城市雨水排水系統專業規劃
——以浦東新區金橋副中心核心區為例

何宏福

(上海市浦東新區規劃設計研究院,上海 200127)

上海高質量的有序發展離不開科學的城市規劃,浦東新區作為社會主義現代化建設的引領區,隨著地區城鎮化的高度發展,排水矛盾日益突出,其對城市排水安全提出了更高的要求。根據浦東新區2035年規劃,現狀排水系統設計標準與國家和上海市要求尚存在較大差距,因此,如何根據不同地區的現狀排水基底,編制科學、有效的排水專業規劃顯得尤為重要。通常排水專業規劃是由水務部門牽頭組織編制,而相關排水設施的用地規劃需規土部門協調完成,另外海綿城市的建設規劃是由建交委牽頭負責,這就導致了排水的規劃與建設之間存在滯后和脫節的問題,關鍵原因在于排水設施的用地難以得到及時解決。筆者摒棄常規排水專業規劃僅在水務條線下討論技術方案的編制思路[1-2],嘗試在地區開展控詳規劃調整契機下,從規土條線出發,同步考慮水務部門對排水提標的要求以及建交委對海綿城市建設的需求,以“多規合一”的規劃編制思路為導向,積極引導排水系統由“灰色”直排向“灰綠”相結合的蓄排方式轉變,提前引導布局相關“灰綠”設施的用地,提升排水專業規劃編制的引領性和落地性,逐步引領浦東新區綠色低碳高效城市排水體系的打造[3-4]。

1 規劃區域概況

根據《上海市浦東新區國土空間總體規劃(2017—2035)》,金橋城市副中心位于南北科創走廊,定位為以商務辦公、文化休閑、會議展示、創意研發、生態游憩為主要功能的城市副中心。啟動金橋城市副中心區域規劃調整的動因可歸納為外在驅動和內在訴求兩大方面:外在驅動是指“十四五”期間浦東推進2萬億建設目標,推進金色中環發展,金橋副中心是其中“3+5”重點區域之一;內在訴求是自身轉型升級需求。

為了適應金橋城市副中心核心區的建設發展,根據市政府批復的《浦東新區Y00-1201單元(金橋副中心核心區)控制性詳細規劃局部調整》,對該區域開展雨水排水專業規劃編制研究,為后期雨水系統達標建設提供規劃依據。規劃范圍如圖1所示。

圖1 規劃范圍

2 現狀排水系統評估

2.1 現狀及周邊排水系統

本次規劃所在地區雨污水系統建設于20世紀90年代,現狀雨污水系統主要依托《金橋出口加工區雨污水管道系統圖》進行建設。

本次金橋城市副中心核心區所在地區位于金橋一期雨水強排系統范圍內。該系統原規劃為強排模式,服務范圍:北起楊高中路、南至川橋路、西起馬家浜、東至曹家溝,服務面積約為4.89 km2。原規劃暴雨重現期P=1 a,綜合徑流系數取0.6,雨水主管沿川橋路、寧橋路、新金橋路、金皖路敷設,經位于新金橋路東陸路西北角的金橋1#雨水泵站(現狀規模為22.4 m3/s)提升后排入曹家溝。周邊主要涉及的金橋二期、金橋生活區系統(圖2),其設計暴雨重現期均為1年一遇,綜合徑流系數均為0.6。

圖2 周邊排水系統范圍

2.2 現狀排水能力評估

對設計暴雨重現期1年一遇、3年一遇和5年一遇,采用芝加哥雨型,選取降雨歷時2 h,對金橋一期及周邊排水系統積水情況進行模擬,系統積水分布和深度的結果如圖3所示。整體來說,隨著降雨強度的加大,系統積水區域明顯增大,積水深度基本都在0.5 m以內,隨著模擬重現期的提高,積水范圍顯著增加,且主要集中在系統上游區域。

圖3 排水系統不同重現期下積水風險模擬

根據InfoWorks ICM模型軟件對管道負荷的模擬情況,當暴雨重現期大于1年一遇時,西北側浙橋路、新金橋路等上游管道充滿度接近1,出現管道至少有一端的水位超過了管內頂,主要是因為現狀雨水管起始管徑偏小。東南側金湘路、川橋路等上游管道充滿度大于1,管段峰值流量大于管段的最大過流能力,開始出現壓力流的情況,主要是因為河道分布在西側,東南側路網密度偏低,部分上游管線匯水面積偏大。

