构建统一高程系统的城市排水问题解决方案——德阳市排水专项规划和雨污水分流整治

张孟晓

(德阳市市政设施和园林建设处，四川德阳 618000)



构建统一高程系统的城市排水问题解决方案
——德阳市排水专项规划和雨污水分流整治

张孟晓

(德阳市市政设施和园林建设处，四川德阳 618000)

目前城市普遍存在的雨污混流、内涝积水及水系的黑臭等排水问题，困扰着海绵城市建设。城市水系、雨水管道、污水管道和道路竖向四大系统，通过竖向高程，极大影响混流和内涝等排水问题。文章在剖析混流和内涝产生的原因和关联性基础上，构建水系、雨水、污水和道路竖向统一高程系统，制定排水规划，指导排水工程项目建设，解决雨污混流、黑臭水体和局部内涝积水问题，以适应海绵城市建设需要，服务于周边地块开发建设。

高程系统； 排水问题； 混流； 内涝

1 排水现状问题

城市排水现状问题主要表现为雨污混流和内涝积水问题，并由此带来了水体黑臭、污水进污水处理厂浓度较低不易处理等水质问题。虽然目前大部分已建道路和全部新建道路均按雨污分流体制埋设雨污水管道，但实际中存在雨污水系统由于规划时限、建设时序、水系功能定位等未统筹考虑，导致混流和内涝问题发生，不符合海绵城市建设需要。

1.1 雨污水混流问题

雨污混流指的是在完全分流制排水体制中，出现雨水和污水排水通道混乱，出现不同类型水质的水混合。雨水混流入污水管，挤占污水管流水空间，造成正常污水排放不畅满溢出井盖；造成进污水处理厂污水浓度稀释、水质变化剧烈，影响处理效果和出水水质；使污水处理厂满负荷运转，多余污水溢流排放，污染水体。污水进入雨水排放系统，则造成雨水下游受纳水体(河流、湖泊)水质恶化，变成黑臭水体，极大影响水环境。

1.2 内涝积水问题

内涝积水问题是由于雨水排放不畅造成的城市内涝、路面积水及其的一系列次生问题。内涝则造成内涝区各类建筑物底层及地下车库进水财物受损，道路积水过多则严重影响正常出行、地势较低地块雨水无法正常排放受淹。

1.3 渠系问题

本身承担灌排功能的渠系，随着城市的发展和拓延，逐步演化为排除雨水、解决内涝的泄水通道和提升环境质量的水景观通道。但在水系功能转化过程中是伴随城市化进程而转变。由于渠系在城市中位置不同、各段渠系城市化时间不同，渠系功能各有差异，但在多数时候承担灌溉、排涝、注清、水景观等的多重功能。且渠系在管理上，各自规划设计考虑其不同功能角度，采取不同的处理方案，出现了平时灌溉水位和雨水排放系统高程不衔接，造成内涝积水；渠底和污水管高程冲突无法互相穿越，形成污水流入渠系，造成雨污混流。渠系本身流量不大，自净能力相当弱小，稍有污水便形成黑臭水体。

2 混流和内涝因素分析

2.1 混流原因分析

2.1.1 污水混流至雨水

经调查摸排德阳市凯江路以北片区混流点位为210处，污水管健全且排放顺畅纯属错接点位有71处，属管理不当引起；剩余点位139处为污水管本身存在问题而不得已接入雨水管，属技术不合理造成。技术不合理主要体现在：(1)道路下雨污水管高程相差不大，横穿支管深度无法满足排水户接驳要求；(2)污水支管偏少，人行道处管线太多又无法开挖埋设接驳，就近接入雨水管；(3)污水管未按道路坡向放坡、高程同下游管道无法衔接而满管，无法接驳；(4)一侧为渠系时污水支管无法横穿渠系，渠系侧污水只能接入渠系；(5)局部消防支路下未敷设污水管；(6)受下游没有受纳截污干管影响、整体污水管埋深较浅，排水户无法接驳；(7)截污干管下游满管且水位较高，周边污水无法接入。

2.1.2 雨水混流至污水

雨水混流至污水管零星点位处不易排查，从实际发现的主要原因为：(1)雨水和渠系存在污水混流后，不能直接排入水体，只能采取截流措施，通过截流措施必然有雨水进入污水系统。(2)部分老工业企业内部实行雨污水合流体制，且排放量较大，达不到直接排入水体要求，必然接入污水管，即企业内的生活污水、循环冷却水、雨水均通过一套排放系统进入污水管。(3)局部易积水路段市政部门一般就近增加雨水口解决积水问题，部分雨水口便就近接入了污水管。

2.2 内涝原因分析

经调查摸排德阳市区内涝积水点，共计52处，其中道路交叉口内涝积水27处，建筑小区内涝积水16处，下穿内涝积水8处。内涝积水除日常维护疏通管理因素外，主要技术原因为：(1)已修建道路竖向不合理，且雨水管几乎同道路竖向一致放坡，导致道路雨水管下游端高程衔接不当，排水困难。(2)受道路实际建设时序限制，雨水管网未成系统，仅从解决道路区段内的排水考虑，致使上下游衔接困难。(3)雨水接入水系时，未考虑水系水位因素，造成雨水实际过水断面减小且淤积严重。(4)同水系交叉走向时，深度设计不合理，采用倒虹方式连接或将雨水过水断面压扁，影响了雨水正常汇流。

2.3 道路竖向高程不合理因素

城市道路作为渠系和雨污水通道的承载体，其竖向高程及坡向同水系系统、雨污水的排放系统相互影响。现状实际多存在由于道路坡向同水系位置和污水管坡向没有统一考虑带来的雨污混流问题。从排放雨水的角度分析，城市道路应坡向于渠系，以便雨水以合适的坡度接入水体，避免内涝积水；而污水管为了减少埋深避免横穿水系，则反坡向于水系，便造成雨污水管道坡向相反，高程易冲突，且污水管起点埋深很浅，排水户无法接驳，极易就近接入雨水管，形成混流。

