對城市建筑及市政工程雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思考

黃 潔 劉鐘文 鄧力禹

（中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 四川 成都 610000）

0 引言

近幾年，由于全球氣候變化，極端天氣導(dǎo)致了城市經(jīng)歷著一場又一場的暴雨，國內(nèi)不少城市都發(fā)生了“看海”現(xiàn)象，城市下穿隧道、地鐵站等城市重要節(jié)點(diǎn)由于排水不暢甚至積水嚴(yán)重，直接影響著人們的生活，因此，作為城市建設(shè)的一員，無時無刻不在思考著如何將城市雨水排放做到更好，如何更加合理的設(shè)計(jì)建筑與道路兩者的雨水排放系統(tǒng)。

1 低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

應(yīng)充分提升用地復(fù)合功能，既能滿足海綿城市建設(shè)管控要求，又能滿足居民的使用需求；新建項(xiàng)目應(yīng)以目標(biāo)為導(dǎo)向開展場地設(shè)計(jì)，建筑布局應(yīng)控制地下空間的開發(fā)強(qiáng)度，為雨水回補(bǔ)地下水提供滲透路徑；應(yīng)堅(jiān)持綠色設(shè)施為主，保護(hù)好植被和建筑文物、重要的建筑及市政管線，避免侵略性施工。

1.2 建筑與道路地面開發(fā)雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖

建筑與道路地面開發(fā)雨水系設(shè)計(jì)同樣適用源頭減排，過程過程和末端治理的三段式理論，在有雨水回用需求的建筑，可設(shè)置雨水儲存設(shè)施收集雨水進(jìn)行回用，期設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 建筑與道路雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖

2 分流制

由于歷史遺留問題，我國仍有很多城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)在沿用合流制排水系統(tǒng)，雨季時合流制管渠承載能力有限，污水從檢查井中或管網(wǎng)末端溢流，造成城市內(nèi)澇及受納水體的嚴(yán)重污染，因此，合流制管渠改造迫在眉睫。建成區(qū)進(jìn)行分流制改造，涉及問題多，困難和投資都是巨大的，改造后采用分流制排水系統(tǒng)，將生活污水、工業(yè)廢水和雨水分別在兩個或兩個以上各自獨(dú)立的管渠內(nèi)排放，能夠最大程度上解決以上問題，新建區(qū)域嚴(yán)格按照分流制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，改造區(qū)域不具備分流改造條件的不能一味強(qiáng)行改造，合理利用截流措施也能取得較好的收水效果,針對具有雨污分流結(jié)構(gòu)的混流管道，首先要嚴(yán)格改造錯接入直排雨水管道的污水管，其次對于雨水錯接入污水管的情況可以采用半分流截流式的管網(wǎng)系統(tǒng)。

圖2 半分流截流式

圖3 截流式

3 雨水徑流量計(jì)算

結(jié)合排水專項(xiàng)規(guī)劃和城市發(fā)展的方向，適當(dāng)提高雨水管渠的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和徑流系數(shù)。根據(jù)國家規(guī)范目前國內(nèi)城市道路雨水管渠的重現(xiàn)期取值3～5年，立體交叉道路雨水管渠的重現(xiàn)期取值10～30年，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它發(fā)達(dá)國家，因此，在高度發(fā)展城市建設(shè)的時代，城市雨水管渠重現(xiàn)期的取值更應(yīng)該跟上其步伐，既要滿足下雨時迅速排放的目的，還要達(dá)到暴雨季不形成內(nèi)澇的目的。

4 雨水管渠坡度設(shè)計(jì)

多年設(shè)計(jì)工作發(fā)現(xiàn)，管渠的最小設(shè)計(jì)坡度往往被忽略，在道路工程項(xiàng)目中，由于道路坡度過緩，雨水管渠順道路坡度埋設(shè)，如果不進(jìn)行嚴(yán)格的流量流速計(jì)算，往往會導(dǎo)致坡度設(shè)計(jì)過小，管渠水流流速小于規(guī)范要求的不淤流速0.6m/s，長期運(yùn)營后發(fā)生嚴(yán)重的淤積現(xiàn)象，使得原本滿足過流流量的管道過流面積變小，排水不暢，從而引起路面積水。因此，在雨水管渠設(shè)計(jì)時，水力計(jì)算至關(guān)重要，道排工程必須在方案設(shè)計(jì)時就結(jié)合規(guī)劃確定匯水面積，準(zhǔn)確計(jì)算管渠設(shè)計(jì)流量，平均流速根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行控制。例：下表d600管道在坡度0.5‰時，平均流速為0.49m/s，小于不淤流速0.6m/s，則應(yīng)調(diào)整其坡度，使得其流速大于0.6m/s。