3 規劃雨水系統提標制約因素

3.1 邊界條件分析

現狀金橋一期和二期雨水系統均已建成,泵站均無擴容改造空間,在此背景下通過優化該地區及周邊的排水分區和新建泵站來達到排水重現期由1年一遇提升到5年一遇的標準。

根據金橋副中心地區及周邊近遠期的項目建設規劃,對該片區雨水系統布局改造的制約因素主要包括:軌道交通、地下環路及隧道、高架立交、高壓走廊、河道水系、現狀雨水干網等。該區域涉及4條軌道交通,分別為北側現狀軌道交通9#線、南側在建的軌道交通14#線以及東西兩側規劃的軌道交通26#和21#線。雨水系統改造的干管走向應充分考慮與軌道交通線位、站點豎向和平面的相對關系。根據金科路地下化和中央公園地下環路方案,雨水系統應采取多片區分散收集的原則,避免規劃的雨水管道與地下道路及敞開段在豎向上產生矛盾。雨水系統改造在楊高路段應避開高架樁基以及南側現狀高壓走廊的保護范圍;規劃范圍區域西側緊貼馬家浜,其他3個方位無現狀及規劃河道,因此,規劃新建泵站應靠近馬家浜設置,以解決排水出路的問題。雨水系統的提標改造為了能對現有的雨水管道進行充分的利用,規劃雨水截流干管應盡量設置在排水分區系統邊界,以保障現有的雨水管線能順流接入。規劃引導建設項目分布如圖4所示。

圖4 規劃引導建設項目分布

3.2 規劃銜接分析

區域排水系統專業規劃編制的同時應參照上位的海綿城市建設規劃,并對接同層次的海綿城市建設規劃,但往往排水專業規劃與海綿城市建設規劃編制牽頭部門不一致,導致規劃編制存在脫節現象,相關綠色調蓄設施落地存在滯后性[5]。在當前“提標控污”雙重目標要求下,這就要求水務、建交、規土等部門加強聯動,明確責任主體,保障區域水安全、提升區域水環境。

根據《上海市海綿城市建設指標體系(試行)》要求和《浦東新區海綿城市建設規劃(2018—2035年)》引導,本次規劃范圍屬于浦東片174單元,年徑流總量控制率不小于67%,年徑流污染控制率不小于46.9%。

規劃范圍內各類建設用地綠地率指標控制如表1所示。

表1 各類建設用地綠地率指標

根據區域控詳規劃調整方案,落實相關雨水泵站及綠色調蓄設施用地控制要求,為相關排水設施建設提供用地支撐。

4 規劃方案

根據上海發展對城市排水安全性提出的新要求,上海主城區(含中心城)及新城,至2035年排水系統設計重現期應達到5年一遇標準;分流制強排系統初期雨水截流應達到≥5 mm的標準。本文規劃方案著重從提標和控污兩個方面進行討論。

4.1 控詳規劃及排水上位規劃分析

4.1.1 控詳規劃

控規調整范圍總用地面積為1.47 km2,區域現狀建成度較高,現狀主要以工業用地為主,建設用地占比達42.9%。根據區域的規劃功能定位,規劃調整后主要以公共設施用地為主,建設用地占比達41.9%,區域總體開發強度提升,較調整前規劃建筑量增加約50萬m2。

規劃道路系統路網密度較現狀大幅度提升,規劃范圍內現狀地面段金科路規劃調整為隧道下穿形式,并以金科路為對稱新增地下環路,加強道路兩側貫通。規劃用地調整對比如圖5所示。

圖5 規劃用地調整對比

4.1.2 排水上位規劃

根據《浦東新區雨水排水規劃(2020—2035)》,主城區(含中心城)及新城雨水基本采用分流制強排系統,管道設計暴雨重現期為5年1遇。圖6為浦東新區規劃排水模式和排水標準規劃。

圖6 浦東新區規劃排水模式和排水標準規劃

4.2 規劃基礎資料收集

區域排水專業規劃編制時需搜集上位的排水系統專業規劃、水系和水利專業規劃等作為依據,還應參照區域的海綿城市專項規劃合理布置雨水設施。同時,還應搜集規劃區內已建排水設施及管線資料,充分利用已建排水管道,采用經濟有效、切合實際的規劃方案,針對性地解決區域排水現狀存在的問題。

