平原地區城市積水片綜合治理對策分析

秦 珺

（天津市城市規劃設計研究總院有限公司，天津 300190）

隨著極端強降雨天氣頻發，內澇積水綜合治理成為各地“十四五”時期的重中之重[1]。在此背景下，積極著手對城市積水原因進行分析、深入研究內澇積水的治理思路與方法，對開展積水片綜合治理規劃設計與排水系統運行管理具有重要的指導意義。本文圍繞平原地區城市積水原因進行分析，提出綜合治理的思路與方法。

1 積水原因

由于地勢較為平坦，依靠重力流管網很難順利將地表徑流排入下游水體，大多采用泵站提升方式將地區雨水排入下游河道水體。根據平原地區城市排水系統組成及特點，將積水原因歸納為以下幾方面。

1）水文氣象。我國華北平原地區地處溫帶半濕潤大陸性季風氣候，降雨主要集中在每年的6—9 月，時間分布不均。隨著城市硬化、氣候變暖、溫室效應，加上城市建筑高度、密度等因素阻礙了氣流由市區向外移動，延長了降雨時間的同時也增大了降雨強度，從而導致近年來極端強降雨天氣頻發，降雨規律已發生明顯變化，城市降雨逐漸呈現出時空分配不均的特點。

2）豎向高程是影響城市內澇積水的重要因素之一。雨水降落到屋面、地面，形成徑流，沿屋頂或道路坡度從高點流向低點，匯入雨落管或雨水井。當下墊面低點沒有設置排水設施時，雨水無排水出路，便積存在低洼地區形成積水[2]。因此，地勢低洼地區內澇風險較大。

3）下墊面。隨著城鎮化率不斷提高，城市開發前的天然水系、溝渠、綠地、濕地等滲透、滯蓄雨水作用極強的下墊面被不斷侵占、硬化，建設成為硬化程度較高的不透水下墊面。不透水地面面積的迅速擴張，使得城市綜合徑流系數不斷提高，雨水徑流量大幅增加，徑流峰值出現時間明顯提前，給市政排水系統增加較大壓力。

在城中村或非成片開發地區，常會出現市政基礎設施配套建設滯后的問題，導致先開發地塊雨水排放無出路，加上開發后下墊面硬化程度大幅提高，雨水徑流量的增加無法通過排水系統迅速排除出去，出現強降雨天氣的積水淹泡現象。

4）庭院雨水系統。作為建筑與小區等源頭地塊的排水設施，庭院雨水系統設計標準、施工質量以及運行養管均影響著庭院雨水排放效率。一些老舊小區普遍采用合流制排水系統，即使是分流制系統也經常出現雨污水管混接、錯接，庭院管網年久失修、清掏養護不到位等情況，導致庭院管網無法在短時間內迅速將雨水徑流排入市政雨水系統，管道滿溢而造成污水跑冒。

另外，私搭亂建或停放車輛侵占公共綠地等行為，使得老舊小區雨水滯蓄能力減弱，雨水徑流量逐漸增加，從而增加庭院雨水管網和市政雨水管網的排水壓力。當汛期遇短歷時強降雨天氣時，由于庭院管網設計標準偏低、年久失修、運行養護不到位，無法及時排出雨水徑流，極易在小區低洼地區形成積水。

5）市政雨水系統。由雨水管渠、泵站等設施構成的市政雨水系統承擔著城市排水的重要任務，是保障地區排水安全的重要設施，因此市政雨水系統的設計標準、實施效果、運行維護等各環節都影響著城市的排水能力。市政雨水系統建設標準偏低，管網合流、混接、錯接及運行管理等問題，使得市政雨水系統規模無法滿足城市排水要求。

6）河道水系。作為市政雨水系統的受納水體，河道水系流量、水位、堤防高度等因素均影響城市排水安全。河道水系的設計標準需滿足防洪、排澇、防潮等多重功能要求。在一些沿海城市，許多重要等級河道既承擔著區域防洪任務，又作為城市排澇系統的出路，同時可能會受到潮汐的頂托作用，對河道水系要求較高。

