海绵城市建设中排水工程设计规划方案及案例

海绵城市建设中排水工程设计规划方案及案例
一、背景介绍
二、排水工程
三、设计实例
项目名称：上海城市排水系统工程技术研究中心组
建申报
上海市排水系统应对内涝
提标改造技术研究与工程示范
广州
北京 武汉
南宁
长沙
合肥 上海 南京 沈阳
杭州
大连
成都 昆明
深圳
福州 范围：从南到北、由东至西，2010年211座城市发生内涝 影响：
2012.7.21，北京
2014.6.9，南宁，最高积水深度达2米 2014.5.11，深圳，约150处道路积水，2000辆汽车被淹 2015.5.16，福州，积水达2米 上海 2008.8.25 （最大小时119.6mm ） 2013.9.13（最大小时124mm ） ， 2015.6.16-17虹口港 ， 2015.8.24（最大24h193mm ）
2016.7武汉……
☐通过海绵城市建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用。

☐到2020年，城市建成区20% 以上的面积达到目标要求；
☐到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求。

小雨不积水、大雨不内涝、
水体不黑臭、热岛有缓解。

.
生态文明建设需有系统思维，水生态文明属于生态文明的一部分，解决水的问题也需坚持系统思维。

——2018.02.09《人民日报》水生态文明：人类在保护水生态系统、实现人水和谐发展方面创造的物质和精神财富的总和
生态文明：人类遵循人、自然、社会和谐发展这一客观规律而取得的物质和精神财富的总和。

文明：人类创造的所有物质和精神财富的总和
系统思维
流域是以水为纽带，由水、土地、生物等自然要素与社会、经济等人文要素组成的复合系统。

它不仅服务于人类活动，也服务于生物生长，是维持生态与环境系统平衡的基本单元。

系统调查系统规划系统研究系统设计系统评估
《城镇排水系统标准体系研究》
排水防涝体系“三段论”
源头减排（低影响开发） 排水管渠（小排水系统）
排涝除险（大排水系统） 对标国际
计算公式
容积法
流量法
容积法/流量法
小于2平方公里：推理公式法
大于2平方公里：考虑模型的计算机模型
海绵城市，让城市有“面子”，更有“里子”！
树立三段理念
•源头减排设施、排水管渠设施、排涝除险设施
达到四大目标
•小雨不积水、大雨不内涝、河道不黑臭、热岛有缓解协同五大专业
•规划、建筑、绿地、道路、水务（水利、排水、水文）牢记六字箴言
•渗、滞、蓄、净、用、排
一、背景介绍
二、排水工程
三、设计实例
1、源头减排
上海属于III区
I区（85% ≤α≤90%）
II区（80%≤α≤85%）
III区（75% ≤α≤85%）
IV区（70% ≤α≤85%）
V区（60% ≤α≤85%）60% 70% 75% 80% 85%
13.4 18.7 22.2 26.7 33.0
与源头减排设施衔接
4.1.1 源头减排设施的建设应根据城镇内涝防治专项规划，并应与其他内涝防治设施相互协调，合
理确定各项设计参数。

源头控制设施是内涝防治系统的重要组成部分，可以控制雨水径流的总量和削减峰值流量，延缓其进入排水管渠的时间，起到缓解城镇内涝压力的作用。

峰值削减、峰值延后、总排出量削减，能降低项目综合径
流系数、增加汇流时间，从而一定程度上提高管渠排水能力。

城镇类型中心城区非中心城区中心城区的重要地区中心城区地下通道和下沉广场等
超大和特大城市3~5 2~3 5~10 30~50 大城市2~5 2~3 5~10 20~30 中等城市和小城市2~3 2~3 3~5 10~20
1 按表中所列重现期设计暴雨强度公式时，均采用年最大值法；
2 雨水管渠应按重力流、满管流计算；
雨水管渠设计重现期（年）
降雨历时（min）
上海不同重现期对应性降雨量（mm）
2a 3a 5a 10a 20a 50a
60 45.8 51.2 58.1 67.4 76.7 89 120 60 67.4 76.4 88.6 100.8 117 180 70.1 78.4 88.9 103.1 117.3 126.2
5.1.2排水管渠设施除应满足雨水管渠设计重现期标准外，尚应和城镇内涝防治系统中的其他设施相协调，满足内涝防治的要求。

