道路暴雨內澇積水改造分析與道路雨水設計

黃玲芳

（廈門市政管廊投資管理有限公司，福建 廈門 361000）

0 工程概況

湖濱南路是廈門老城區的一條主干道，于20 世紀80 年代建成，因路面沉降，形成低洼地帶，由于地下排水系統沉降淤塞以及筼筜湖水位提高等原因，湖濱南路中心血站及污水處理廠路段雨天積水很深，嚴重阻礙車輛通行及行人出行。因此，對湖濱南路進行積水整治勢在必行。

1 現狀雨水系統概況

1.1 現狀排水問題

湖濱南路屬于廈門城市中心的一條主干道，道路兩側高樓林立，是廈門的商業及住宅中心之一。道路上車輛通行，輕則造成交通滯留，重則車輛熄火趴窩，交通癱瘓。同時，路面積水形成的“水塘”（現場圖如圖1 所示），也給行人及非機動車通行帶來困難，干擾市民出行、生活，由此給市民的生產生活帶來不便甚至造成直接或間接損失。因此，只有找出積水形成的原因，才能有效整治道路積水。

圖1 現狀積水現場圖

1.2 現狀排水系統

湖濱南路原始地貌為海灣，由于城市建設需要，回填整平，現狀為瀝青路面，地面平坦、開闊，做為老城區東西向交通要道，車流量很大。筼筜湖排水區域已建1～10 號排洪溝，由南向北穿越湖濱南路后排入筼筜湖。筼筜湖常水位為0.0m，汛期則結合外海潮位及強排降低水位。經測算，大部分排洪溝按設計斷面及坡度能滿足重現期1 年時的排水要求。1）道路沉降，路下排洪溝也相應下沉并在湖濱南路形成凹底。2）現狀排洪溝系早期建設，存在淤積，泄洪能力達不到設計要求。3）湖濱南路以內段排洪溝內底低于筼筜湖常水位，排洪溝有效過水斷面及過水能力均低于原設計，若突降大雨，而筼筜湖水位受潮位等影響未能及時下降，則雨水來不及排除，積于低洼地從而形成內澇。4）筼筜湖水域面積相對較小，山洪從周邊匯水區域沿30 余條溝渠匯集到湖區，由于周圍地勢坡度大，地面硬化程度高，降水匯流速度快，洪峰流量大，洪峰到達時間短，暴雨期間，由于洪水匯流時間短，特別是受海潮頂托作用，湖區水位上升很快。5）有一些溝渠在湖區的出口位置較低，洪水期的高水位大大削弱了它的泄洪能力，區域洪水無法很快匯集到湖區，甚至從下水道反冒出地面，造成湖濱南路中山醫院段、郵政局段等多處地段被淹，市區交通中斷，威脅人民生命財產安全。

現狀湖濱南路路面雨水通過雨水箅子匯入就近排洪溝，最終排入筼筜湖。因路下排洪溝在湖濱南路下沉，同時排洪溝內淤塞，使排洪溝內沿程及局部水頭損失增大，由此造成排洪溝總水頭損失大增。而湖濱南路路面不斷下沉，最低點已下沉至0.5m，同時筼筜湖常水位卻由-0.5m 提高至0.0m，兩者水位差縮小，當水位差不足以克服總水頭損失時，路面雨水將無法排出，從而形成積水?，F狀積水分布圖如圖2 所示。

圖2 現狀積水分布圖

2 總體改造方案

要解決湖濱南路積水的問題，必須從增大排洪溝過水能力、減小水頭損失及增加水位差等方面著手進行綜合整治。

2.1 增大排洪溝過水能力，減小水頭損失

對現狀排洪溝進行清淤改造，可增大排洪溝過水能力。因排洪溝建成年份久，片區住宅容積率高，排洪溝整體提升改造涉及面廣、難度大，建議管理部門可對排洪溝下沉段結構提升或斷面改造進行進一步研究。

2.2 增加水位差，加強筼筜湖水位調度

抬高湖濱南路低洼地的道路標高，可快捷有效地增加水位差，同時，也將為筼筜湖水位調度爭取更多時間。降雨初期，流量較小，水頭損失也小，路面抬高后雨水可順利排出。同時，合理利用大潮的有利條件，當海水位低于筼筜湖水位時，開啟閘門排水，騰出庫容蓄洪；當海水位升高不能自排時，須開啟排澇泵站抽水排水，提高湖區防汛能力。因路面抬高，道路積水所需時間加長，所以筼筜湖泄水量增加，水位下降值增大，當達到洪峰流量時，雖水頭損失增大，但水位差及排洪溝有效過水斷面也增大，路面雨水通過該效應順利排出。

