提升城市排水防澇設計合理性的措施探討

張棟順

（山東天為工程技術有限公司，山東淄博255000）

1 提升市政排水工程設計合理性的主要措施

1.1 規劃引導，遠近結合，協同推進

相關市政部門在進行排水規劃編制中，需要與城市用地、發展方向進行緊密結合。在確定近遠期建設計劃時，一方面要考慮道路建設，另一方面要解決排水出路。

排水規劃應經過嚴格的評審、審批流程，確定后的規劃應嚴格執行落實，執行過程中及時對規劃中存在的問題進行糾偏，確保規劃的有效性[1]。

1.2 運用先進的設計理念、翔實的資料全面推進

首先，應與工程設計相關規劃部門進行有效結合，做好前期調研和規劃協調工作，確保排水工程能夠與其他工程協調發展。市政單位需要從全局視角出發，不斷提高市政排水工程設計的綜合能力，并從經濟、技術等多個角度進行分析論證，對各方面的工作進程進行科學的規劃，對干擾因素進行控制[2]。

其次，設計人員需要做好全面的勘測工作，并以勘測資料和各項數據為主要依據，進行契合度較高的排水設計工作，確保市政排水系統能夠安全穩定地運行。

1.3 徹底進行雨污分流、解決積水內澇

完善前期調查資料，合理分析匯水區域及雨污合流狀況，根據交通、投資、環保、民生等多方面統籌考慮，確定合理的設計方案，方案比選中充分考慮施工難度并進行工程可行性分析。

對城市的雨水分布情況進行全面的調研，確保設計人員能夠根據城市排水量的實際情況，對城市排水管道和降雨量進行合理的分析，做好城市雨水排水管道的設計工作。

基本目標是實現雨污分流，實現污水處理提質增效，確保超標雨水盡快入河，減少城市內澇的發生。

2 案例分析

以桓臺縣興桓路、建設街及張北路區域排水設計為例，分析市政排水存在的問題及設計中需要注重改善的重點及難點。

2.1 工程概況

桓臺縣興桓路、建設街、張北路均位于桓臺縣城區中部，為桓臺縣老城區范圍內主要交通干道，該區域匯水區域約5.3 km2。該3條道路均建成于20世紀八九十年代，建成已有二三十年；道路兩側建筑小區、企事業單位、學校、沿街商業等密布，兩側小區建設年代較早，部分已進行老舊小區及雨污分流改造。

2.1.1 現狀存在的問題

興桓路、建設街、張北路等道路現狀排水設施老舊，雨污混流、積水內澇等問題突出，雨天嚴重影響居民出行；因為在末端采用了截流措施，雨天時大量雨水排入下游污水管道，嚴重影響了污水進水水質。

2.1.2 現狀排水分析

全線雨污混流、錯接等接入口200余處，主要集中在興桓路道路西側、建設街道路北側、張北路道路北側等路段；現狀混流管線以管徑D400 mm的鋼筋混凝土排水管為主，管道腐蝕嚴重。

2.1.3 積水內澇調研分析

徑流量分析：兩側大部分為現狀建成區，區內建筑密度高，透水鋪裝及綠地較少，徑流系數大，綜合測算后，徑流系數可達0.7。

地形地勢分析：桓臺縣城區地勢平坦，坡度較小，總體呈南高北低，西高東低；東西、南北總體坡度均小于0.2%。

管網分析：現狀管徑小，大部分為D400 mm管線，缺少雨水排河出口，下游出路不暢。

2.2 主要措施

綜合以上調研分析，為解決雨污混流及城市積水內澇，一方面建設完善排水管網，另一方面打通下游排水出路。具體體現在以下幾個方面。

2.2.1 合理劃分匯水區域

雨水工程根據豎向分布及每個片區排水情況劃分排水分區，因地勢及河道位置等區域特性，匯水區域（見圖1）達到5.3 km2，傳統的暴雨強度公式計算已經不能適用于本工程的流量計算，為此采用了模型法進行模擬，并最終確定了合理的設計流量和管徑。

圖1 匯水區域圖

2.2.2 污水量計算

污水流量在滿足現狀排水規模的基礎上，按照總體規劃用地性質進行復核，乘以污水總變化系數后最終確定污水設計流量。因個別小區未進行雨污分流改造，本次設計在道路范圍以外區域設置截流井，并對污水管線進行流量復核，同時向相關主管部門提出了雨污分流的改造要求。

2.2.3 管道敷設

雨污水管線的線位選擇、施工方式的選擇關系到設計方案的合理與否。在工程前期綜合比較后確定采用了同溝槽開挖的施工方式。經最終施工驗證，該方案是確保本工程順利實施的重要條件。