無壓管道水力計(jì)算表

5 管材選擇

我國市場上排水管材品種非常多，質(zhì)量層次不齊，因此在設(shè)計(jì)選材時既要考慮技術(shù)發(fā)展的趨勢，積極推動新技術(shù)、新工藝、新材料的應(yīng)用，同時又需兼顧經(jīng)濟(jì)投入的合理性、安全性等。目前工程項(xiàng)目最常用的管材為鋼筋混凝土管道、HDPE聚氯乙烯管道，前幾年隨著HDPE排水管的應(yīng)用規(guī)模增大，工程事故也隨之增多，在全國范圍內(nèi)多次出現(xiàn)管道由于抗壓強(qiáng)度不夠，管道破損滲漏，引起路面坍塌，因此，其在工程項(xiàng)目中的使用備受爭議。不難看出，HDPE管道也有不少優(yōu)點(diǎn)，熱熔連接使得其施工周期縮短；管內(nèi)壁光滑、流水摩阻力小，過水?dāng)嗝嫫骄魉俅螅豢節(jié)B性能佳；材料無毒無污染，可回收利用等等。但不乏許多不良商家在其中牟利，因此在某些城市HDPE排水管是禁用的。新型管材并非不能使用，但在選用新型管材之前，必須對其做全面的調(diào)查研究，不僅要技術(shù)指標(biāo)符合項(xiàng)目要求，更需要對其施工工藝進(jìn)行了解，不能單單看管材的結(jié)構(gòu)，接口處理、與檢查井的連接等都是重要的考察指標(biāo)，并能提供行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

6 雨水泵站

城市雨水系統(tǒng)中需要設(shè)置雨水泵站的情況主要分兩種，第一，當(dāng)設(shè)計(jì)道路標(biāo)高受限，低于洪水位標(biāo)高時，雨水無法重力流排入自然水體，則該區(qū)域稱之為強(qiáng)排區(qū)，需在區(qū)域低點(diǎn)設(shè)置雨水泵站，將雨水抽排至自然水體；第二，城市下穿隧道排水絕大部分沒有良好且可靠的自流條件，此時需要設(shè)置雨水泵站，將暴雨時匯流至隧道內(nèi)的雨水收集后通過水泵壓力排放至自然水體。

雨水泵站位置選擇必須考慮周邊河流水體的水文條件，距離排水口不宜太遠(yuǎn)，避免泵站被淹；泵站規(guī)模計(jì)算時，重現(xiàn)期需按照立體交叉道路雨水管渠重現(xiàn)期取值，合理劃分其匯水面積，如下穿隧道雨水泵站需結(jié)合道路橫坡及欄桿設(shè)置情況，判斷是否將船槽段外側(cè)輔道上的面積劃分進(jìn)去，或外側(cè)輔道上小部分面積劃分進(jìn)去，切不可漏算少算周邊匯水面積；雨水泵站集水池的容積以最大一臺水泵流量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，符合國家規(guī)范要求；雨水泵站可采用一體化預(yù)制泵站，優(yōu)點(diǎn)為技術(shù)成熟，安裝方便，占地面積小，施工周期短，全智能監(jiān)控系統(tǒng)可無人值守，但在選用前務(wù)必進(jìn)行尺寸和深度的核實(shí)，避免深度過大或筒徑過大，無法進(jìn)行預(yù)制。選擇潛水泵時，多臺水泵并聯(lián)工況需通過計(jì)算得到，水泵并聯(lián)時流量揚(yáng)程都會有一定損耗，不可單純進(jìn)行疊加。

7 海綿城市

雨水不僅能造成城市洪澇，也是城市河流污染的主要原因。為了我們賴以生存的環(huán)境，我國也開始大力推進(jìn)建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”，節(jié)約水資源，保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市低影響開發(fā)工程設(shè)施可以分為兩類，一類是雨水調(diào)蓄設(shè)施，一類是初期雨水處理設(shè)施。雨水調(diào)蓄設(shè)施可選用雨水花園、透水鋪裝、蓄水池、滲管/渠、雨水濕地、下沉式綠地，初期雨水處理設(shè)施可選用濾水桶雨水口或水力顆粒分離器。

雨水花園是一種復(fù)雜型生物滯留設(shè)施。生物滯留設(shè)施指在地勢較低的區(qū)域，通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)蓄滲、凈化徑流雨水的設(shè)施。

圖3 雨水花園效果圖

圖4 人行道透水鋪裝

圖5 下沉式綠地排水示意圖

人行道透水鋪裝的設(shè)計(jì)，可將降雨初期雨水迅速排干，保證路面干燥整潔，防止路面積水，提高人行、行車舒適度。蓄水池可將雨水收集處理后進(jìn)行回用，用于綠地噴灌等，均使得雨水利用率增大。下沉式綠地是利用低于周圍地面的綠地開放空間承接和貯存雨水，內(nèi)部種植本土草本植物，達(dá)到減少徑流外排的作用。

8 結(jié)束語

1862 年雨果在《悲慘世界》中說“下水道是城市的良心”；龍應(yīng)臺也曾說過，“驗(yàn)證一個國家或城市是否發(fā)達(dá)，一場大雨足矣”；作為一名從事城市排水建設(shè)多年的工作者，我也很想說，在你看得見的地方，高樓林立光彩照人，雙向12車道的市政道路、互通立交看起來格外發(fā)達(dá)，可是，在你看不見的地下，有著關(guān)乎城市真實(shí)實(shí)力的下水道，這才是一座城市的真實(shí)實(shí)力。