在城市開發初期，河道水系的排澇功能需求不大，加上城區內河道水系兼具景觀、通航等功能，對于河道堤岸形式、堤防高度等均提出了親水性、景觀性要求；而當城市開發規模不斷擴張，河道水系匯水面積不斷增加，排澇壓力不斷加大時，其堤防高度、斷面形式、水位設置等已不滿足城市排澇要求，但由于依水而建的老城區道路豎向、雨水系統、景觀風貌均已建成，很難有改造空間，汛期河道水系常因堤防高度不足、下游潮位頂托等原因影響市政雨水系統正常開泵，無法迅速將雨水徑流排入下游。

2 綜合治理對策

結合平原地區排水系統特點及積水原因分析，以問題為導向，提出平原地區城市積水片綜合治理方案。

1）首先需對積水片及周邊區域進行現狀調研，主要包括：水文氣象、下墊面、地質條件、豎向高程和排水系統等內容。水文氣象調研主要對該區域降雨的時空分布和降雨雨型進行收集與規律性分析；下墊面調研是將現狀用地劃分為綠地、屋頂、水域和硬地等類型，通過統計透水性較好和較差用地比例，分析現狀下墊面雨水滯蓄能力；地質條件主要調研區域土壤類型以及滲透性能，分析現狀土壤對雨水的滲透作用；豎向高程調研主要是對現狀區域高程與坡度的分析，查找積水片內是否存在地勢低洼地區；排水系統調研主要針對庭院雨水系統、市政雨水系統以及河道排澇系統的設施規模、運行狀況等進行分析。

2）在現狀調研基礎上，分析導致內澇積水的主要原因與存在問題：在水文氣象方面是否存在降雨時空分布不均，降雨雨型是否呈現短歷時高強度降雨特點；下墊面是否呈現硬化程度高、雨水滯蓄能力弱的特點；土壤地質滲透性是否較差，影響雨水自然下滲；區域內是否存在地勢低洼地區，或坡度平緩不利于地表徑流向下游排放；現狀排水系統是否存在設計標準偏低、年久失修、運行養護不到位以及是否存在雨污合流或雨污混接錯接等問題。

3）對現狀排水系統進行評估與分析。分別針對現行暴雨強度公式下的降雨量和不同設計重現期降雨工況進行排水能力評估與分析；通過對不同降雨工況的模擬，考察雨水管道是否超載、雨水井是否出現積水，對該區域內澇風險進行評估與分析；通過建立二維模型，對積水深度、時間及范圍進行模擬，確定區域的高風險、中風險和低風險地區[3]。

4）基于問題分析與現狀評估，從微排水系統、小排水系統、大排水系統和超標雨水排放系統不同層級提出積水片合治理措施。針對源頭徑流排放總量較高的問題，庭院雨水系統可通過設置下凹式綠地、透水鋪裝、雨水花園、綠色屋頂等低影響開發措施，增強雨水滯蓄能力，降低綜合徑流系數，減少雨水徑流外排總量，削減雨水徑流峰值；針對市政雨水系統設計標準偏低、排水能力不足的問題，可對雨水管渠、泵站、調蓄等設施提標改造；針對存在堤頂高程不足、過流能力較小等問題的河道，可因地制宜提出堤防加高加固、擴挖河道斷面、新改擴建河道排澇設施等工程措施；針對微排水系統、小排水系統、大排水系統改造難度較大，系統內澇積水風險較高的局部地區和路段，可在易積水地區周邊結合公園綠地、坑塘水體、下沉廣場等開敞空間設置行泄通道和調蓄空間。

3 案例分析

天津市某積水片面積約為206 hm2，內澇嚴重，多處點位當日積水超過0.5 m。

3.1 現狀調研

3.1.1 豎向高程與洼地

區域高程變化范圍較大，大沽高程在1.0～5.0 m，高程在1.5 m 以下的地勢低洼地區容易引入周邊客水，造成內澇積水；北邊界和東邊界道路沿線地勢較高，高程在2 m 以上；其他地區高程主要集中在1.5～2.0 m 左右。低洼深度超過1 m 的點位主要集中在片區東北部和南部，與積水嚴重點位完全吻合。見圖1。

圖1 豎向高程

3.1.2 下墊面

建設密度較大、硬化程度較高，缺少足夠的調蓄空間。見圖2。

圖2 下墊面比例

3.1.3 排水設施

1）庭院雨水設施。大部分小區實現雨污分流，但部分老舊小區存在雨污混接和雨污合流現象。見圖3。

圖3 現狀合流老舊小區分布

2）市政排水設施。雨水經市政雨水管網收集后，向東北經規模為10.0 m3/s的2號雨水泵站提升后排入下游河道。2 號雨水泵站服務面積435 hm2，除包含積水片區外，還收集片區北部和南部地區以及西部地道雨水，目前僅能滿足1 a 一遇雨水設計標準，另有3 號雨水泵站出水管和1 號地道泵站出水管接入本系統。見圖4。