5.1.3 排水管渠按内涝防治设计重现期进行校核时，应按压力流计算。

检查井检查井
管道
地面
水面/水力坡度
水力坡度
地面管道
检查井
检查井的局
部水头损失
（a ）雨水排水管渠按重力流、满管流设计，当应对大重现期的较强降雨时，排水管渠可能处于超载状态，受纳水体水位抬升也会影响出水口排水能力，因此应根据管道上下
游的水位差对管渠的排水能力进行校核。

未超载时的非满管流水流状态
超载时的水流状态 与内涝防治设施衔接
内涝防治设计重现期
城镇类型 重现期（年）
地面积水设计标准
超大城市 100 1 居民住宅和工商业建筑物的底层不进水；
2 道路中一条车道的积水深度不超过15cm 。

特大城市 50~100 大城市 30~50 中等城市和小城市
20~30
3 本规范规定的地面积水设计标准没有包括具体的积水时间，各城市应根据地区重要性等因素，因地制宜确定设计地面积水时间。

3.75m 3.75m
3.75m
15cm
积水线30cm
道路中心线
路缘石
2%
水平线
路面路拱
能保证城镇道路不论宽窄，在内涝防治设计重现期下都保证道路至少一车道的通行能力。

上海市平均100年一遇24小时降雨量为275mm，采用麦莎雨型。

内涝防治设计重现期下的最大允许退水时间*
中心城区非中心城区重要地区
最大允许退水时间(hr) 1～3 1.5～4 0.5～2
注：*内涝防治设计重现期下的最大允许退水时间的规定源自全面修订中的《室外排水设计标准》GB50014
下水道管の水位情報の市民への提供
向市民提供下水管道的水位信息
桃园川下水道干线
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一、背景介绍
二、排水工程
三、设计实例
•加快补齐城市环境基础设施短板
坚持系统治理、多元共治、标本兼治、群众满意的原则，综合采用控源截污、内源治理、生态修复、活水保质的技术措施
摸清本底：水量清晰、水体清晰、排口清晰、处理清晰、源头清晰
控源截污：雨污分流、排口整治、合流截污、防渗修复、管道清淤、智慧管理内源治理：河道清淤、异位处理、垃圾控制
生态修复：生态驳岸，生态净化、曝气充氧
活水保质：恢复生态流量、尾水循环、雨水处理循环
提质增效：能力提升、标准提高
3.1 项目缘起-福州向黑臭水体宣战，全面打响内河综合整治攻坚战
2016年11月21日，《福州市城区水系综合治理工作方案》正式下发，采用政府与
社会资本合作的治理模式，通过“建（设）管（理）合一”，对梳理出的
42条黑臭水体“一河一策”，分成7个水系治理工程包分别“问诊”并“对症下
药”。

要求”到2017年底，实现四城区42条水体黑臭基本消除”
龙
津 河 跃 进
河
项目包6
项目包7
项目包1
项目包4
项目包
5 项目包2
项目包3
2017年福州市全面开展了102条（分7个水系治理包）内河（其中包7还未开工）的治理运营工作，其中治理91条、运营7条。

仓山龙津阳岐水系综合治理及运营维护PPP 项目（下称：龙津阳岐水
系治理）是第5包，共13条河流河道总长31公里，黑臭水体11条，环保
部联手重点挂牌督办的黑臭水体有5条（龙津河、阳歧河、跃进河、白湖亭河、龙津一支河）。