2.3 加強筼筜湖區防汛排澇能力、發揮筼筜湖區滯洪區的作用

筼筜湖泄洪主要依靠西堤閘門、西堤南側筼筜湖排澇泵站自流通道泄洪，以自排為主，在潮位高于湖水位時輔以水泵抽排控制湖水位的上漲。

筼筜湖區淹沒災害主要為內澇，由于筼筜湖為廈門島的主要滯洪泄洪區，應嚴禁侵占、擠占筼筜湖流域內的滯洪區水面及庫容，并充分發揮松柏湖、東山水庫、萬石巖水庫等的滯洪作用，做好流域內的水土保持工作，以緩解湖區的洪峰壓力。在有可能的情況下，建議擴大湖區滯洪的面積，緩解筼筜湖區防汛壓力。

同時，增加筼筜湖排洪泵站的數量，擴大自排洪水量，增強泵站排洪能力，加強對湖水位的調控管理，可提高整體片區的防汛能力。

2.4 實施方案

湖濱南路西起湖濱西路，東至廈禾路，是廈門市中心城區一條東西向主干道，全長約4416m，道路紅線寬度為44m。對雨天積水嚴重段，進行提升改造。

對現狀雨水系統的規劃如下?，F狀湖濱南路路面雨水通過雨水箅子收集排入雨水管道系統，匯入就近排洪溝，最終排入筼筜湖。并且在樁號K1+500～K1+770段道路兩側輔道上均設有連續排水箅子。但是因路下排洪溝在湖濱南路下沉，增加了排洪溝局部水頭損失，同時現狀排洪溝淤塞嚴重，路面雨水依舊無法順利排出，從而形成積水。

該工程擬廢除湖濱南路兩側輔道內現狀雨水箅子，改造為雨水口加密串聯排放系統，沿機動車道路緣石新建雨水口，同時，對洼地路段路面進行加高，防止路面雨水淤積；在道路低點增設雨水箅子及雨水管，并增加必要的排出管，及時排除路面積水；為解決主車道的排水問題，在側分帶增加開口，使主車道路面雨水由側分帶進入輔道新建雨水系統，解決主車道排水問題。

雨水最終排向筼筜湖，為保證新建管道管內底標高高于筼筜湖平時水位，避免管井常年積水滋生蚊蠅，根據筼筜湖平時水位線控制，該設計雨水管道除接入排洪溝段，其余管道埋深不超過1m。湖濱南路為主干路，交通量大，改造宜快速完成，管材選擇采用帶管座鋼筋砼Ⅲ級管，橡膠圈接口，對不滿足規范覆土要求段管道增設管道保護處理[1]。

3 排洪能力計算及改造后效果

作為廈門島核心休閑區的筼筜湖區，位于廈門島的中部，原為筼筜港，后于1971 年修建西堤，港區變成湖區，形成了現狀閉合水域，為廈門島主要滯洪、泄洪區。湖區多年平均降雨量1300mm，多年平均氣溫20.6℃，年平均湖水水溫22.2℃，目前湖區面積2.4km2，水域面積1.6km2（含松柏湖）。

湖區周邊土地為圍海新填地，地質較軟，平均高程為1.0m～1.5m，沿湖堤岸設計堤頂高程為0.50m。湖水主要靠天文潮汐引入和排出，平時湖內正常水位為0.00m，汛期預降水位為-0.70m。筼筜湖自然特征及主要參數見表1～表3。

表1 筼筜湖特征及主要參數表

表2 筼筜湖湖面面積組成情況表

表3 筼筜湖水位～庫容～面積關系表

筼筜湖經過多年的建設，已具備一定的城市防洪排澇能力，且筼筜湖防汛排澇系統龐大，涉及面廣，尤其以西堤南端排澇泵站最為重要。防汛排澇是一個系統工程，它與海洋潮汐、水文條件、蓄洪庫容及防汛設備都有關聯。只有適當的運作筼筜湖流域內的防汛排澇系統，結合海洋水文情況，及時調整運作模式，才能發揮該系統最大潛能，確保市區防洪排澇安全。

