城市建設中防止內(nèi)澇的規(guī)劃設計研究

周 晴

(廣西城鄉(xiāng)規(guī)劃設計院，廣西 南寧 530022)

1 概述

2011年7 月，內(nèi)澇繼續(xù)肆虐。今年最大的一場暴雨襲擊成都，連續(xù)3個多小時的強降雨，造成了成都市內(nèi)交通局部癱瘓。最大降水出現(xiàn)在成都市區(qū)的一自動站采集點，5 h內(nèi)降雨量達到215.8 mm。同樣的內(nèi)澇也出現(xiàn)在北京這個國際化大都市。2011年6月23日，北京遭遇了10年來最大的一場暴雨的侵襲，全市共有29處橋區(qū)出現(xiàn)嚴重積水，22處路段因積水無法通行，交通中斷。

2012年7月21 日，北京出現(xiàn)了61年來的最大降水。全市平均降雨量170 mm，城區(qū)平均降雨量225 mm，為新中國成立以來北京市最大的一次降雨過程，降雨量在100 mm以上的面積占全市的86%以上;強降雨一直持續(xù)近16 h;全市最大降雨點房山區(qū)河北鎮(zhèn)為460 mm，接近500年一遇。

2 國內(nèi)外城市排水規(guī)劃與建設現(xiàn)狀

日本于1963年開始興建滯洪和儲蓄雨水的蓄洪池，并于1992年頒布了“第二代城市下水總體規(guī)劃”，正式將雨水滲溝、滲塘及透水地面作為城市總體規(guī)劃的組成部分，要求新建和改建的大型公共建筑群必須設置雨水就地下滲設施。

美國早已有強制性防城市內(nèi)澇的法律，其多個州均立法規(guī)定，城市新開發(fā)區(qū)域必須實行強制的“就地滯洪蓄水”，并制定了詳盡的城市內(nèi)澇防范、治理措施以及問責手段。如科羅拉多州、佛羅里達州和賓夕法尼亞州分別制定了《雨水利用條例》。這些條例規(guī)定新開發(fā)區(qū)的暴雨洪水洪峰流量不能超過開發(fā)前的水平，所有新開發(fā)區(qū)必須實行強制的“就地滯洪蓄水”。

青島被冠以“中國最不怕淹的城市”之名。青島的丘陵地形以及三面沿海的位置決定了降雨時積得快，排得也快，與位于平原地區(qū)的城市相比，有很大優(yōu)勢。

另外，青島市的雨水系統(tǒng)的設計重現(xiàn)期均高于國家標準。青島主干道的排水重現(xiàn)期一般是3年～5年，部分暗渠甚至達到10年～20年的標準。

3 人居環(huán)境建設規(guī)劃設計中的問題研究

3.1 雨水管道的設計流量

目前，雨水管道設計流量有面積疊加法與流量疊加法。面積疊加法計算雨水設計流量，方法簡便，但其所得的設計流量偏小，而流量疊加法過程比較繁復，其所得的設計流量通常比面積疊加法大，偏于安全。兩種計算方法簡述如下，匯水面積計算簡圖如圖1所示。

圖1 匯水面積計算簡圖

A，B，C為互相毗鄰的區(qū)域，設面積FA=FB=FC，雨水從各面積上最遠點分別流入設計斷面1，2，3所需的集水時間均為 T(min)。并假設:1)匯水面積隨降雨歷時的增加而均勻的增加;2)降雨歷時t不小于匯水面積最遠點的雨水流達設計斷面的集水時間τ;3)為討論方便假定徑流系數(shù)ψ=1。

3.1.1 面積疊加法

1)管段1～2的雨水設計流量:Q1～2=FA×q1。其中，q1為管段1～2的設計暴雨強度，即相應于降雨歷時t=τ的暴雨強度，L/(s·hm2)。

2)管段3～4的雨水設計流量:同理可得，Q3～4=(FA+FB+FC)q3。其中，q3為相應于降雨歷時為 t=τ+t1～2+t2～3的暴雨強度，L/(s·hm2)，t2～3為雨水在管段2～3中的流行歷時。

3.1.2 流量疊加法

1)管段1～2的雨水設計流量。Q1～2=FA×q1。其中，q1為管段1～2的設計暴雨強度，即相應于降雨歷時t=τ的暴雨強度，L/(s·hm2)。2)管段3～4的雨水設計流量。同理可得，Q3～4=FA·q1+FB·q2+FC·q3。由上可知，采用流量疊加法設計管段的雨水設計流量等于其上游管段轉(zhuǎn)輸流量加上本管段產(chǎn)生的流量之和，即流量疊加。而各管段的設計暴雨強度則是相應于該管段設計斷面的集水時間的暴雨強度。由于各管段的集水時間不同，所以各管段的設計暴雨強度亦不同。而采用面積疊加法計算所得的Q3～4=(FA+FB+FC)q3則是采用同一設計暴雨強度q3，使得計算結(jié)果偏小。

