有关优化城市排水系统应对暴雨内涝的研究

有关优化城市排水系统应对暴雨内涝的研究

近年来，我国暴雨内涝此起彼伏，以至各种问题逐步显现，暴露了一个个城市排水系统的规划设计、建设管理等方面的严重落后的问题。我们通过控制变量进行一些列分析，尝试为研究城市排水系统应对暴雨内涝提出一点建议。

标签：暴雨；内涝；排水系统

1 研究背景

近年来，我国暴雨内涝此起彼伏，以往鲜亮的城市在瞬间变成“水城”，交通中断、出行不便、财产损失，人身伤亡，各种问题逐步显现，暴露了一个个看似实现了“现代化”的城市在城市排水系统的规划设计、建设管理等方面的严重落后的问题。

2 原因分析

仔细分析，暴雨侵袭造成损失是天灾也是人祸，就其原因分析大致有如下：（1）国内整个管网设计及施工水平标准较低，部分设施老化。北京市排水系统设计的是1到3年一遇，能够适应每小时36-45毫米的降雨，而纽约是10至15年一遇，东京是5至10年一遇，巴黎是5年一遇。除了设计标准不高，城市排水系统还存在老化的问题。（2）排水设施建设落后，排水系统不健全。中国不少城区排水系统还是雨水和污水合用一根管道，排水管沟基本小于3米，而一些发达国家的排水管沟还能跑汽车。（3）城市建设引发积水问题突出。随着城市建设规模的不断扩大，城市空间大面积硬化，每逢大雨降临，难以渗入地下的雨水涌向排水管网，增加了排水管的压力。（4）管理缺陷造成设施安全运行保障能力不足。城市地下系统由于长期养护运行经费不足，导致排水设施管养人员不足、不稳定，技术素质低，远不能满足越来越高的规范化管理要求。

3 原因探究

要分析广州市暴雨洪涝灾害的影响，即是要分析广州市暴雨洪涝的流量Q，就要对雨水管道设计流量进行有关的控制变量分析，于是我们控制如下几个变量，分别尝试的得到几种结果。

根据我们所查资料，得出广州市雨水管道计算方法如下：

雨水管道设计流量计算公式：

Q=ψq F和q=■来说；

Q：雨水设计流量

ψ：径流系数，其数值小于1

q：设计暴雨强度

F：汇水面积

所以，本项目的就是通过模拟雨水设计流量的公式的控制变量来达到对优化排水系统应对暴雨内涝的研究。

（1）第一个控制变量因素，重现期T（保持ψ，F不变）：

对于Q=ψq F而言

其中，Q：雨水设计流量；ψ：径流系数，其数值小于1；q：设计暴雨强度F：汇水面积。

其中，对于q暴雨强度，广州市暴雨强度公式为：

q=■

式中：Q-设计暴雨强度；T-设计重现期（年）；t-降雨历时（min），t=1+m，t为地面集水时间（min），广州的为15-20min，取15min。（m为折减系数，取1.7）。

b为管内雨水流行时间（min），雨水口间距宜为25～50m，取30m，雨水管道设计流量按最不利流速，取5m/s，则为0.1min假设道路间距为300m的两路口中间只有1个检查井，道路两侧一般实际都按照150-200m进行采用。取最不利情况进行计算，则汇水面积为300×（200+200）=120000=12ha。

城镇径流系数：

表1

因为广州是城镇建筑较密集区，所以径流系数ψ取0.85

所以其重现期对应设计流量的关系是：

表2

（2）控制第二个变量，汇水面积。设定重现期为10年，其他不变；

由Q=ψq F、T=10、以及广州是城镇建筑较密集区，所以径流系数ψ取0.85。

得到以下：

表3

由以上数据得到：不同的汇水面积，对应着不同的城市设计流量，即是对应不同的洪涝灾害流量。

（3）探讨设计雨水管道管径与流速流量之间的关系：

Q=（π D ）/ 4·v·H

式中：Q-流量（/s）；D-管道内径（m）；V-流体平均速度（m/s）。

流速取我国规定最小设计流速：0.75m/s，半径为1km的地方周围，其洪涝总流量和设计雨水管管径为（见表4）。

表4

4 提出方案

就研究而言，近年来，全球极端气候致使暴雨、特大暴雨频发，我国多个城市发生内涝灾害，严重危及人民群众的生命财产安全和城市的正常運行，暴露了我国城市化水平不断提高、城市规模不断扩大的状况下，市政基础设施建设与安全保障不相适应的矛盾。与发达国家相比，我国存在城市排水标准偏低、缺乏应对特大暴雨的内涝防治系统、相应的预警、应急措施不完善等问题，这直接削弱了城市抵御暴雨等气象灾害的能力。

4.1 注重国际经验研究，开展源头控制技术、管网优化和内涝防治体系

（1）建立涵盖“源头控制体系”、“排水管网系统体系”和“内涝防治体系”的我国城镇排水系统标准体系框架。（2）进一步提高标准，参考澳大利亚将城市排水、内涝防治和防洪三套工程体系一并考虑的方式，一方面提高现有排水管网设计标准，同时制定新的内涝防治标准，并将其与城市排水标准和防洪标准相衔接。

4.2 适当提高排水管网和内涝标准，优化排水管网设计技术

根据国际经验，参照发达国家和地区的标准，同时结合我国的特点，调整城市分类，适当提高标准，基本和欧盟的标准保持一致。

4.3 加强相关专业和学科规划协调，共同防治城镇内涝发生

排水工程设计应与市政维护、水利防洪、道路交通、园林绿地、环境保护等专项规划和设计相协调。其相关的排水工程设施，包括内涝防治和雨水利用设施，应根据城镇规划水面率的要求，保护自然蓄水设施，满足不同区域的排水要求。

4.4 进行城市旧合流制排水管渠系统的改造

例如，将合流制改为分流制，保留分流制修建合流制渠道截留管，对溢流的混合污水进行适当处理和控制等等，都是根据当地城市实际情况，与城市规划相结合，进行合理经济的改造。

参考文献

[1]谢映霞.从城市内涝灾害频发看排水规划的发展趋势[J].城市规划，2013，

2.

[2]张悦.关于城市暴雨内涝灾害的若干问题和对策[J].中国给水排水，2010（16）：41-42，47.