城市強(qiáng)排系統(tǒng)應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇的改進(jìn)設(shè)計(jì)

劉 劍

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院天津設(shè)計(jì)研究院，天津 300000)

城市強(qiáng)排系統(tǒng)應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇的改進(jìn)設(shè)計(jì)

劉 劍

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院天津設(shè)計(jì)研究院，天津 300000)

闡述了在城市內(nèi)澇的狀況下，雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，以及在應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇中發(fā)揮的作用，并在工程實(shí)例基礎(chǔ)上，從雨水泵站設(shè)計(jì)、雨水管道工程設(shè)計(jì)等方面入手，改進(jìn)了雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)措施，以減少積水對(duì)城市的危害，供同行參考。

城市內(nèi)澇，排水系統(tǒng)優(yōu)化，雨水泵站，沉泥井

1 內(nèi)澇的危害及現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分城市相繼遭遇災(zāi)害性降雨，發(fā)生嚴(yán)重的內(nèi)澇積水事件，造成較大財(cái)產(chǎn)損失，影響市民生活和城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)，引起社會(huì)各界的普遍關(guān)注。城市內(nèi)澇越來(lái)越成為我國(guó)現(xiàn)代大城市經(jīng)常出現(xiàn)的通病，一場(chǎng)暴雨就可以檢驗(yàn)一座城市規(guī)劃建設(shè)中的排水問(wèn)題，無(wú)論是建設(shè)問(wèn)題、管理問(wèn)題，還是技術(shù)問(wèn)題，都值得我們認(rèn)真探討，尋找解決的辦法。

2 雨水排水系統(tǒng)在改善城市內(nèi)澇中的作用

隨著城市化進(jìn)程的加快，水泥地面，硬化屋面越來(lái)越多，自然生態(tài)的雨水排放系統(tǒng)被改變和破壞，雨水落到地面以后，產(chǎn)生大量的徑流，造成很多城市的內(nèi)澇水災(zāi)。雨水排水系統(tǒng)作為一個(gè)完善的管網(wǎng)系統(tǒng)，承擔(dān)著將雨水排入河道，避免城市內(nèi)澇災(zāi)害的關(guān)鍵作用，它屬于排水工程中的一項(xiàng)重要課題。雖然現(xiàn)在城市雨水排水系統(tǒng)很多城市都有，但一旦遇到大雨暴雨時(shí)，怎么樣很好的解決內(nèi)澇問(wèn)題還是一個(gè)有待進(jìn)一步探討的問(wèn)題。

3 改進(jìn)雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)

分析內(nèi)澇產(chǎn)生的原因，主動(dòng)地采取必要的策略與措施，通過(guò)城市“規(guī)劃、市政、水務(wù)、環(huán)境”管理目標(biāo)的協(xié)調(diào)，通過(guò)合理地規(guī)劃與設(shè)計(jì)，采取工程措施與管理措施，應(yīng)對(duì)城市化區(qū)域氣象降水的復(fù)雜問(wèn)題[1]。其中，雨水排水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)尤為重要，是應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇的重要技術(shù)措施。

通常雨水排水系統(tǒng)由收水設(shè)施、雨水管道、雨水泵站、下游出路等幾部分組成，雨水管道是輸送機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)將雨水從源頭送至末端；雨水泵站是一個(gè)雨水排水系統(tǒng)的末端機(jī)構(gòu)，擔(dān)負(fù)著提升出水，排放入下游河道的功能，是排水系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。為了更加有效地應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇，減小其危害，因此在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，可以在雨水泵站的設(shè)計(jì)、雨水管道的設(shè)計(jì)等等幾方面進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

3.1 雨水泵站設(shè)計(jì)規(guī)?？紤]一定的安全余量

在雨水排水系統(tǒng)中，處于管網(wǎng)末端的雨水泵站兼有城市防汛排澇的功能，泵站功能的可靠性是一個(gè)系統(tǒng)成立的關(guān)鍵因素，泵站規(guī)模確定的合理性也成為一個(gè)排水系統(tǒng)科學(xué)完善的標(biāo)志。設(shè)計(jì)規(guī)模過(guò)小容易造成廠房被淹等事故，若過(guò)大則會(huì)造成大量的浪費(fèi)[2]。

