城市强排系统应对城市内涝的改进设计

刘 剑

(上海市城市建设设计研究总院天津设计研究院，天津 300000)

城市强排系统应对城市内涝的改进设计

刘 剑

(上海市城市建设设计研究总院天津设计研究院，天津 300000)

阐述了在城市内涝的状况下，雨水排水系统的设计优化措施，以及在应对城市内涝中发挥的作用，并在工程实例基础上，从雨水泵站设计、雨水管道工程设计等方面入手，改进了雨水排水系统的设计措施，以减少积水对城市的危害，供同行参考。

城市内涝，排水系统优化，雨水泵站，沉泥井

1 内涝的危害及现状

近年来，国内部分城市相继遭遇灾害性降雨，发生严重的内涝积水事件，造成较大财产损失，影响市民生活和城市正常运转，引起社会各界的普遍关注。城市内涝越来越成为我国现代大城市经常出现的通病，一场暴雨就可以检验一座城市规划建设中的排水问题，无论是建设问题、管理问题，还是技术问题，都值得我们认真探讨，寻找解决的办法。

2 雨水排水系统在改善城市内涝中的作用

随着城市化进程的加快，水泥地面，硬化屋面越来越多，自然生态的雨水排放系统被改变和破坏，雨水落到地面以后，产生大量的径流，造成很多城市的内涝水灾。雨水排水系统作为一个完善的管网系统，承担着将雨水排入河道，避免城市内涝灾害的关键作用，它属于排水工程中的一项重要课题。虽然现在城市雨水排水系统很多城市都有，但一旦遇到大雨暴雨时，怎么样很好的解决内涝问题还是一个有待进一步探讨的问题。

3 改进雨水排水系统设计，应对内涝风险

分析内涝产生的原因，主动地采取必要的策略与措施，通过城市“规划、市政、水务、环境”管理目标的协调，通过合理地规划与设计，采取工程措施与管理措施，应对城市化区域气象降水的复杂问题[1]。其中，雨水排水系统的合理设计尤为重要，是应对城市内涝的重要技术措施。

通常雨水排水系统由收水设施、雨水管道、雨水泵站、下游出路等几部分组成，雨水管道是输送机构，负责将雨水从源头送至末端；雨水泵站是一个雨水排水系统的末端机构，担负着提升出水，排放入下游河道的功能，是排水系统中不可缺少的组成部分。为了更加有效地应对城市内涝，减小其危害，因此在实际的工程设计中，可以在雨水泵站的设计、雨水管道的设计等等几方面进行改进和优化。

3.1 雨水泵站设计规模考虑一定的安全余量

在雨水排水系统中，处于管网末端的雨水泵站兼有城市防汛排涝的功能，泵站功能的可靠性是一个系统成立的关键因素，泵站规模确定的合理性也成为一个排水系统科学完善的标志。设计规模过小容易造成厂房被淹等事故，若过大则会造成大量的浪费[2]。

一般雨水泵站规模的确定是由雨水管道终端的设计流量提供，雨水管道一般按照满管重力流进行设计，由此计算出某地块内的总管道设计雨量进而确定为雨水泵站的规模，且雨水水泵不配备用泵。在实际运行中，中、小雨情况下，雨水在管道中流动，不会溢出管道及检查井，但在出现超设计标准雨量，雨水较大时，管道已承纳不了过多地面雨水，雨水会溢出检查井，在路面形成一定厚度的漫水层，从而造成路面积水，此时管道内雨水已不再是无压重力流，而呈现有压流，因此管道在承压工况下所通过流量会增大，如图1所示。

在面对这些挑战时，一些新建区域可以通过提升设计标准、提高管网规模、提升河道容量、设置调蓄管涵等方式整体性解决内涝问题。但在一些老城区，尚无条件进行如此大规模的改造，该如何解决面临的问题，举例如下。

工程实例：

天津滨海某区域雨水泵站系统的收水面积为180 ha，暴雨重现期P=1年，综合径流系数0.6，地面集水时间15 min，泵站设计规模为8.0 m3/s。雨水系统主干管起点为该系统的西南角，沿东西向主干道自西向东敷设φ400 mm～φ600 mm管道，并沿南北向自南向北敷设φ800 mm～φ2 400 mm雨水管道，在拟建泵站上游的交汇井内汇合为双排φ2 400 mm雨水管道，最终排入雨水泵站，雨水经泵站提升后排入规划景观河道。经过分析、比较以及论证，泵站最终的设计规模为9.6 m3/s，以提高泵站的提升能力(如表1所示)。

