市政排水系統應對暴雨積水的優化措施研究

摘 要：對市政排水系統采取科學合理的優化措施可以有效提高系統的耐用性及排水效率。該文以暴雨積水的實際案例為例，對其影響因素進行總結分析，并提出相應的優化措施?；诓煌膬灮胧┑膶Ρ鹊贸?，在單方案對比中，調蓄池對徑流總量和溢流總量的的控制效果最佳，且當重現期p≥2時，4種措施對溢流總量的控制效果隨重現期的增加呈現先增加后減小的趨勢。在組合方案對比中，4種組合方案對徑流總量的控制效果隨著重現期的增加而減小，且方案二和方案四的效果優于方案一和方案三；對溢流總量的控制效果上，結合消減率的變化特點，方案四對溢流總量控制效果最好。

關鍵詞：排水系統；暴雨積水；溢流總量；重現期；徑流總量

中圖分類號：TU992 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）31-0157-04

Abstract： Taking scientific and reasonable optimization measures for municipal drainage systems can effectively improve the durability and drainage efficiency of the system. This paper takes the actual case of heavy rain and water accumulation as an example to summarize and analyze its influencing factors and propose corresponding optimization measures. Based on the comparison of different optimization measures，u/i62xqJ4Z8Q41dtNdJ3Cb6SoJfHVpS5TMTHODWfkTA= it is concluded that in the comparison of single schemes， the control effect of the regulation and storage tank on the total amount of runoff and overflow is the best， and when the return period p≥2， the control effects of the four measures on the total amount of overflow show a trend of increasing first and then decreasing with the increase of the return period; in the comparison of combined schemes， the control effects of the four combination schemes on the total amount of runoff decrease with the increase of the return period， and the effects of Scheme 2 and Scheme 4 are better than Scheme 1 and Scheme 3; in terms of the control effect of the total overflow amount， based on the changing characteristics of the reduction rate， the fourth option has the best effect on the total overflow amount control.

Keywords： drainage system; rainstorm water; total overflow; return period; total runoff

隨著社會經濟的快速發展和城市化進程的加快，全球眾多城市面臨著氣候變化帶來的影響，特別是暴雨等極端天氣的頻發，對城市的基礎建設尤其是市政排水系統提出了更高的要求。市政排水系統的設計與效能直接關系到城市運行的穩定性和居民的生命財產安全。然而，現有的市政排水系統往往存在設計標準與實際需求不一致、排水設施維護不足、應急管理和預警系統不完善等問題，這些問題在暴雨期間顯得尤為突出，直接導致城市積水和內澇頻發，給城市的運行和居民的生活帶來嚴重影響[1]。科學地對市政排水系統設計采取優化措施，可以有效提高排水系統的耐用性及效率。因此，市政排水系統的合理設計對于有效應對城市暴雨積水尤為重要。本文旨在深入探討市政排水系統在應對暴雨積水時存在的問題，并提出針對性的解決措施，結合實際應對暴雨積水的案例進行分析，以期為城市規劃者提供應對暴雨積水的建議和參考，共同構建更加高效和可持續的城市排水系統。

1 市政排水系統設計應對暴雨積水影響因素

1.1 設計標準與實際需求不匹配

市政排水系統的設計標準決定了市政系統的排水能力，是確保排水系統有效運行的前提。但是，有些城市在市政排水系統設計時未對當地的氣候條件和降雨模式進行充分考慮，造成設計與實際情況不匹配的現象，可能導致該市政排水系統在實際應用中無法有效應對突發的暴雨事件。在設計時只依靠過往降雨數據，并未充分預測未來氣候變化可能帶來的一些極端暴雨情況。此外，隨著城市化進程的快速發展使得城市中硬質地面增加，減少了雨水的入滲，從而增加了雨水徑流，如果在設計時未能適配這種變化，將導致在暴雨期間排水系統無法及時排放大量雨水，造成積水或內澇的問題；同時，城市綠地的減少、不透水表面的增加及城市低洼地區的開發，都加劇了雨水徑流增加這一問題[2]。