三、福州案例
项目范围
仓山区范围图
仓山区
福州市范围图
●项目地点
●工程范围
●工程内容
●
工程目标
位于福州仓山区中部，涉及龙津、阳岐流域 北片多为新建区域，南片多为城乡结合部
工程范围约31km2，共13条河道治理，其中黑臭水体11条 沿河截污、底泥清淤、驳岸工程、生态修复工程、景观绿化工程、垃圾拦截等 2017年12月31日前消除项目实施范围90%数量的黑臭水体
2020年底建设期结束在消除黑臭水体的基础上提升达到地表V 类水的主要指标
3.2 项目概况
图例
黑臭水体
普通水体
重点督查水体
工程范围水系图序号河道名称河道长度(m)
1 龙津河4570
2 龙津一支河1127
3 跃进河6798
4 阳岐河4833
5 白湖亭河4901
6 龙津跃进连通河978
7 阳岐跃进连通河762
8 半洋亭河1025
9 吴山河800
10 竹榄河524
11 马洲支河663
12 马洲河2519
13 港头河1500
合计长度31347
根据现场踏勘情况，选取了29个河道断面，进行水质检测，不同断面水质略有差别； 除港头河、马洲河外，其余11条河道均黑臭。

部分河道水质数据
河湖名称断面采样点编号透明度
（cm）
DO
（mg/L）
ORP
(mV)
氨氮
（mg/L）
COD
（mg/L）
TN
（mg/L）
TP
（mg/L）
SS
（mg/L）
白湖亭河BHT1 0804BHT1 17 0.059 -240 10.7 328 16.6 21.3 750 半洋亭河BYT1 0727BYT1 11 0.661 -203.3 3.47 203 14 2.51 43.4
马州支河MZZ1 0727MZZ
1 13 0.66 -23.8 37.4 158 39.3 4.6 98
MZZ2 0730MZZ
2Y 8 0.09 -224 17.5 46 19.9 2.4 172
跃进河YJ1 0727YJ1 23 0.827 -235 31.1 95 32.4 4.33 82
地表水环境质量标准（GHZB 1-1999）
特征指标（单位）Ⅴ类
透明度（cm）－
溶解氧（mg/L）2
氧化还原电位（mV）－
氨氮（mg/L） 1.5
CODcr（mg/L）40
BOD5（mg/L）10
水质改善目标——2017年底区域内水体消除90%数量的黑臭水体
2020年底建设期结束在消除黑臭水体的基础上提升达到地表V类水的主要指标
行洪排涝目标——按规划河床标高清淤到位，运营期内每年4
月30日前河道过水断面与过流能力不低于完工验收时的标准。

共性问题
雨污混接
水系不畅
底泥淤积
城中村排水
污水直排
系统不全
违章建筑
垃圾淤塞
3.7 系统调查
对排口水量水质、河道水质底泥、支流水量水质等均进行了实测取样。