一般雨水泵站規(guī)模的確定是由雨水管道終端的設(shè)計(jì)流量提供，雨水管道一般按照滿管重力流進(jìn)行設(shè)計(jì)，由此計(jì)算出某地塊內(nèi)的總管道設(shè)計(jì)雨量進(jìn)而確定為雨水泵站的規(guī)模，且雨水水泵不配備用泵。在實(shí)際運(yùn)行中，中、小雨情況下，雨水在管道中流動(dòng)，不會(huì)溢出管道及檢查井，但在出現(xiàn)超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)雨量，雨水較大時(shí)，管道已承納不了過(guò)多地面雨水，雨水會(huì)溢出檢查井，在路面形成一定厚度的漫水層，從而造成路面積水，此時(shí)管道內(nèi)雨水已不再是無(wú)壓重力流，而呈現(xiàn)有壓流，因此管道在承壓工況下所通過(guò)流量會(huì)增大，如圖1所示。

在面對(duì)這些挑戰(zhàn)時(shí)，一些新建區(qū)域可以通過(guò)提升設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、提高管網(wǎng)規(guī)模、提升河道容量、設(shè)置調(diào)蓄管涵等方式整體性解決內(nèi)澇問(wèn)題。但在一些老城區(qū)，尚無(wú)條件進(jìn)行如此大規(guī)模的改造，該如何解決面臨的問(wèn)題，舉例如下。

工程實(shí)例：

天津?yàn)I海某區(qū)域雨水泵站系統(tǒng)的收水面積為180 ha，暴雨重現(xiàn)期P=1年，綜合徑流系數(shù)0.6，地面集水時(shí)間15 min，泵站設(shè)計(jì)規(guī)模為8.0 m3/s。雨水系統(tǒng)主干管起點(diǎn)為該系統(tǒng)的西南角，沿東西向主干道自西向東敷設(shè)φ400 mm～φ600 mm管道，并沿南北向自南向北敷設(shè)φ800 mm～φ2 400 mm雨水管道，在擬建泵站上游的交匯井內(nèi)匯合為雙排φ2 400 mm雨水管道，最終排入雨水泵站，雨水經(jīng)泵站提升后排入規(guī)劃景觀河道。經(jīng)過(guò)分析、比較以及論證，泵站最終的設(shè)計(jì)規(guī)模為9.6 m3/s，以提高泵站的提升能力(如表1所示)。

表1 泵站規(guī)模造價(jià)比選表

由此可見(jiàn)，泵站規(guī)模增加20%，工程造價(jià)增加不到10%。占地面積不需增加。同時(shí)將進(jìn)泵站的φ2 400 mm雨水管道擴(kuò)大為φ2 600 mm，以提高一部分排水管道的調(diào)蓄容積。

綜上，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，考慮到水泵的造價(jià)遠(yuǎn)低于雨水系統(tǒng)管道總造價(jià)，而且在降雨重現(xiàn)期P=1年的工況下，增加20%～30%的泵站規(guī)模，可以達(dá)到排出降雨重現(xiàn)期2年～3年的降雨水平(見(jiàn)表2)。

表2 降雨重現(xiàn)期與管網(wǎng)末端流量比選表

因此在設(shè)計(jì)雨水泵站規(guī)模時(shí)，可以考慮增加一定安全余量，以保證在不過(guò)多增加造價(jià)和占地面積的前提下提升雨水系統(tǒng)的排水能力。

3.2 適當(dāng)提高雨水主干管道管徑

雨水主干管道是進(jìn)入泵站的最終通路，也是一個(gè)排水管網(wǎng)容水的主要空間。工程進(jìn)行雨水主干管道管徑設(shè)計(jì)時(shí)，在計(jì)算管徑的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，適當(dāng)提高管徑級(jí)別，對(duì)雨水主干管道進(jìn)行適當(dāng)放大，強(qiáng)化管道的存水能力，以使管道具備一定體量的調(diào)蓄容積。同時(shí)，在暴雨來(lái)臨前，騰空主干管道，有條件的減少外溢雨水的產(chǎn)生。

提高管徑的級(jí)別，會(huì)在已顯緊張的城市管道排布空間中造成一定困難，因此此項(xiàng)措施的實(shí)施需要同建設(shè)管理部門(mén)、管線綜合編制部門(mén)一同協(xié)調(diào)解決。