表1 泵站规模造价比选表

由此可见，泵站规模增加20%，工程造价增加不到10%。占地面积不需增加。同时将进泵站的φ2 400 mm雨水管道扩大为φ2 600 mm，以提高一部分排水管道的调蓄容积。

综上，在实际工程设计中，考虑到水泵的造价远低于雨水系统管道总造价，而且在降雨重现期P=1年的工况下，增加20%～30%的泵站规模，可以达到排出降雨重现期2年～3年的降雨水平(见表2)。

表2 降雨重现期与管网末端流量比选表

因此在设计雨水泵站规模时，可以考虑增加一定安全余量，以保证在不过多增加造价和占地面积的前提下提升雨水系统的排水能力。

3.2 适当提高雨水主干管道管径

雨水主干管道是进入泵站的最终通路，也是一个排水管网容水的主要空间。工程进行雨水主干管道管径设计时，在计算管径的基础上，进行技术经济比较后，适当提高管径级别，对雨水主干管道进行适当放大，强化管道的存水能力，以使管道具备一定体量的调蓄容积。同时，在暴雨来临前，腾空主干管道，有条件的减少外溢雨水的产生。

提高管径的级别，会在已显紧张的城市管道排布空间中造成一定困难，因此此项措施的实施需要同建设管理部门、管线综合编制部门一同协调解决。

3.3 优化沉泥井设置位置及数量

在雨水系统日常管道检修中，可以看到雨水管道与检查井中的泥沙沉淀，对过水断面产生明显的影响。

经过国内一些内涝灾害的实践检验，雨水管道中杂物严重堵塞的情况也成为内涝产生的原因之一(见图2)。排水管道中的杂物大部分通过检查井等设施予以截留、清除，沉泥井便是实现此类功能的构筑物。某些地区，城镇排水管道只在污水管道中设置沉泥井，雨水管道不设置沉泥井，且沉泥井的设置距离为150 m～200 m。由此，根据工程现场的反馈情况，雨水管道中亦应同步设置沉泥井，且沉泥井的设置间距在100 m～150 m为宜。尤其在雨水干管中，流速逐渐变缓，该区段应增加沉泥井的数量。同时，在雨水泵站进水总管道前1个～2个检查井内设置沉泥井，宜设置不低于0.5 m的沉泥空间[3]，以利于管道杂物的沉淀，利于管道排水。

4 思考与结论

1)城市建设相关单位应加强对内涝原因的分析以及认识，落实《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》的精神，根据《室外排水设计规范》(2014年版)讨论稿的主旨思想，树立“安全大于天”的思路，并积极面对内涝的挑战，保障城市安全。

2)对泵站规模进行一定程度的提升是缓解城市内涝产生的途径之一。有条件的地区，优先考虑进行管网，场站及调蓄构筑物的一并设计与实施。在老城区改造或者资金不足的区域，可以考虑对泵站规模进行20%～30%的扩大提升，立足于“花小钱，办大事”的思路逐步解决城市建设的问题。此项措施，对于旧城区管网改造和老旧泵站“挖潜增效”有借鉴作用。因此，城市排水工程设计应考虑雨洪风险因素，排水泵站规模应在规划阶段进行充分论证。

3)适当地提高雨水主干管道的管径级别，使管道具备一定体量的调蓄容积，强化管道的容水能力，并在一定程度上提升系统的排水能力。

4)雨水排水系统中应考虑沉泥井的设置位置和数量，避免雨水管道和检查井中泥砂沉淀对系统排水能力的影响，以利于管道排水。

[1] 张善发.现代城市雨洪管理的策略与技术[A].2012城市雨洪管理国际研讨会论文集[C].上海，2012.

[2] 王红升.雨水泵站设计注意的几点问题研究[J].科技传播,2013(9)：56-57.

[3] GB 50014-2006，室外排水设计规范(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

刘 剑(1979- )，男，工程师

TU992

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