排水規劃中排水分區劃分技術研究★

常 魁

(中國城市規劃設計研究院水系統規劃設計所，北京 100037)

1 概述

排水防澇是維系一個城市生存、發展的生命線，對每個城市來說都是一個必須解決而又任重道遠的命題。國務院辦公廳《關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》中指出，力爭用5年時間完成排水管網的雨污分流改造，用10年左右的時間建成較為完善的城市排水防澇工程體系。

城市排水管網是市政設施的重要組成部分之一，是解決城市排水防澇問題的重要抓手。由于制約條件諸多，排水管網的規劃設計、實施都需要將其作為一個系統來充分考慮，任何不利因素都會制約排水管網功能的發揮。由于地形地貌限制以及建設時序的要求，排水系統要劃分為若干個排水分區。排水分區是否合理，直接關系到系統運行及工程投資。

GIS技術是綜合性技術，它融合了地理學、地圖學、數學和統計學、遙感技術、信息技術以及攝影測量學等眾多學科，在觀察地理信息方面發揮了重要的作用。本文利用GIS技術實現排水規劃中排水分區自動劃分。

2 排水分區劃分的原則方法

2.1 排水分區劃分的原則

城市排水規劃以城市總體規劃為依據，排水分區劃分應結合城市總體規劃用地布局，及總體規劃中城市排水受納水體位置及要求。污水系統排水分區的劃分應在城市規劃布局的基礎上，結合道路布局與豎向設計、坡向以及城市污水受納水體和污水處理廠位置。雨水系統匯水分區的劃分也應以城市規劃布局、地形為依據，同時結合道路豎向規劃、綠地設置及城市雨水受納水體位置，按照就近分散、重力排放的原則。城市雨污水系統均為重力流系統，在雨水分區、污水分區劃分方面具有相似性，均要結合地形地貌，實現雨污水最大程度重力排出。因此，排水分區的劃分應結合城市地形特征，以重力排放為主，水泵提升為輔，并適當考慮水利及行政區劃管理的要求。

2.2 排水分區劃分的方法

城市排水流域匯水區以地形作為劃分的主要因素，同時考慮城市河道、行政區界等限制要素，劃分若干個排水分區，反映排水的總體流向，實現泵站及出水口的優化布置，從系統的層面統籌排水設計方案，防止城市內澇發生。

本文以我國南部某新區300km2范圍內城市排水規劃區為研究區域，采用ARC/INFO作為分析工具，利用空間分析模塊和水文分析模塊分析城市流域DEM特征，并提取流域匯水線，實現排水分區的自動劃分［1］。

城市排水分區自動劃分方法如圖1所示。

DEM是流域地形、底物識別的重要原始資料，通過它可以實現地形、地貌及水文信息的解讀。為避免數據誤差對分析的影響，在流向分析前完成洼地填充，實現無洼地的DEM流向分析。進而通過河網分析、盆域分析實現排水分區的自動劃分。通過ARC/INFO所提取的匯流網絡可以進行分級劃分，同一流域可以劃分為若干子匯流區域［2，3］。

圖1 城市排水分區自動劃分流程圖

3 實例研究

3.1 研究區域概況

研究區域位于貴州省中部，地勢以低山丘陵地貌為主，是比較典型的低山、低中山地區，其中西部、北部、南部海拔較高，中東部海拔較低，海拔基本處于1200m～1300m之間，局部起伏較大。區域屬亞熱帶濕潤氣候區，四季分明，冬無嚴寒，夏無酷暑，雨熱同季。年極端高溫37℃，極端低溫－8.7℃，一般年均氣溫15.7℃左右，年均日照1237.5h以上。多年平均年降水量在1100mm左右。

3.2 研究區域排水分區提取

首先利用收集的1∶2000地形圖生成DEM網格。然后利用ARC/INFO的3DAnalyst模塊通過數據插值將高程點數據生成DEM格柵數據，如圖2所示。通過高程分析圖可以看出，研究區域內地形高程介于1180m～1400m之間，南部地區地形高程變化比較大。

圖2 高程分析圖

洼地區域是水流方向的不合理區域，進行流向分析前需進行洼地判斷，然后再進行洼地填充，以減少數據誤差。研究區域屬于喀斯特地貌，從DEM格柵圖可以看出研究區域內局部地區地形起伏較大。因此，通過洼地計算區分由于數據誤差造成的洼地及真實的地表形態。

在進行洼地填充之后，通過ARC/INFO的水文分析模塊進行流向分析計算，提取該流域的匯流網絡，并將河網分為三級，如圖3所示為該流域匯流網絡圖。

圖3 匯流網絡提取圖

流域盆地是由分水嶺分割而成的匯水區域，它通過分析水流方向數據進而確定所有相互連接并處于同一流域盆地的格柵。在匯流網絡分析基礎之上，利用ARC/INFO盆域分析功能進行排水分區自動劃分，并提取各子匯水區邊線，生成矢量圖。結合研究區域內河流水系分布，按照匯流網絡水流方向，進一步合并匯流區域，生成流域排水分區，如圖4所示。

圖4 流域匯水區圖

4 結語

基于流域地形自動分割技術的城市排水分區劃分方法，不僅使得城市排水分區劃分更加高效，而且可操作性強，大大提高了排水區劃分的效率和質量，可以從系統的層面統籌排水規劃設計。在排水分區劃分過程中，詳實準確的地形數據為排水分區劃分提供了支撐，并且提高了劃分結果的可靠性，使城市排水分區的劃分更加合理和科學。

［1］湯國安，楊 昕.ArcGIS地理信息系統空間分析試驗教程［M］.北京:科學出版社，2006.

［2］張書亮，干嘉彥，曾巧玲，等.GIS支持下的城市雨水出水口匯水區自動劃分研究［J］.水利學報，2007，38(3):325-329.

［3］張書亮，孫玉婷，曾巧玲，等.城市雨水流域匯水區自動劃分［J］.遼寧工程技術大學學報，2007，26(4):630-632.