3.3 優(yōu)化沉泥井設(shè)置位置及數(shù)量

在雨水系統(tǒng)日常管道檢修中，可以看到雨水管道與檢查井中的泥沙沉淀，對(duì)過(guò)水?dāng)嗝娈a(chǎn)生明顯的影響。

經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)一些內(nèi)澇災(zāi)害的實(shí)踐檢驗(yàn)，雨水管道中雜物嚴(yán)重堵塞的情況也成為內(nèi)澇產(chǎn)生的原因之一(見(jiàn)圖2)。排水管道中的雜物大部分通過(guò)檢查井等設(shè)施予以截留、清除，沉泥井便是實(shí)現(xiàn)此類功能的構(gòu)筑物。某些地區(qū)，城鎮(zhèn)排水管道只在污水管道中設(shè)置沉泥井，雨水管道不設(shè)置沉泥井，且沉泥井的設(shè)置距離為150 m～200 m。由此，根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的反饋情況，雨水管道中亦應(yīng)同步設(shè)置沉泥井，且沉泥井的設(shè)置間距在100 m～150 m為宜。尤其在雨水干管中，流速逐漸變緩，該區(qū)段應(yīng)增加沉泥井的數(shù)量。同時(shí)，在雨水泵站進(jìn)水總管道前1個(gè)～2個(gè)檢查井內(nèi)設(shè)置沉泥井，宜設(shè)置不低于0.5 m的沉泥空間[3]，以利于管道雜物的沉淀，利于管道排水。

4 思考與結(jié)論

1)城市建設(shè)相關(guān)單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)內(nèi)澇原因的分析以及認(rèn)識(shí)，落實(shí)《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知》的精神，根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(2014年版)討論稿的主旨思想，樹(shù)立“安全大于天”的思路，并積極面對(duì)內(nèi)澇的挑戰(zhàn)，保障城市安全。

2)對(duì)泵站規(guī)模進(jìn)行一定程度的提升是緩解城市內(nèi)澇產(chǎn)生的途徑之一。有條件的地區(qū)，優(yōu)先考慮進(jìn)行管網(wǎng)，場(chǎng)站及調(diào)蓄構(gòu)筑物的一并設(shè)計(jì)與實(shí)施。在老城區(qū)改造或者資金不足的區(qū)域，可以考慮對(duì)泵站規(guī)模進(jìn)行20%～30%的擴(kuò)大提升，立足于“花小錢，辦大事”的思路逐步解決城市建設(shè)的問(wèn)題。此項(xiàng)措施，對(duì)于舊城區(qū)管網(wǎng)改造和老舊泵站“挖潛增效”有借鑒作用。因此，城市排水工程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮雨洪風(fēng)險(xiǎn)因素，排水泵站規(guī)模應(yīng)在規(guī)劃階段進(jìn)行充分論證。

3)適當(dāng)?shù)靥岣哂晁鞲晒艿赖墓軓郊?jí)別，使管道具備一定體量的調(diào)蓄容積，強(qiáng)化管道的容水能力，并在一定程度上提升系統(tǒng)的排水能力。

4)雨水排水系統(tǒng)中應(yīng)考慮沉泥井的設(shè)置位置和數(shù)量，避免雨水管道和檢查井中泥砂沉淀對(duì)系統(tǒng)排水能力的影響，以利于管道排水。

[1] 張善發(fā).現(xiàn)代城市雨洪管理的策略與技術(shù)[A].2012城市雨洪管理國(guó)際研討會(huì)論文集[C].上海，2012.

[2] 王紅升.雨水泵站設(shè)計(jì)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題研究[J].科技傳播,2013(9)：56-57.

[3] GB 50014-2006，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范(2011年版)[S].

Improvingdesignofstrongurbandrainagesystemagainsturbanwaterloggingdisaster

LIUJian

(TianjinAcademyofDesign,ShanghaiCityConstructionandDesignAcademyHeadquarter,Tianjin300000,China)

The paper describes rainfall drainage system design optimization measures under the conditions of urban waterlogging disaster, and illustrates its role in dealing with urban waterlogging disaster. On the basis of engineering examples, starting from aspects of rainfall pumping station design and waterfall pipeline engineering design, it puts forward measures of improving rainfall drainage system design, with a view to reduce the hazard of waterlogging upon the city and to provide some guidance.

urban waterlogging, drainage system optimization, rainfall pumping station, drain well

1009-6825(2014)14-0157-02

2014-03-04

劉 劍(1979- )，男，工程師

TU992

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