1.2 排水設施維護不足

市政排水系統的有效運行不僅取決于前期的設計標準，還依賴于日常對排水系統的維護和管理。然而，在對市政排水系統實際的管理中，一些排水管道和排水設施因為缺乏定期的清理和維護而出現破損、堵塞等問題。這些問題會降低排水系統的實際運行效率，特別是在暴雨期間無法達到設計的最大排水能力而造成積水和內澇等問題。老舊城區的市政排水設施因年代久遠、設備更新換代不及時和管道內沉積物較大，易造成一些設備故障或管道堵塞，更容易在極端天氣下出現故障。此外，市政排水系統的維護工作包括但不限于定期清理管道內的沉積物、修復破損管道、更新老舊的排水設施等，同時還需要專業的技術人員和設備支持，但是在一些城市中，由于財政預算的限制或對城市排水系統工作的重要性認識不足造成排水系統維護不及時，將導致一些排水系統問題無法及時解決而降低系統在暴雨期間的排水性能[3]。

1.3 應急管理和預警系統不完善

在市政排水系統中即使設計系統維護良好，但是在暴雨等極端天氣事件面前仍需要有效的應急管理和預警提示來及時響應。目前部分城市的應急管理和預警系統還不夠完善，如一些城市缺乏高效的積水檢測和預警機制，在暴雨來臨時無法及時通知到居民和相關部門來采取應對措施；同時，一些城市可能應急管理做得不足，造成應急排水設施和物資儲備不足，在暴雨期間發生積水后無法快速采取有效的排水措施，從而加劇了內澇的影響[4]。此外，應急管理和預警系統的建立需要涉及氣象部門的降雨預報、城市管理部門的積水監測、交通部門的應急響應等多個部門的協同合作，由于跨部門合作的復雜性及信息傳遞的延遲等問題和一些部門對暴雨預警的提示不夠重視，容易造成預警不及時、應急管理不足等問題而增加排水系統的排水壓力。

2 市政排水系統設計應對暴雨積水的優化措施

2.1 更新和完善設計標準

2.1.1 氣候適應性優化設計

對氣候進行適應性設計，重新評估和更新設計標準，邀請專家和組織專家團隊對現有排水系統設計標準進行全面的分析和審查，確保設計標準能夠適應當前和未來的氣候條件；同時引用氣候模型預測技術，利用模型分析歷史降雨數據和未來氣候變化趨勢，提高設計的精準度和排水系統設計的重現期，確保能夠適應極端暴雨情況。此外，在城市規劃中大力推廣和引入綠色基礎設施和低影響開發（LID）措施，如雨水花園、滲透性鋪裝、綠色屋頂等來增加雨水的自然滲透和蓄存，同時對雨水循環流動過程進行模擬，減少硬質地面對水流的影響，進而強化城市雨水管理能力。同時要加強排水與排澇2套系統的銜接，其中市政排水CJ2Rz/tLfoJEXkEREjTGUSwQE3idR9jXXN7cm/A0Sdg=系統與城市排澇系統的關系如圖1所示[5-6]。

2.1.2 城市化影響的分析

對雨水徑流系數進行調整，針對城市化導致的硬質地面增加造成雨水徑流系數改變的問題，對雨水徑流系數進行重新評估，同時在對新城區和老城區改造過程中優先選用透水性材料和雨水收集系統，以此減少徑流對排水系統的壓力，確保排水系統設計能夠應對增加的徑流。另外，在城市規劃和建設中，優先考慮保護和增加綠地、濕地等，利用綠地和濕地作為天然的雨水調蓄空間來提高城市的雨水容量。同時，對于低洼地區和易積水區域進行特殊排水設計，如增設額外的排水通道和調蓄設施；還可以采用先進的排水技術和智能控制系統，以此提高排水效率。