該區域排水專業規劃修編以《金橋副中心核心區控制性詳細規劃局部調整》為設計基礎,上位排水專業規劃主要依據《浦東新區城鎮雨水排水規劃(2020—2035年)》,同時參照了《浦東新區海綿城市建設規劃(2018—2035年)》,編制時還搜集了區域相關的排水系統專業規劃和已建、在建排水設施及管線的相關資料,為規劃編制提供有力支撐。

4.3 規劃范圍和研究范圍確定

城市排水工程規劃范圍,應與相應層次的城市規劃范圍一致[4]。本次排水系統專業規劃的范圍與控詳細規劃的范圍基本一致,考慮到原排水分區以馬家浜為界,優化本次規劃范圍為:東至金湘路、南至川橋路、西至馬家浜、北至楊高中路-金科路-新金橋路,規劃用地面積為1.34 km2。

金橋副中心地區建設年代較早且建成度較高,該地區已編制過雨水排水專業規劃,雨水系統已基本建成,由于城市建設的時序性,該區域控詳規劃修編分期啟動,這就要求本次排水分區的研究范圍需和周邊現狀建成的排水系統進行統籌研究。

4.4 排水體制確定

城市新建地區和舊城改造地區的排水系統應采用分流制[6]。根據該地區雨水排水上位規劃,浦東地區雨污排水系統結合道路系統規劃實施得較為完善。因此,浦東新區基本采用雨污分流的排水體制,本次規劃修編區域位于浦東金橋城市化地區,仍采用雨污分流的排水體制。

4.5 雨水排水模式和規劃標準的確定

4.5.1 雨水排水模式

根據《上海市城鎮雨水排水規劃(2020—2035年)》,城市化地區的排水模式主要分為2種,即城市小區強排水模式和城市自流排水模式。強排模式主要適用于水面率低、開發強度較高地區,中心城區基本都采用這種排水模式。自排模式則主要適用于河面率較高且河網分布均勻、地面高程相對較高的地區。

本次規劃范圍內雨水采用強排模式,原因主要有2點。①根據區域水系規劃,規劃范圍內水域面積約為0.05 km2,規劃河面率為3.21%。規劃范圍內僅有一條南北向的馬家浜,距離規劃范圍外東側的曹家溝約為2.5 km,水面率較低且河網間距不滿足自排要求。②規劃范圍內河道的最高控制水位為3.75 m,大部分的地塊現狀地面高程為3.9～4.4 m,地面與水面高差較小,不利于雨水自流排放。

4.5.2 規劃標準

雨水管渠采用的設計管徑由雨水設計流量確定。雨水流量的計算應遵循《室外排水設計規范》中所規定的雨水流量計算公式,如式(1)[7]。

Q=q×Ψ×F

(1)

其中:Q——雨水設計流量,L/s;

q——設計暴雨強度,L/(s·hm2);

Ψ——徑流系數,采用0.5;

F——匯水面積,hm2。

上海地區設計暴雨強度如式(2)～式(3)。

(2)

t=t1+t2

(3)

其中:P——設計重現期,a;

t——降雨歷時,min;

t1——地面集水時間,t1=5～15 min,min;

t2——管內雨水流行時間,min。

現狀地區徑流系數較高,本次控規所在地區(金滬系統范圍)將整體開發改建,建議本次控規調整地區結合地塊開發改建等,實施海綿城市、低影響開發措施,降低地區徑流系數,控制地區綜合徑流系數為0.50。

根據雨水排水上位規劃及《上海城鎮排水管道設計規范》(DG/TJ 08-2222—2016)本次規劃范圍內雨水排水設計暴雨重現期采用5年一遇標準,如表2所示。

表2 雨水管渠設計暴雨重現期

4.6 雨水管網布局

根據區域現狀已建強排系統管網布局以及上述對邊界條件分析,結合現狀與規劃路網情況,采用多系統聯合提標、復合系統重新拆分的改造思路,將現狀的金橋一期和金橋二期2個強排分區劃分成3個強排分區,科學合理地解決了現狀強排分區排距過長,起始排管管徑偏小的問題。本次規劃范圍位于新增的金滬強排分區內(圖7)。

圖7 規劃排水分區調整

金滬強排系統只有西面臨河,考慮到地下環路和金科路隧道對排水系統的阻隔,經深入分析本系統雨水總管沿金湘路、川橋路、金滬路敷設,遠期金科路西側雨水分散分片收集后匯入東側雨水總管,結合雨水總管走向,規劃新增雨水泵站臨馬家浜設置于金科路和錦繡東路交叉位置,雨水泵站應增設初雨調蓄池以逐步達到控污的目的。

