多重因素影響下的積水路段改造分析

張彥光，孫亞飛，李 帥，劉小璐

（淄博市規劃設計研究院有限公司，山東 淄博 255037）

1 概況

1.1 降雨情況

淄博市中心城區為半濕潤半干旱的大陸性氣候區，多年平均降雨量為620 mm 左右，受大氣環流和季風等影響，降雨一般發生于6～9 月，時空分布不均勻。根據近十年的統計，淄博市的年降雨量有逐年增加的趨勢，尤其是短時強降雨發生的頻率也越來越大（見圖1）。以2022 年為例，截止至10 月份，淄博市中心城區累計降雨量為1049.5 mm，為1965年以來同期最大值。6 月份207.4 mm，為1952 年有水文資料記錄以來同期第二大值，比常年偏多144%。降水量逐年增多和短時強降雨頻發進一步增加了淄博市中心城區的排水防澇系統的壓力。

圖1 淄博市歷年降雨量圖

1.2 積水情況

柳泉路是淄博市一條重要的南北向城市主干道，道路紅線48 m，采用一塊板、慢行一體的交通模式，雙向八車道。沿線主要積水路段為聯通路至濟青高速段，全長3.0 km，當降雨強度小于50 mm/h 時，路緣石處積水深度15～30 cm 不等，退水時間為15～90 min；當降雨超過50 mm/h，路段積水嚴重，無法通行，退水時間在120 min 以上。該區域的內澇防治標準不足10 a 一遇，這與淄博市中心城區130 萬人口顯然不匹配[1]。不同重現期下積水情況見表1。柳泉路積水情況見圖2、圖3。

表1 不同重現期下積水情況

圖2 2022 年7 月12 日柳泉路積水情況

圖3 2022 年10 月3 日柳泉路積水情況

2 積水原因分析

不同于以往積水路段，柳泉路積水路段有其復雜性，無法通過簡單的排水管網改造消除積水。經過對周邊環境分析，造成該路段積水的因素有以下幾點。

2.1 地形因素

柳泉路自南向北貫穿中心城區，整體地勢南高北低、東高西低。從南北方向看，以膠濟鐵路為界，鐵路以南地形以低山丘陵為主，自然坡降為10‰左右，鐵路以北為平原地形，自然坡降為2‰，至聯通路以北區域，坡降不足1‰，坡降變緩十分明顯。從東西方向看，淄東鐵路以東為四寶山、花山等低山地形，自然坡降為20‰，淄東鐵路以西為平原區域，自然坡度為1‰左右，坡降變緩同樣十分明顯。加之北部濟青高速的阻截，造成積水路段位于三面環山的半圍合區域，不利于雨水宣泄，降雨時，大量雨水借助地勢順路而下，直接沖擊積水路段，排水壓力瞬間增大。

2.2 排水管網

積水路段周邊排水管網（見圖4）存在以下問題：

圖4 積水路段現狀雨水管網圖

（1）主次干道雨水管網均為雙側布置管道，路南和路東為雨水主管，收集地塊和路面雨水，路北和路西為雨水支管，收集路面雨水。區域內雨水管網建設于2000 年之前，建設標準不足1 a 一遇，與現行規范規定的2～5 a 一遇，差距不小。

（2）雨水管網存在不同程度淤積現象，尤其是柳泉路雨水管網建設于20 世紀90 年代，由于年久失修，加之坡度較小，管道截面3/4 被淤堵，基本失去排水能力。

（3）雨水管道流行時間過長，排水效率降低。以柳泉路東側管道為例，自中潤大道開始，向北一直到濟青高速，再向西排至豬龍河，排水路徑全長5.0 km。而此處完全可以通過魯泰大道直接向西排入豬龍河，排水路由長2.5 km。因此，積水路段的排水分區亟待優化。

（4）南營生活區、亞運村生活區、北營生活區局部管網向東排入澇淄河，而澇淄河的河道水位較高，在降雨超過50 mm/h 時，河水發生倒灌，倒灌后的河水仍然會沿道路自東向西進入柳泉路沿線。

（5）柳泉路東側有現狀2100 mm×2000 mm 的污水主干管，匯水面積約1200 hm2，由于位于中心城區的下游，該管道常年高水位運行，受上游雨污混流的影響，降雨時，大量區域外的雨水混入污水管道，并從檢查井冒出，一定程度上增加了該路段的積水風險。

2.3 河道因素

積水路段東側為澇淄河（見圖5），距離700～1500 m 不等，西側為豬龍河（見圖6），距離1200～2000 m 不等，由于區域地勢東高西低，故西側豬龍河為主要受納水體。

