城市暴雨积水的原因分析与对策_邓培德

给水排水 Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１２ ２０１１ ３ ７
分析与用７个大城 市 计 算 流 量 对 比 得 出 的 （详 见 下 文 论 证 ）。
长期采用超低 标 准 的 原 因，笔 者 认 为 有 以 下 几 点：① 解 放 初 期 全 面 学 习 苏 联，排 斥 欧 美 理 念；② 解 放 前 期 受 国 家 经 济 条 件 限 制 ，接 着 各 种 运 动 不 断 ，一 直到２０ 世 纪 ８０ 年 代 初，客 观 上 谁 也 无 条 件 去 考 虑 地下雨水道工程 的 设 计 标 准；③ 改 革 开 放 经 济 发 展 后 ，城 市 大 发 展 带 来 了 基 础 建 设 的 大 发 展 ，但 默 默 无 闻的地下 雨 水 道 仍 然 用 超 低 标 准 设 计，几 十 年 来， 《室 外 排 水 设 计 规 范 》在 重 现 期 上 虽 然 也 做 了 小 量 调 整 ，但 上 限 提 高 远 比 下 限 提 高 得 多 ，而 真 正 常 用 的 恰 恰 是 下 限 ，上 限 实 际 上 是 很 少 用 甚 至 根 本 不 用 的 ，因 此 ，实 际 标 准 提 高 有 限 。 ２ 提 高 雨 水 道 设 计 重 现 期
不像地面 豪 华 建 筑 与 面 子 工 程 容 易 引 起 人 们 的 关 注，但其重要性 绝 不 逊 色。 看 不 见、摸 不 着、默 默 无 闻的地下雨水道 是 城 市 的 良 心 工 程，它 是 衡 量 国 家 发 达 程 度 的 标 尺 ，暴 雨 时 会 做 出 最 公 正 的 判 决 。
我国一些大中城市的 发 展 与 兴 建，主 要 是 在 ８０ 年代以后，这些城 市 的 雨 水 道 大 部 分 是 发 展 时 修 建 的，如果说建国初 期 限 于 当 时 的 国 家 经 济 条 件 用 低 设 计 标 准 是 完 全 可 以 理 解 的 话 ，在 经 济 不 断 发 展 后 ， 为什么迄今一直用很低的设计标准呢？这是实实在 在造成８０年代后 新 建 和 扩 建 的 城 市 区 域 暴 雨 积 水 的历史原因。
城市暴雨积水的原因分析与对策
邓 培 德
（同 济 大 学 ，上 海 ２０００９２）
摘要 近年来很多城市暴雨积水现象严重且频繁发生，对城市安全和经济造成很大影响。 在分 析暴雨积水原因的基础上，通过对雨 水 流 量 计 算 方 法 的 比 较，认 为 导 致 城 市 内 涝 的 主 要 原 因 是 长 期 超低标准设计造成的。对此提出相 应 措 施，包 括 大 幅 提 高 城 市 雨 水 道 设 计 重 现 期，修 改 现 行 的 设 计 流 量 公 式 并 提 出 方 案 ，修 建 地 下 雨 水 调 节 池 等 。
３ ８ 给水排水 Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１２ ２０１１
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＝
ＡＦΨ （ｔ１＋ｍｔ２）ｎ
式中 ｍ———延缓系数，取 ｍ＝２。
其 余 参 数 均 为 常 规 ，在 此 不 作 赘 述 。
（１）
式（１）于１９５６ 年 编 入 了 前 苏 联 室 外 排 水 规 范， 并引入了 我 国 １９６３ 年 版 的 《室 外 排 水 设 计 规 范 》。 莫洛科夫 在 他 的 著 作 中 提 出 上 述 概 念 与 基 本 假 设
关键词 暴雨强度 城市排涝 雨水流量计算 雨水调节池
０ 引 言 城市雨水道是 城 市 建 设 中 的 重 要 基 础 设 施，起
着及时排除雨水、保 障 城 市 生 产 与 生 活 正 常 运 行 的 功能。城市雨水 道 是 半 永 久 性 的 地 下 工 程，虽 然 它
标 准 过 低 。 如 果 暴 雨 时 偶 有 积 水 ，或 积 水 不 严 重 ，人 们完全能够理 解。 但 积 水 严 重 且 频 繁 发 生，则 难 免 让人提出 质 疑，这 到 底 是 技 术 问 题 还 是 历 史 问 题？ 其 实 大 家 心 里 明 白 ，我 国 的 城 市 建 设 历 来 是 重 地 面 、