序号排放口口径分类悬浮物
mg/L
氨氮
mg/L
化学需氧
量mg/L
流量
m3/d
1BHT117800*700HZ13546.9171
2BHT44-9300HZ65110236.5
3BHT88400*1000HZ7753.8238
4BHTWS1100JM 73020.8268
5BHTWS2300*300HZ1420.472
6BHTWS3100JM 3830.3111
7BYTWS1400FH52 3.5203
8GTWS10-11200JH62.319.5161.32023.7 9GTWS121500FH54 4.417.83036.7 10GTWS131000FH72.237.3134.5341.9 ……………………河湖名称断面采样点编
号
透明度
（cm）
DO（
mg/L）
ORP
(mV)
COD（
mg/L）
氨氮
（mg/L
）
TN（
mg/L）
TP（
mg/L）
SS（
mg/L）
白湖亭
河
BHT
1
0804BH
T1 17 0.059 -240.0 328 10.7 21.3 6.21 750
BHT
2
0804BH
T2 / 0.083 -225.0 262 0.75 14.2 3.55 /
BHT
3
0727BH
T3 23 6.93 -32.8 111 30.3 32.3 3.73 38
序号检测项目YQ3Y ZL1N
1 铜（mg/kg）20
2 54.1
2 锌（mg/kg）454 202
3 铅（mg/kg）82.5 122
4 镉（mg/kg）0.56
5 0.427
5 铬（mg/kg）131 69.0
6 镍（mg/kg）26.8 25.8
7 总汞（mg/kg） 1.23 0.67
8 总砷（mg/kg） 6.41 5.73
9 含水率（%）69.33 85.14
10 有机物含量（%）13.70 10.07
排口水质检测表（部分）河道水质检测表（部分）
河道泥质检测表（部分）
序号支流名称CODmg/L氨氮mg/L BODmg/L SSmg/L
1跃进河1号支河216.2 10.9 75.5 92.5
2龙津河1号支河377.2 11.1 120.9 177.5
3马洲支1号支河325.9 17.8 99.3 112.5
支流水质检测表（部分）
三、福州案例
3.7 系统调查
13条河道共1400个排口
旱季入河污水总量3.24万m3/d
13条河道沿河违章建筑52万m
2 3.7 系统调查 三、福州案例
13条河道河面总垃圾量13万m3
13条河道连接8条主要城中村排污沟
13条河道中水系阻塞段3.43km
13条河底淤泥总量约61万m3
3.8 系统研究
通过理论计算，确定各技术手段对污染负荷的消减比例，为系统方案的设计打下基础：
优秀
COD
消减比例(%)
控源截污
点源
45 面源
26 内源治理 6 活水保质 18 生态修复
5
*生态修复中污染物削减量通过生态实验数据对污染物的
消减率（ 4.7% ）估计，未考虑修复完成后水体动植物生态系统
降解污染物的贡献。

4.各技术手段对污染物负荷消减比例表
水质目标效果评判《水域纳污能力计算规程》
2. 根据不同的理论公式，计算点源、面源、内源的污染物总量
1.
计算水环境容量
3. 效果评估
三、福州案例
3.9 系统设计
1.控源截污 （1）污水总量共约8.16万m³/d，其中4.92万m³/d进连坂污水厂，3.24万m³/d直接入河；
（2）3.24
万m³/d入河污水量中，直排污水量1.20万m³/d，混接污水量2.04m³/d。

（3）截污管道48km ，设置调蓄池11处，调蓄合流污水、混接雨水总规模（含管网调蓄）3.32万m 3。

图例
调蓄池 提升泵站 截污管线
吴山河1#调蓄池 V=2000m 3
阳岐河3#调蓄池 V=1200m 3
阳岐河2#调蓄池 V=3000m 3 阳岐河1#调蓄池 V=1000m 3
跃进河2#调蓄池 V=5000m 3
龙津河1#调蓄池
V=4600m 3
龙支1#调蓄池 V=800m 3
白湖亭河3#调蓄池
V=2500m 3
跃进河1#调蓄池 V=2000m 3
龙津河2#调蓄池 V=1300m 3
跃进河3#调蓄池 V=3000m 3
调蓄池平面布置图
截污系统总图
三、福州案例
2.内源治理
序号
河道名称 淤泥量(m³) 1 龙津河 40329.82 2 马洲河 299095.72 3 跃进河
38216.16
4 港头河 44763.87
5 连通河 2770.22 6
吴山河 5554.52 7 白湖亭河 136175.13 8 半洋亭河 6155.04 9 龙津一支河
11950.66
10 马洲支河 7559.92 11 阳岐河 18734.24 12
跃进支河 458.42 13 竹榄河 2559.84 14
合计
614323.61
根据淤积的数量、范围、底泥的性质和周围的条件分区采用不同的清淤方式。