圖4 現狀市政排水設施

3.1.4 下游河道水系

東北側有一條排水河道，兼有排澇、調蓄、景觀功能，2 號雨水泵站提升后排入該河道。河道兩岸局部地區高程不足3.0 m，出現暴雨時，處于高水位運行狀態。見圖5。

圖5 現狀河道兩側堤岸高程

3.2 積水原因分析

1）豎向高程。整體呈西高東低的態勢，最低點區域內支路高程普遍低于外圍主干道，極易造成大量客水涌入，屬于該地區內澇最為嚴重的積水片區。

2）排水設施。雨水系統標準較低，遇到超標雨水容易造成積水，另有其他雨水泵站出水管接入本系統。

3）河道水系。下游排水河道兩岸局部地區高程不足3.0 m，出現暴雨時，處于高水位運行狀態。

4）庭院管網。部分老舊小區積水嚴重是由于排水系統設計標準偏低以及存在合流制管網與混接管網系統，導致庭院小區雨水排放能力不足。

3.3 綜合治理對策

3.3.1 微排水系統

對混接、錯接的管網進行改造；對現狀合流管道進行疏通、清掏后作為污水管道，新建庭院雨水管網并采用截污型雨水口，實現雨污分流；通過小區內道路豎向設計，優化排水徑流組織方式；因地制宜設置下凹綠地、雨水花園、生態停車位、雨水桶等低影響開發設施。

3.3.2 小排水系統

對現狀雨水系統進行拆分與提標改造。在2號雨水泵站附近新建1座雨水泵站，規模為10 m3/s，負責收集積水片以北地區雨水并配套完善新建泵站進出水管道，減輕現狀2 號雨水泵站排水壓力；新建1 條3 號雨水泵站出水管，管徑為DN 2 000 mm，排入下游河道，縮小現狀2 號雨水泵站服務范圍；此外，提升1 號地道泵站規模至1.89 m3/s，標準從2 a一遇重現期提高至30 a一遇，降低地道內澇風險。見圖6。

圖6 市政排水設施改造方案

3.3.3 大排水系統

針對下游河道排水能力及兩側堤岸高程不足等問題提出3 個措施：一是在下游河道末端新建1 座河口泵站，規模為55 m3/s，提升河道排澇能力；二是對河道兩側堤岸實施加高、加固工程；三是拓寬、清淤河道，保持排水暢通。

3.3.4 雨水調蓄系統

遠期規劃利用現狀公園綠地和中學操場增設雨水調蓄池，將周邊市政道路和老舊小區雨水徑流引入雨水調蓄設施，緩解內澇積水問題的同時，通過在調蓄池內增加物理凈化措施，實現徑流總量和徑流污染的雙重控制。

3.4 模型驗證

基于SWMM[3～5]將積水片概化為141 個子匯水分區、140個管段和140個節點構成的雨洪模型，最終排入1個末端排放口。

模型選取《天津市海綿城市建設技術導則》暴雨強度公式，針對不同強度2 h 歷時降雨分別進行模擬。在3 a 一遇降雨工況下，改造前，大部分地區節點冒水、積水較為嚴重；改造后，相當一部分區域積水問題得到緩解或解決。見圖7。

圖7 雨水系統改造前后積水點位

對改造后系統3 條主干管最高水位數據進行分析，管網排水能力大幅提升，積水現象明顯緩解，主干管1 和主干管2 均未出現積水現象，主干管3 局部上游管段由于管徑偏小出現冒水點，可隨道路改造計劃逐步改造。見圖8和圖9。

圖8 改造后模型概化主干管位置

圖9 系統改造后主干管最高水位縱

4 結語

本文針對平原地區城市排水系統特點和積水原因，提出了積水片綜合治理的思路與方法，通過對庭院雨水系統、市政排水系統、排澇系統以及行泄通道不同層級系統的綜合施策與提標改造，實現地塊源頭減排，提升系統排水能力，保障下游水體行泄順暢，短歷時強降雨天氣能夠順利排除雨水，降低內澇風險。