这里举个例子，上海宝钢是 ８０ 年代由日本设计 的 ，当年笔者应 邀 参 加 宝 钢 雨 水 道 设 计 的 审 核 工 作 ， 得 知 设 计 重 现 期 用 ５ａ，径 流 系 数 用 ０．７，按 最 大 径 流 量 法 计 算 流 量 ，并 假 设 沟 道 断 面 有 ２０％ 的 淤 积 ，对 比 当年我国规范设计标准，相当于重现期在５０ａ以上。
重 现 期 标 准 。 笔 者 建 议 ：一 般 地 区 用 ３～５ａ，下 限 应 不 低 于 ３ａ，重 要 地 区 还 要 作 更 多 提 高 。 这 里 还 必 须 指 出 ，相 应 的 流 量 计 算 方 法 是 最 大 径 流 量 法 ，如 果 用 容量调洪法的流 量 公 式 （现 行 规 范 的 流 量 公 式），则 重现期下限应用１０～２０ａ，理 由 根 据 见 表 １ 对 比 计 算。这个建议确 实 比 现 行 标 准 提 高 很 多，但 实 际 上 比 国 际 标 准 还 低 １～２ 级 。
进入２１世纪后，我 国 已 是 经 济 大 国，在 海 内 外 投入巨资宣传大 国 崛 起 形 象，而 在 雨 水 道 设 计 标 准 上却远远低于国际标准。尽管多年来我国多次修订 的排 水 规 范 与 ２０１１ 年 的 报 批 规 范 稿 对 重 现 期 略 有 提 高 ，但 实 在 提 高 不 多 ，特 别 是 常 采 用 的 下 限 基 本 没 有多少提高。笔者多年来一直呼吁要大幅提高设计
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央分隔带内设置 两 道 纵 向 盲 沟；为 防 止 地 面 机 动 和
管的大小和进出 口 高 差、悬 吊 管 的 大 小 和 坡 度 及 立
非机动车道路面 渗 水 和 地 下 水 抬 升 浸 泡 路 基，导 致
面，宽３０ｃｍ、高 ４０ｃｍ，盲 沟 内 设 ８０ 的 软 式 透 水
置 了 盲 沟 系 统 ，迅 速 排 除 路 基 内 部 渗 水 ，降 低 了 水 的
管，并用５～４０ｍｍ 级配碎石回填，盲沟底部与侧面 采用透水 土 工 布 包 裹，顶 面 铺 设 针 刺 无 纺 土 工 布。
侵 蚀 危 害 ，提 高 了 路 面 的 使 用 寿 命 。
著 、暴 雨 强 度 过 大 、历 史 原 因 致 雨 水 道 设 计 标 准 过 低 、 城市规划不合理、河道湖泊湿地严重 破 坏、不 透 水 地 面 增 多 、径 流 系 数 增 大 等 ，但 最 主 要 的 是 雨 水 道 设 计
原 因 是 雨 水 道 设 计 标 准 ６０ 年 来 一 直 采 用 超 低 标 准 。 什么是超低标 准？ 就 是 设 计 暴 雨 重 现 期 使 用 低 标 准 ，流 量 计 算 方 法 用 沟 道 空 隙 容 积 利 用 法 ，挖 尽 了 沟 道 调 洪 潜 力 没 有 安 全 系 数 ，也 是 低 标 准 ，两 者 同 时 并 用叠加，形成了超低标准。这 个 结 论 是 笔 者经理论
几十年来，欧美 国 家 的 城 市 雨 水 道 设 计 标 准 一 般用重现期１０ａ，日 本 用 ５～１０ａ，干 管 的 重 现 期 甚 至用到５０ａ以上。对比我国历版《室 外 排 水 设 计 规 范》所用重现期１～３ａ（实 际 常 用 １ａ），相 差 之 大 一 目了 然，还 需 指 出：设 计 标 准 不 仅 与 重 现 期 有 关，还 得看流量计算公式。欧美与日本是用最大径流量法 设 计 ，我 国 是 用 沟 道 容 量 调 洪 法 设 计 ，后 者 计 算 流 量 远 低 于 前 者 。 详 见 下 文 表 １。
