善的排水防澇綜合控制體系［1］。

［1］住房和城鄉建設部.住房城鄉建設部關于印發城市排水（雨水）防澇綜合規劃編制大綱的通知（建城［2013］98號）［Z］.，北京：住房和城鄉建設部，2013.

［2］天津城建設計院.天津市雨水徑流量計算標準［S］.天津：天津城建設計院，2016.

［3］任玉芬，王效科，韓冰，等.城市不同下墊面的降雨徑流污染［J］.生態學報.2005（12）:3225-3230.

［4］謝勝.高度城市化區域內澇災害風險評估與區劃［J］.城市道橋與防洪，2014（11）:8-10.

［5］GB50014-2006（2014年版），室外排水設計規范［S］.

［6］李大超，韓相奎，李廣，等.城市雨水徑流控制與利用［J］.中國資源綜合利用，2014（2）:36-38.

［7］住房和城鄉建設部.海綿城建建設技術指南（試行）［Z］.北京：住房和城鄉建設部，2014.

［8］楊光.城市排水管網的現代化管理［J］.市政技術，2010（1）: 81-83.

TU992

B

1009-7716（2016）09-0027-05

2016-04-15

李波（1983-），男，河北武安人，高級工程師，從事給排水工程設計工作。