圖5 澇淄河現狀河道

圖6 豬龍河現狀河道

豬龍河為梯形斷面，下底寬24.0 m，上口寬32.0 m，河深3.2 m，水深2.9 m。區域內河道縱坡1‰左右，過流能力170 m3/s，防洪標準達100 a 一遇。由于豬龍河承擔上游大約80 km2山洪水行泄，致使該區域內河道水位較高，全部排河干管為淹沒出流，管道排水能力大受影響。根據相關研究，對雨水管道淹沒壓力流計算可采用伯努利方程和達西公式進行簡化處理，即如下計算公式[2]：

式中：i 為水頭損失坡度，m/m；h 為水頭損失，m；l 為雨水管道長度，m；D 為雨水管道管徑，m；Q 為雨水管道流量，m3/s；n 為雨水管道粗糙系數。

根據水力學理論，上下游水位差ΔH 用來克服管道的水頭損失h，從而實現排水入河，忽略占比較小的流速水頭和壓強水頭。故對以上公式變形得到以下公式：

式中：ΔH 為上下游水位差，m。

為方便計算，內澇積水條件下，ΔH 取起點地面高程（按1.0 m 覆土計算）與河道水位之差，另取l=1000 m，n=0.013，D=1.5 m，計算結果見表2。

表2 雨水管道在不同狀態下的排水能力

由表2 可看出，豬龍河河水頂托對管道排水能力影響很大，即使是相對于1/3 管道頂托情況下，完全淹沒出流管道流量也損失了50%，由此判斷，豬龍河河水頂托是造成該區域積水原因之一。

澇淄河為復式梯形斷面，下底寬8.0 m，上口寬16.0 m，河深3.1 m，水深2.8 m。區域內河道縱坡1.5‰左右，過流能力64 m3/s，防洪標準不足20 a 一遇。澇淄河需要承擔上游93 km2的客水行洪，在遇到大于50 mm/h 的降雨時，河道發生漫溢，大量河水通過東西向道路和管網排入柳泉路，遠超柳泉路雨水管網的收水能力。

2.4 沿線小區

積水路段沿線小區大多建設于上世紀90 年代，只有污水管網一套排水系統，雨水依靠地表徑流通過背街小巷和城市支路排入城市主次干道。降雨時，大量雨水從小區、單位門口或者支路口處排出，市政管網收水不迭，容易造成積水。以魏家莊生活區為例，匯入柳泉路的區域占地面積約90 hm2，區域內僅在魏家路、西一巷、西二巷等背街小巷有60 個單箅雨水口，加上該區域柳泉路的60 個雨水口，共計120個。而要滿足區域內5 a 一遇降雨的收水要求，按徑流系數0.5，單箅雨水口過流量20 L/s 計算，共計需要單箅雨水口約288 個，缺口為168 個。因此，若無小區和小巷層面的雨水管網建設，僅靠主次干道的雨水管網難以滿足區域內地塊的收水及排水需求。

3 改造措施

以上積水原因中，地形因素這一客觀條件短期內無法改變。要解決該路段的積水問題，也無法通過單一的改造管網的方法來實現，需要河道、管網、小區等多方面的改造措施才能消除該區域的積水問題，實現50 a 一遇的排澇標準。

3.1 整治河道

整治河道是改造積水路段的關鍵點，河道標準決定著區域防洪排澇標準的底線值。根據《淄博市國土空間總體規劃》（2021—2035），淄博中心城區2035 年規劃總人口為141 萬人。根據《防洪標準》，防洪標準為100～200 a，結合區域現狀及發展，確定豬龍河和澇淄河的防洪標準為100 a 一遇。根據先急后緩的原則，近期對澇淄河進行整治，遠期對豬龍河進行整治，整治范圍均為中心城區及其下游段，澇淄河長度約20.0 km，豬龍河長度約15.0 km，其主要整治內容包括河道建設，排污口改造封堵，道路橋梁拓寬改造，架空管線落地，景觀提升等。其中與排水防澇有關的整治原則如下：

（1）河道平面布置根據現狀河道走向，結合兩岸的建筑物情況確定河道設計控制線，保證治理河段與上下游河道的平順連接，做到順應河勢，因河制宜，河線（包括河道設計控制線、左右岸河口線）應力求平順，各變化河段應平順相連，并與景觀地形自然過渡銜接。

（2）為滿足行洪要求，需要根據河道地質及兩岸環境情況，采用擴挖的方式增大河道的過流能力，盡可能降低河底標高和防洪水位，減少河道對排水管網的頂托，用區域50 a 一遇的排澇標準來校核河道的防洪水位，嚴禁河水外溢或者倒灌。

（3）豬龍河和澇淄河均為季節性河道，為保證旱季河水流速和節約占地，河道采用復式斷面形式，主河槽采用矩形斷面，懸臂式鋼筋混凝土直擋墻，擋墻頂高按滿足50 a 一遇防洪水位控制。副河槽采用重力式混凝土擋墻和毛石擋墻，擋墻頂高程按滿足100 a 一遇防洪水位控制。主河槽擋墻與副河槽擋墻通常間距控制在2 m，局部節點增大間距，通過水生植物種植增加河道岸線景觀變化。澇淄河改造橫斷面見圖7。