目前大多設計單位采用的是面積疊加法，面積疊加法計算雨水設計流量，所得的設計流量偏小;而流量疊加法所得的設計流量通常比面積疊加法大，偏于安全，特別是對于出現(xiàn)長時間的暴雨的計算比較準確，比如2012年北京連續(xù)16 h的暴雨。

3.2 低影響開發(fā)(LID)理念

低影響開發(fā)(LID)理念是2011版《室外排水設計規(guī)范》提出的雨水綜合管理新思路[2]。低影響開發(fā)理念強調(diào)城鎮(zhèn)開發(fā)應減少對環(huán)境的沖擊，其核心是基于源頭控制和延緩沖擊負荷的理念，構(gòu)建與自然相適應的城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)，合理利用景觀空間和采取相應措施對暴雨徑流進行控制，減少城鎮(zhèn)面源污染。

雨水利用措施具體包括:降低操場、綠地、公園、花壇、樓間空地的地面高程，一般使其較地面低0.5 m～1.0 m，在遭遇較大降雨時可蓄滯雨洪;在停車場、廣場鋪設透水路面或碎石路面，并建設滲水井，加速雨水滲流;在運動場下、大型廣場或停車場修建大型地下水庫調(diào)蓄雨洪;或管道的中間或末端設置調(diào)蓄池。中間調(diào)蓄池位于一個排水系統(tǒng)的起端或中間位置，可用于削減洪峰流量和提高雨水利用程度。當用于削減洪峰流量時，調(diào)蓄池一般設置于系統(tǒng)干管之前，以減少排水系統(tǒng)達標改造工程量;末端調(diào)蓄池位于排水系統(tǒng)的末端，主要用于城鎮(zhèn)面源污染控制，如上海市合流污水治理一期工程成都北路調(diào)蓄池[2]。

3.3 關于暴雨強度公式的修編及設計重現(xiàn)期的選擇

暴雨強度公式是確定雨水設計流量的重要依據(jù)[3]。公式的精度取決于統(tǒng)計資料的可靠性與統(tǒng)計方法的合理性。

以南寧市為例，南寧市使用的暴雨強度公式是1952年～1972年采用數(shù)理統(tǒng)計法推理得來的，而降雨量和降雨形式已有了很大的變化，與近年降雨實情有差距，因此有必要依據(jù)近年新增的暴雨資料，科學推求新的南寧市暴雨強度公式。近年來，國內(nèi)對暴雨強度公式的研究，取得了一定的進展。在水文統(tǒng)計法的基礎上，對選擇方法、頻率分布、暴雨公式參數(shù)求解，電算與非線性方程的應用等方面有了不少改進，提供了公式的精度。

主干道的設計重現(xiàn)期采取較大值是青島排水設施經(jīng)得住暴雨考驗的一個因素。下面以南寧市某個工程為例，分析設計重現(xiàn)期取2年和5年對工程造價的影響，方案一采用的設計重現(xiàn)期是2年，方案二采用5年，其他外部條件兩個方案均一致，方案一和方案二的雨水水力計算表如表1所示。

表1 不同設計重現(xiàn)期的雨水水力計算表

經(jīng)過初步估算，就管道安裝一項的費用，方案一為408萬元，方案二為520萬元，加上其他管道附屬設施，5年的設計重現(xiàn)期比2年的設計重現(xiàn)期的排水系統(tǒng)造價增加約30%。因此，可以在主要城市干道等比較重要的地方采用較高的設計重現(xiàn)期，以保證排水系統(tǒng)的安全可靠。

4 結(jié)語

為減少雨洪災害對人居環(huán)境的破壞，在人居環(huán)境建設規(guī)劃階段時，應充分保留城市綠地，適當修建大型地下水庫調(diào)蓄雨洪，在遭遇較大降雨時可蓄滯雨洪;鋪設透水路面或碎石路面，并建設滲水井，加速雨水滲流，將低影響開發(fā)理念貫徹至人居環(huán)境建設中。同時，暴雨強度公式隨著氣候的變遷需要修編，有必要依據(jù)近年新增的暴雨資料，科學推求新的暴雨強度公式;選擇合理的設計重現(xiàn)期也可以減少雨洪災害對人居環(huán)境的破壞。

[1] 張樹良.城市排水系統(tǒng)規(guī)劃與建設的國際經(jīng)驗[J].資源環(huán)境科學動態(tài)監(jiān)測快報，2010(11):67-69.

[2] 上海市市政工程設計研究總院(集團)有限公司.室外排水設計規(guī)范[M].北京:中國計劃出版社，2011.

[3] 北京市市政工程設計研究總院.給水排水設計手冊第五冊城鎮(zhèn)排水[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001.