2.3 工程設計方案

2.3.1 做好區域規劃設計

桓臺縣城區的雨水主要排入烏河，烏河位于城區的東部區域，結合地形地勢，東西向為雨水主干管，南北向為次干管及支管，此方案既保證了雨水盡快入河，又使排水區域不至于過大而導致管徑過大。根據以上原則，首先確定排水主管走向，如圖2所示。

圖2 雨水總體規劃設計圖

通過對周邊管線的進一步分析，本工程后期規劃建設相交道路管線，解決積水內澇，打通下游出路，近期建設與遠期規劃相結合，滿足當前的排水需求。

2.3.2 合理選擇管材

排水管材的選擇取決于輸送流量大小、施工方法、管道埋深、管道承壓、環剛度、工程造價等因素，各種管材各有利弊，現就目前常用的幾種管材做技術經濟比較，如表1所示。

表1 常用管材技術經濟比較

經綜合比較，結合工程實際情況，雨水采用鋼筋混凝土排水管和現澆混凝土箱涵結合的形式，污水采用玻璃纖維增強塑料夾砂管。

2.3.3 合理進行水力計算

本工程的水力計算以區域排水設計為基礎，分段進行，施工圖設計中采用近遠期結合，即滿足了當前的排水及傳輸要求，保證了工程總體布局的合理性，又合理降低了工程造價，節省工程投資費用約20%，產生了良好的經濟效益。采用的設計參數如下：

1）雨水：設計重現期采用3年一遇，地面集水時間視距離長短、地形坡度和地面鋪蓋情況采用5~15 min；綜合徑流系數根據兩側用地的不同進行加權平均，分別取值為0.5、0.6；雨水管線最小設計流速0.75 m/s，按滿流進行水力計算。

2）污水：污水采用比流量法進行水量計算，根據上位規劃及當地的用水實際情況，綜合用水量指標取180 L/（人·d），污水排放系數為0.9，平均人口密度為120人/ha；污水管道的設計最小流速為0.6 m/s，最大流速為5.0 m/s，按照非滿流進行水力計算。

2.3.4 管線高程控制及連接

排水管網的高程受許多因素的影響，如地形情況與其他管線的交叉，管材的抗壓、抗凍能力，以及城區今后的發展、下游排水出口及河道水位等。經綜合分析，本次管網起始點覆土污水為2.5 m，雨水為1.0 m，可滿足其服務區內雨污水能順利通過重力流接入。

管道的連接：污水管線均采用管頂平接，通過重力流可順利下游現狀排水管道；雨水工程受下游現狀排水管線及河道高程的限制，雨水管線采用管中平接，既減小了埋深，降低了工程造價，又可確保雨水重力流排河。

2.3.5 管線位置的選擇

因道路位于建成區，兩側樹木、商業等均對工程的實施產生極大的影響，綜合比較后確定，雨污水管線位于道路西側車行道下，采用通溝槽開挖施工，既避免了對沿街商業、店鋪、行道樹等的影響，又減少了與社會管線的交叉，便于工程的順利實施，同時雨污水管線同溝槽開挖敷設，進一步降低了工程造價，綜合造價降低了約20%以上。

2.3.6 對BIM技術進行有效的應用

傳統的市政排水設計高程交叉校驗需要依靠設計人員數據的計算核查進行，這種方法不僅需要花費大量的人力和時間，同時還無法對數的精確度進行保證。現階段，對BIM技術進行有效的運用，就能夠對上述問題進行解決，通過直觀的圖像形式對各種管線進行展示，管線交叉高程情況一目了然，各管線以直觀、立體的形式展現在眼前。首先，BIM技術能夠將施工區域地下管路布置的情況進行詳細的標注，并制定出合理的施工線路，節省了人力和物力的同時，還能夠避免對施工過程對周邊設施造成的損壞。其次，BIM技術還能夠對供排水的流量信息進行反映。在進行市政排水設計的過程中，及時根據實際情況進行水流量信息的評估，進而提高管道布置方案的合理性，促進工程項目經濟效益的提高。排水BIM模型如圖3所示。

圖3 排水BI M模型

3 結語

市政排水工程作為重要的民生工程，其設計的合理性已經越來越被人們所關注，因此，就需要對設計過程中存在的問題進行分析，并制定有效的解決對策，在提高市政排水工程設計合理性的同時，為人們的生產生活提供重要的基礎保障。總的來說，合理的排水設計是一項功在當下、惠及長遠的民生工程和民心工程，是解決城市內澇等頑疾的固本之法，是徹底改善市民的居住環境，推進美麗城市建設之基礎。