雨水管渠的走向宜充分順應地形趨勢,盡可能順坡排水;管道布置時應充分考慮規劃地塊地面高程、規劃區域內的河道常水位、最高控制水位、規劃泵站內相關設計標高等[8]。雨水管網布局盡量縮短最不利排水點到泵站的距離,減小管道埋深,增強規劃的合理性和可實施性。圖8為雨水系統布置方案。

圖8 雨水系統布置

4.7 管網排水能力校核

本次模型模擬采用InfoWorks ICM軟件,模擬規劃區域內已建雨水管按照相關資料數據輸入管徑、標高、泵站等內容,其他規劃雨水管按照規劃方案輸入模型。模型初設條件設定為泵站集水井最初水位為水泵停泵水位。采用芝加哥設計雨型作為上海市短歷時設計雨型,120 min雨型的雨峰位置系數r=0.405,模擬工況P=5 a,2 h降雨歷時總降雨量為76.4 mm,最大1 h降雨量為58.1 mm。

考慮周邊多系統聯合提標的涉及范圍,繪制節點和管道狀態主題圖。

節點狀態:圓點表示節點無積水,圓圈的圈數越多表示積水越嚴重。

管道狀態:管道運行情況采用最大負荷值(surcharge rate)來表示,當該值<1時,表示管道未超負荷,管道內水位低于管內頂,此時負荷值用水深/管徑的比值來計算;當該值=1時,表示管道至少有一端的水位超過了管內頂,但是管段峰值流量≤管段的最大過流能力(重力流);當該值=2時,管道超負荷,表示管道至少有一端水位超過管內頂,且管段峰值流量>管段的最大過流能力(重力流)。

本模型中導入了現狀保留管道和規劃擬建管道,未設置任何調蓄設施,泵站排水能力為規劃規模。圖9為規劃管網5年一遇降雨情況下最不利時刻的模擬結果,結果顯示,規劃區域內所有節點都沒有積水產生,管道的排水能力能滿足地塊最不利時刻的排水需求,整體滿足地塊5年一遇的排水需求。

圖9 5年一遇降雨情況下最不利時刻模擬結果

4.8 海綿城市建設與低影響開發

結合排水上位規劃要求,規劃至2035年本次規劃所在金滬系統強排系統灰色調蓄初期雨水量為0.93萬m3,綠色調蓄指標8.93萬m3。根據上位海綿城市相關建設指標的規劃控制,充分發揮建筑、道路、綠地和水系等生態系統對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用,有效緩解城市開發增加不透水面積造成的徑流總量、徑流峰值與徑流污染等對環境造成的不良影響。

①源頭減排:強化蓄排,充分利用城市道路綠色設施、建筑地塊綠色設施、濱河景觀帶綠色設施、相關公建用地綠色設施等,確保上述各類用地綠地率建設指標,逐步實施源頭減排。

②雨水管渠:按照排水上位規劃的要求,充分利用現狀雨水管網,按照新的排水規范要求新建雨水管網體系,確保雨水管渠“灰色”設施的托底功能。

③排澇除險:各地塊內部亦應按照規范建設相應的雨水收集管渠;市政雨水管網埋深應嚴格按照設計標高實施,確保河道和管網豎向標高的科學性;曹家溝、馬家浜上述河道的疏浚應納入水利建設計劃,與地區開發同步建設。

④超標應急:規劃范圍內深挖金橋副中心中央公園的調蓄功能、增加分散綠色調蓄設施,重點確保金科路隧道的排水安全;周邊河道應按照規劃藍線盡快實施,拓寬河道,打通斷頭河,提升河道調蓄能力。

⑤區域因地制宜采取低影響開發措施,與此同時,應加強相關職能部門的聯動,明確地塊、道路、河道、綠化等建設責任主體,形成合力確保規劃科學落地。

5 結語

較常規排水專業規劃編制的內容,在浦東引領區打造的背景下,本文意在強調在規劃編制過程中“多規合一”的重要性,科學有效提升規劃的引領性和實操性。(1)應加強排水規劃技術方案與區域控詳規劃或專項規劃的銜接,為排水設施落地提供法定支撐。(2)多部門聯動,加強與海綿城市專項規劃的銜接。(3)深化技術方案對排水邊界條件的研究,重視規劃方案近遠期的銜接,確保項目建設的經濟性和周期性。