2.1.3 增設雨水收集與利用系統

在市政排水系統設計時增設雨水收集與利用系統，利用該設施收集地面和屋頂的雨水，并將雨水經過初步的過濾和處理后儲存起來，以備不時之需。該系統可以減少直接排入城市排水系統的雨水量，從而降低在暴雨期間排水系統的負荷；同時，被儲存起來的雨水可以用于城市綠化、沖廁、洗車等非飲用水的需求，從而達到既能節約水資源又能減輕排水系統壓力的作用，在提升城市排水能力的同時，進一步改善了城市水資源的分級利用，實現了更合理和高效的水資源利用。

2.2 加強排水設施的維護和管理

2.2.1 制訂維護計劃

制訂并執行定期的排水設施維護計劃，主要包括清理排水管道內的垃圾和沉積物、檢測和修復破損的管道，使暴雨期間排水管道能排水通暢；同時在檢測管道時可以采用管道機器人和閉路電視檢測等先進技術來提高維護工作的效率和準確性。對老舊城區內的排水系統進行改造和設備更新，并且在更新和改造時引入新材料和新技術，提升排水管道的耐久性和抗破壞能力。

2.2.2 提供資金和人力資源保障

市政排水系統的維護需要大量的資金投入，所以要確保有足夠的財政預算可以用于排水系統的維護和管理，避免因為資金不足導致的維護工作滯后；同時可以通過政府投資和社會資本合作（PPP）模式，吸引更多的資金投入到市政排水系統的建設和維護中，以此減少因維護不足而造成的排水系統排水能力下降的問題。加大對專業維護人員的培訓，通過定期的技能培訓和新知識學習，提高維護人員的技能水平，以此提高維護工作的專業性和效率。

2.2.3 建立智能化排水防澇體系

智能化排水防澇體系是指運用現代信息技術，如傳感器、物聯網、大數據分析等，實現對城市排水系統的實時監控和動態管理。該體系通過部署傳感器對降雨量、水位、流速等數據進行監測，并利用計算平臺對數據進行分析和模擬，預測可能出現內澇的區域，并根據預測情況自動調整排水設施的運行，如啟動泵站或打開特定的排水口，做到快速響應暴雨事件并減少內澇風險。

2.3 建立和完善應急管理和預警系統

2.3.1 建立積水監測及預警機制

暴雨期間積水的監測至關重要，建立積水監測網絡，實時對市區內的積水進行監測，并利用物聯網和大數據對監測到的數據進行收集和分析，提高監測數據的準確性和實時性。同時，要加強與氣象部門的合作，并建立起暴雨預警系統，當有暴雨等極端天氣時通過手機短信、手機應用、社交媒體和公共廣播系統等及時發布預警信息，提前通知居民和相關部門采取預防措施。

2.3.2 完善應急管理

在暴雨預警時，制定詳細的應急預案，包括人員疏散、交通管制、緊急排水等措施，并且要準備充足的應急排水設備和物資，如移動泵車、沙袋等，特別是在一些關鍵區域和易積水區域設置應急物資，確保在產生積水時能夠迅速投入使用。此外，在日常還需要開展定期應急演練，以此提高應急響應的效率和協調性。

2.3.3 完善流域防洪工程體系

完善流域防洪工程體系，主要包括加固堤防、疏浚河道、建設和優化蓄滯洪區、加強水庫和閘壩的調度等。這些完善措施可以增強流域洪水的整體調控能力，特別是在暴雨期間，通過合理規劃和布局，可以有效地控制洪水，減少因暴雨造成的洪澇災害。此外，在對流域防洪工程體系進行完善時，還需要提升河道泄洪能力、增強洪水調蓄能力、確保分蓄洪區功能等，從而形成多層次、全方位的防洪減災體系。