河道清淤工程量表
干式清淤是指打设临时围堰排干式清淤，包括干土挖掘和水力冲填等。

干式清淤
半干式清淤
原位修复
半干式清淤是指将清淤机械装备在船上，并通过管道输送系统输送到岸上堆场中。

“原位修复，泥水同治”，投加新型高效物化复合剂，污水和底泥进行治理，避免污染转移。

同时激活土著微生物。

清理河面垃圾13万m³，清淤疏浚底泥61万m³。

3.生态修复
采用分阶段治理的方案，通过现场实验分析不同工艺对实验区内黑臭水体进行治理的起
效时间、治理效果、工程成本，最终确定所使用的生态修复方案。

生态修复 五阶段
4.活水保质
模型概化：以区域黑臭整治13条河道为主，河网共概化河道14条，河道节点共618个；水工建筑物一共概化水闸15座，引水泵站1座。

数值模拟与现场实验相结合，制定科学合理的“活水手册”，新建活水控制钢坝闸3座，对现有9座水闸自动化改造。

河网概化
泵闸概化
3.1、厦门翔安
PPP 海绵试点区：总面积约7.76平方公里。

翔安被定为东部市级中心，与厦门本岛共同组成城市未来发展的“两核”。

高程分析
现状高程 规划高程
•区域陆域规划标高为5.5m~49m ，道路坡度小于3%，总体高程呈西北坡向东南的趋势。

•海拔小于50米，地表坡度较小，现状大部分地区小于8％。

5m
50年一遇降雨+2年一遇潮位
50年一遇降雨+50年一遇潮位
1、城场路、翔安西路、翔安南路等已建及规划道路存在道路低点，这些区域内涝风险较大。

2、城场路、项目西路等已建道路的排水标高过低，排水管道插入河底影响排水管道排水能力。

3、区域规划控制标高均在5.5m 以上，降雨强度对区域内涝风险影响比潮位的影响大。

①
②
③
①
②
④
③
8#、14#、20#汇水分区面积过大，导致排水管径过大，带来较大的排水压力；同时造成排放口标高过低，其中14#和20#汇水分区排口标高分别为-0.2m 和1.1m ，低于河底标高。

区域内涝风险较高
排涝除险
排水优化
源头减排
海绵道路设计25km
公园绿地建设81公顷
新增道路排泄通道3条
调整汇水分区8处
建设雨水管道约33km
建设水系约7km
调蓄绿地7处局部路段高程低
局部区域排水出路缺
部分已建排水工程
设计欠妥
排水分区不合理
已开发地区硬化比例高
在内涝风险评估的基础上，识别内涝风险区域的下凹点，建设下凹
式调蓄绿地（公园），规模如下：
序号绿地类型面积（m2）调蓄容积（m3）
1 防护绿地35000 9000
2 防护绿地3000 2000
3 防护绿地4800 2200
4 防护绿地+公园绿地4300 1300
5 防护绿地+公园绿地5300 1600
6 防护绿地9400 4900
7 防护绿地9900 4900
8 防护绿地8150 2000
1）针对已建且排口标高低的排水管道，通过优化汇水分区，新增排水主通道，减少区域排水压力；
2）针对规划新建排水管道，通过优化汇水分区，降低新建排水管道排放口埋深，提高排水效益；
3）主干道5年，支路3年标准。

排水汇水分区优化
-0.2
1.1
14
8
20
A
B
在部分道路已经实施后的基础上，开展道路竖向分析，结合工程投资分析，实施竖向调整，新增3条具有较好的路面排水能力的道路。

调整原则包括：
1）与已实施的道路进行衔接；
2）形成道路顺坡；
3）不新增土方。

设计涝水道路行泄通道
A 马池路+马池北路
B 郭厝南路
A B
竖向调整
0 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
75% 道路与广场
85%
75%
60%
65%
70% 75%
绿地
建筑与小区
年径
流总
量控
制率
人工湿地托底 合理降低道路源头径流控制量，增加末端湿地调蓄、强调削峰能力
上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司
50年一遇降雨+2年一遇潮位
50年一遇降雨+50年一遇潮位
两种工况相比，积水范围几无增加，积水水深略为增加。

得益于精细设计的道路竖向和管网优化，可通过道路与河道衔接
的泄流路径优化涝水入河。