这里还要强调的是，雨水道是个半永久性 工程。 一 经 建 成 ，今 后 很 难 改 建 或 扩 建 ，现 在 很 多 城 市 暴 雨 内涝给我们的警 示，就 是 当 年 所 用 设 计 标 准 过 低 的 原因。呼吁编制 规 范 的 单 位、建 设 当 地 的 政 府 与 工 程设计者一定要 有 远 见，尽 早 与 国 际 标 准 靠 拢 或 接 轨 ，做 好 这 个 地 下 良 心 工 程 ，为 子 孙 后 代 造 福 。 ３ 修 改 现 行 规 范 中 的 雨 水 流 量 计 算 公 式 ３．１ 推 理 公 式 的 两 种 方 法
（１）最大径流量法。几十年来欧美日 本 等 众 多 国 家 广 泛 应 用 该 法 ，雨 水 道 断 面 按 最 大 径 流 量 设 计 ， 不计沟道容量 调 洪 能 力 的 利 用，该 方 法 很 安 全。 特 别适用于丘陵地区及道路起伏变化复杂的地段。
（２）沟道 容 量 调 洪 法 。１９４８ 年 前 苏 联 专 家 莫 洛 科夫首先提出这个概念，其理论根据是雨水道内各个 设计断面的最大径流量不是同时到达的，当按最大径 流量设计各断面则沟内产生空隙容积，利用该空隙容 积调洪可削减设计流量。该法把沟道内的潜力全部 利 用 上 了 ，经 济 性 很 好 ，但 没 有 安 全 系 数 ，对 地 形 变 化 复杂地区必须削减其利用系数，否则是很不安全的。 ３．２ 沟 道 容 量 调 洪 法
管的大小等。浦东国际机场北通道通过对一系列设
路基病害，在机动 及 非 机 动 车 道 两 侧 各 设 一 条 纵 向
计参数的控制及 细 部 设 计，确 保 高 架 路 面 雨 水 的 迅
盲沟。纵向盲沟每隔１７．５ｍ 设一道横向盲沟连通， 速排除。另外由 于 采 用 了 排 水 沥 青 路 面，减 少 了 高
盲沟汇集的渗水引排至附近地面雨水管道。 ４ 结 语
影响高架道路 雨 水 排 水 的 因 素 有 暴 雨 强 度、道 路 的 纵 向 坡 度 、横 向 坡 度 、路 面 粗 糙 系 数 、路 面 结 构 、 道 路 的 宽 度 和 长 度 、雨 水 口 的 形 式 及 其 大 小 、排 水 短
＆ 通讯处：７１００４３ 西安市西影路２号铁一院 Ａ 座３０６室 电 话 ：（０２９）８２３６５４７０ Ｅ－ｍａｉｌ：ＰＬＯＮＧ３０００＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ 收 稿 日 期 ：２０１１－０７－０４ 修 回 日 期 ：２０１１－０８－２５
轻 地 下 ，重 看 得 见 的 、轻 看 不 见 的 ，但 无 论 如 何 ，终 得 拿出个改善的 办 法 来。 正 确 的 办 法 是 找 出 真 实 原 因 ，及 时 做 出 有 效 的 改 善 措 施 。
笔者认为，城市 暴 雨 积 水 严 重 且 频 繁 最 主 要 的
１ 城 市 暴 雨 积 水 原 因 的 分 析 城市暴雨的积水原因很多，如都市化温室效应显
城市雨水道流量计算公式国际上统一用推理公 式，用推理公式 计 算 设 计 最 大 径 流 量 已 有 百 多 年 历 史，公式的理论 基 础 是 建 立 在 等 强 度 雨 型 和 径 流 成 因概 念 上 的，百 多 年 来 在 水 利、桥 涵、城 市 雨 水 道 设 计中广泛应用。推理公式在城市雨水道的应用上， 有两种不同的标准：
外，并没有给出 ｍ＝２ 的 依 据，所 以 ｍ＝２ 只 是 个 经 验 值 ，精 度 如 何 有 待 验 证 。
关于莫洛科夫提出的沟道空隙容积利用法的概
构成 盲 沟 系 统。 纵 向 盲 沟 采 用 梯 形 断 面，底 宽
速 水 漂 、溅 水 和 水 雾 的 产 生 ，提 高 抗 滑 性 能 及 行 车 安
４０ｃｍ、顶宽７０ｃｍ、高３０ｃｍ；横 向 盲 沟 采 用 矩 形 断
全 ，降 低 行 车 噪 声 ，减 轻 眩 光 现 象 。 地 面 道 路 由 于 设
现有两种沟道容量调洪法。 ３．２．１ 空 隙 容 积 利 用 法
莫 洛 科 夫 在 他 １９５４ 年 出 版 的 《雨 水 道 与 合 流 水 道》一书中以暴雨 公 式ｉ＝ｔＡ ｎ 型 为 基 础，假 设 暴 雨 强 度过程先大后小与先小 后 大 各 占 ５０％ 概 率，用 增 长 管流计算时间（把ｔ２ 改为 ｍｔ２）的办法来削 减 设 计 流 量 ，提 出 式 （１）：