由于洪水和潮汐是兩個相互獨立的自然現場，洪水和潮水的遭遇尚無一定規律可循。筼筜湖排洪設計考慮的洪潮組合為50 年一遇洪水與多年平均最高潮位遭遇的情況，但該情況出現的概率很小，并且可通過合理調度筼筜湖排澇泵站對湖水水位進行調整，騰出庫容蓄洪。洪澇組合改造應以澇為主，以洪為輔，若采用50 年一遇防洪標準，將導致計算結果不合理偏大。且①路下現狀排洪溝并非全部滿足50 年一遇標準；②筼筜湖50 年一遇洪水位為1.41m，至湖濱南路所需水頭不小于0.4m，50 年一遇道路不澇的標高不低于1.81m，則湖濱南路全線均需抬高，沿線地塊建筑將受較大影響。因此，該工程主要用于保證通常情況下道路不會內澇，因工程造價、工期等多種因素影響，所以該設計暫不考慮洪潮組合遭遇情況，僅為改善湖濱南路積水危害。

根據多年經驗，筼筜湖水很少漫溢至岸上，則該設計以筼筜湖水位不淹沒駁岸的情況為設計前提。排洪能力水力計算選用暗渠壓力流淹沒出流公式進行校核計算，如式（1）。

式中：μ0為流量系數；w為暗渠橫斷面面積，m2；g為重力加速度，m/s2；Z0為包括行進流速水頭在內的作用水頭，m。

該項目所處筼筜湖駁岸標高為0.4m～0.5m，在該項目兩段設計范圍內，各選擇一處排水情況最不利的地方計算水力，分別為2#排洪溝和9#排洪溝，按排洪溝的設計斷面及坡度，經過計算得出如下結論（如表4）。

表4 洪峰流量比對表

2#排洪溝處，根據25 年一遇洪峰流量Q=15.67m3/s 進行計算，筼筜湖排出口至湖濱南路南側車道邊線所需水頭為0.4m，則該點不澇的最低標高為0.5（駁岸標高）+0.4=0.9m，該點現狀輔道地面標高為0.7m ＜0.9m，容易導致雨水無法及時排除，造成路面雨水淤積。改造后地面標高H=1.22m ＞0.9m，滿足排水水頭需求。該段距2#排洪溝最遠處雨水收集口位于樁號K0+340，按兩年一遇暴雨強度標準流量計算，排洪溝至該點水頭損失0.04m，K0+340 處改造后路面標高H=1.36 ＞0.9+0.04=0.94m，滿足排水水頭要求。所以該段改造后，當2#排洪溝洪峰流量達25 年一遇時，路面2 年一遇的雨水仍可順利排出。

9#排洪溝處，根據10 年一遇洪峰流量Q=25.65m3/s 進行計算，筼筜湖排出口至湖濱南路南側車道邊線所需水頭為0.67m，則該點不澇的最低標高為0.4（駁岸標高）+0.67=1.07m，該點現狀輔道地面標高為0.95m ＜1.07m，容易造成雨水無法及時排除，導致路面雨水淤積；改造后地面標高H=1.20m＞1.07m，滿足排水水頭要求。又因路面改造條件限制，該次改造設計接入9#排洪溝處的設計排水邊溝有一段為逆坡，按2 年一遇暴雨強度標準流量計算，逆坡段設計中最不利點K1+730 處到9#排洪溝處的水頭損失為0.05m，K1+730 處改造后路面標高H=1.27 ＞1.07+0.05=1.12m，滿足排水水頭要求。所以該段改造后，當9#排洪溝洪峰流量達10 年一遇時，路面2 年一遇的雨水仍可順利排出（改造前后對比表如表5）。

表5 改造前后對比表

綜上所述，路面抬高后，可防止低洼路面雨水淤積，使雨水順利排出。新建雨水系統增大了過水面積，加快排水速度，縮短積水時間，使中小雨時少積水、甚至不積水，大雨的積水時間也大大縮短，能滿足25 年一遇（部分路段10 年一遇）的洪峰流量排洪需求，并且能同時滿足路面雨水2 年一遇暴雨強度標準流量的排水需求。

4 結語

隨著異常天氣出現的次數增多，全國多地暴雨強度歷史新高的情況多發，老城區排水系統建設年限早，已無法滿足現今排洪需求，同時，老城區容積率高，道路較窄，路下管線密布，改造困難，雨水系統出現擴容難、調蓄難的現象，排水改造方案難以實施。設計人員應對改造工程的實際情況進行分析，找出積水形成的原因，做好方案比選，選擇可實施、有針對性、有效果的改造方案，不勞民傷財，不過度建設，以人為本，建設美麗宜居城市。