3 市政排水系統應對暴雨積水的設計優化實例

3.1 項目概況

以陜西西安某地區作為研究對象，首先，西安地區降水較大，經常遭受暴雨，其主要環境原因是西安地處陜西盆地中部，地勢相對較低，氣候濕潤，易受降雨影響；其次，西安受東亞季風的影響，夏季受到暖濕氣流的影響，易發生大范圍降水；再次，西安周邊有秦嶺和長白山等山脈環抱，使得濕空氣被強制上升形成地形降水；最后，全球氣候變暖也是引起雨水較大的重要原因。而西安一些地區由于排水系統年代久遠加上城市化進程的推進，在遭受暴雨時系統損失程度較大，城市內澇問題較嚴重。為了解決這一問題，現對該地區進行排水優化，以期為市政排水系統的性能提升提供更多的指導。

3.2 暴雨內澇優化設計方案

為了解決該地區在暴雨期間的內澇現象，對該地區設置下沉式綠地、綠色屋頂、透水鋪裝和調蓄池，首先對這4種不同方式下不同重現期的徑流總量和溢流總量控制效果進行分析，其中對徑流總量的控制效果如圖2所示，對溢流總量的控制效果如圖3所示。通過圖2可以得出，不同方式下對徑流總量控制效果不同，其中調蓄池的消減率最大，下沉式綠地、透水鋪裝和調蓄池對徑流總量的調控效果隨重現期的增加而減少，綠色屋頂的徑流總量效果隨重現期的增加呈先減小后增加的趨勢?？偟膩砜矗苏{蓄池外下沉式綠地對徑流總量控制效果最佳。通過圖3可以看出，4種措施中調蓄池和綠色屋頂變化趨勢相似，且在重現期p≤3時對溢流總量的控制效果最好；當重現期p≥2時，4種措施對溢流總量的控制效果隨重現期的增加呈現先增加后減小的趨勢。

從圖2和圖3中可以看出，不同方案對徑流和溢流的控制效果不同，為了綜合各種方案的優勢，對幾種方案進行4種搭配組合，其中，方案一是下沉式綠地和綠色屋頂；方案二是下沉式綠地、綠色屋頂和透水鋪裝；方案三是下沉式綠地、綠色屋頂和調蓄池；方案四是下沉式綠地、綠色屋頂、透水鋪裝和調蓄池。對不同方案下對徑流總VAj610uKLypZ5gTnIfp1LtG140H6XDTCOkKhVhU6SwY=量和溢流總量的控制效果進行分析，分析結果如圖4和圖5所示。由圖4可以得出，4種方案對徑流總量的控制均有效果，且對徑流總量的控制效果隨著重現期的增加而減小；并且，方案一和方案三的控制效果相同，方案二和方案四的_{C1nLYUUlWUGKuLLlYYAh1X4LrfphOKVxoeKsThbUvdA=}控制效果相同，方案二和方案四的效果優于方案一和方案三。通過圖5可以得出，4種方案的變化波動較大，不同重現期控制效果不同，且方案一與方案二的控制效果基本呈下降趨勢，方案三與方案四的控制效果呈先降后升的趨勢；結合消減率的變化特點，對溢流總量控制效果最好的應為方案四。

4 結論

本文旨在深入探討市政排水系統在應對暴雨積水時存在的問題，并提出針對性的解決措施，結合實際應對暴雨積水的案例進行分析。具體結論如下：

1）下沉式綠地、綠色屋頂、透水鋪裝和調蓄池4種優化措施對減少徑流總量皆有效果，其中調蓄池的效果最好，其次是下沉式綠地；4種措施在對溢流總量的控制效果上，調蓄池的效果最好，在重現期p≤3時，4種優化措施的控制效果依次為調蓄池、綠色屋頂、下沉式綠地和透水鋪裝。

2）4種組合方案對徑流總量和溢流總量的減少都具有效果，其中在對徑流總量的控制中，方案二和方案四的效果更具優勢；對溢流總量的控制效果上，4種組合方案的變化波動較大，其中方案四的波動相對平緩且方案四的消減率基本大于其他方案的消減率，總的來說，方案四對溢流總量控制效果最好。

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