圖7 澇淄河改造橫斷面（單位：cm）

3.2 提升管網

提升改造該區域內的排水管網是解決積水問題的重點，主要有以下幾方面：

（1）提高區域內的雨水管網建設標準，主次干道至少5 a 一遇，城市支路和背街小巷至少3 a 一遇。考慮老城地下空間有限和經濟合理性，無法對全部管網進行翻建，只能在利用現狀管網的前提下進行局部改造。本項目考慮對單側管徑較小的支管進行改造，改造以后道路兩側均為雨水主管，共同承擔地塊和路面排水（見圖8）。區域內主次干道共利用現狀雨水管網30.1 km，改造雨水管網18.3 km。

圖8 雨水管網改造示意圖

區域內的城市支路和背街小巷也需同步開展改造，在實現雨污分流改造的同時，提高雨水管網的建設標準。區域內共改造城市支路和背街小巷14 條，共計7.7 km（見表3）。

表3 區域內背街小巷改造列表

（2）優化該區域的排水分區。一是在澇淄河改造結束前，暫不考慮排入澇淄河，從而避免倒灌。將排入澇淄河的管網臨時封堵，同時新建部分連通管將雨水導入排入豬龍河的管網。二是增加魯泰大道和蘭雁大道兩條排河通道，分擔濟青高速排河管道的壓力。將中潤大道以北區域的匯水面積進一步切分，實現雨水就近排河，提高排水效率。通過優化排水分區，濟青高速排河管道的匯水面積由200 hm2減少為120 hm2，對應建設標準由1 a 一遇提高至5 a 一遇。

（3）為提高管道的使用效率，通過局部增加連通管實現新舊管網的互聯互通，區域內共增加連通管17 處，一定程度上增加了管網的可靠性。另外，在小區、單位出入口等重點部位適當增加雨水口的數量，保障關鍵節點的收水能力。標準路段將雨水口流量按照管道設計流量的3～4 倍設置冗余度，應對道路范圍以外大量通過地表徑流排向路面的雨水。

3.3 改造小區

區域內已有15 個老舊小區進入改造計劃（見表4）。當務之急就是建設嚴格的雨污分流體制，實現雨水排河、污水進廠，避免由于雨污混流造成的徑流污染和污水系統的超負荷運行。同時，區域外的小區也應逐步進行雨污分流改造。

表4 區域內老舊小區改造列表

3.4 海綿城市

海綿城市理念強調源頭削減、過程控制、末端調蓄。而對于本積水路段，源頭削減同樣重要。

對于豬龍河、澇淄河等有客水匯入的河道，在流域地形無法改變的情況下，首要的控制指標就是流域范圍內的年徑流總量控制率，通過減小徑流系數來控制洪峰流量，盡可能減弱河道對排水管網的頂托作用。根據《淄博市主城區海綿城市專項規劃》，豬龍河片區年徑流總量控制率為71.3%，澇淄河片區為74.7%，以上指標依次分解納入控制性詳細規劃、修建性詳細規劃，最終落實到宗地的規劃設計條件，指導具體設計和施工[3]。

老舊小區改造過程中，不少小區為解決停車難的問題，將大量綠化帶改造為停車位。由此造成小區內的徑流系數急劇增大。根據《室外排水設計標準》，改建后相同設計重現期的徑流量不得超過原徑流量。這就要求在硬化面積確需增加的情況下，增加對應數量的滲透、調蓄設施，從而控制徑流量。需要指出的是，以上規定為強制性條文，必須嚴格執行。小區的改建應當采用低影響開發理念，容積率和硬化面積的增加不應當由市政管網的不斷擴建與之相適應。為保證實施效果，建議將徑流量作為竣工驗收或者撥款支付的約束條件，以此強制各參建單位執行。

4 結語

隨著短時強降雨的頻發和人們對美好人居環境的不斷追求，越來越多的內澇問題暴露在攝像頭下。而排水防澇工程整體性和系統性較強，往往無法通過單一手段或者點對點解決。對于一個路段積水，其原因可能是多種多樣，也可能在幾公里以外。因此，解決內澇需要具體問題全面分析，抽絲剝繭，逐步推進[4]。

柳泉路的積水路段改造涉及降水、地形、小區、管網、河道等多個因素，需要將積水區域作為整體考慮，采用源頭削減、過程控制、末端治理全過程措施方可消除積水，達到內澇防治的要求。這個過程需要氣象、社區、城管、城建、水利等多部門共同參與，通力協作。如此，才能切實提高增強城市防洪排澇能力，把淄博市建成應對內澇災害的韌性城市。