2.4 建设时序不统一因素

从排水的上下游衔接关系看，城市雨污水管、道路和沿路水系应一并实施修建。实际中由于受到实施主体、拆迁因素、资金限制、大项目的引进等因素影响，雨污水管和水系上下游、水系和道路之间不能同步建设情况很普遍，带来下游排水设施未建、已建排水设施由于没有排放出路，无法使用；雨污水管和水系同上下游高程衔接不合理造成排水困难，从而容易导致雨污混流至水系造成水体黑臭和上游的内涝积水。

2.5 规划用地类型限制因素

从规划本身看，作为实施规划管理的依据的控制性详细规划，主要确定土地相关指标及控制要求，对城市排水、水系研究深度达不到指导施工图设计要求，容易造成后续施工图设计对控规用地类型冲突(尤其是水系)，且调整困难；尤其是具有不同功能的水系在管理主体和建设实施主体不同情况下，水系详细规划对用地的需求和控规对用地类型的限制之间矛盾很大，很容易造成水系建设困难，带来高程上和断面上的种种问题，产生内涝和混流现象。城市排水系统涉及河流，排涝、灌溉和景观水系，研究范围为整个城市，而控规研究范围一般为某个片区，研究范围不同、特别是不同的规划设计单位考虑问题角度不同，易出现区域排水衔接上的问题。

3 渠系、雨污水、道路竖向和混流与内涝关联性分析

3.1 渠系、雨水管同内涝关系分析

上下游雨水管道同渠系高程和水位衔接不当必然引起内涝。渠系水位影响雨水排放，渠系水位过高则造成上游雨水顶托倒灌，减小雨水有效过水断面、并使雨水管内长期积水沉淀堵塞管道；雨水排放本身又会提高渠系水位，二者相互耦合。解决城市内涝和路面积水问题需要先从最下游受纳水体出发，向雨水管上游逐级分析解决。

3.2 渠系、雨污水管同混流关系分析

渠系、雨污水管和排水户三者管道高程处理不当会造成混流。首先排水户排放污水应能顺利接入污水系统，即污水系统起点高程要低于排水户化粪池出水高程。其次道路污水管同雨水管交叉时，应能顺利穿过，否则若是高程冲突必然造成雨污水管道混流而混流。再次渠系由于避免雨水倒灌必然高程相对雨水管较低，污水管必须穿越渠系时，应能从渠系底部横穿，否则污水只有接入水系才能排放顺畅，便造成混流和水体黑臭。

理想情况下，按照整个污水管统一位于雨水管及渠系下侧整个系统进行布设，二者排放通道不紊乱，支管相互穿越顺利，不会产生混流问题。可现实中，由于水系功能定位变化导致渠底标高、渠系深度随之变化，渠系首先需要调整竖向高程；渠系高程由于片区开发、上下游未同步、管理部门未协调、管辖范围未统一等原因需调整而未调整的，则片区雨水排放不畅，形成内涝。渠系高程调整后，渠底标高降低，和污水管高程冲突，在污水管没有解决方案前提下，污水只能流入渠系，形成混流。

3.3 道路坡向同混流和内涝关系分析

城市道路如存在水系时，从排雨水角度看道路应坡向水系，便于雨水排放，大重现期降雨雨水可沿道路路面直接进入水体，避免道路积水；可污水管为了避免横穿水系，一般流向远离水系方向，便和道路坡度相反，造成起点埋深较小，周边排水户污水无法接入污水管只有接入雨水系统形成混流；远离水系方向还造成污水管终点埋深很大，影响整个污水系统高程。

3.4 混流和内涝关系分析

末端截流即截流式合流制排放体制下，存在雨污水混流情况下污水流入雨水管后，便直接流入水体，极大影响城市水环境；在城市对水环境的严苛要求下，不允许有污水直接流入水体后，一般沿河道建设截污干管，截流流入河道的污水。且截污干管在一定距离要设置溢流口，以便多余水量时顺利溢流。随着城市继续发展，污水量增加，所接纳水量超过污水干管设计负荷后(混流水挤占了污水排放空间)，污水干管满管浓度更大的污水溢流至水体；即降雨时雨水管先流入截污干管，达到相应水位后开始溢流。由于排水量的波动性，为确保较少污水溢流至水体，截流倍数一般相对较大；遭遇极端降雨情况下截污干管输送能力不足，又不能顺利溢流，便造成上游雨水排放不畅产生积水。城市中多条渠系情况下，几乎每个雨水排放口为了避免污水流入渠系，均设置截流措施，极大影响了雨水排放通道的顺畅性，造成内涝积水。这种情况下产生由避免混流造成的内涝问题。

内涝产生后，一般会将内涝发生处及下游扩大雨水管管径，先期建设雨水管本来埋设不足，扩大管径后只能降低标高以保证覆土厚度；降低标高后又同污水管高程冲突，支管无法相互穿越，从而造成混流，便产生由解决内涝而带来的混流问题。

4 构建水系、污水、雨水、道路竖向的统一高程系统

4.1 德阳天元片区概况及排水问题梳理

德阳天元片区位于市区主城区西侧，宝成铁路以西、石亭江以北，规划面积49.9 km2。片区内地势平坦，北高南低向石亭江倾斜，平均坡度0.4 %。改片区以石亭江和厂西排洪河为界，划分为单独的排水分区(污水和雨水)。片区内水系纵横，主要功能为排涝和灌溉，上游水质较好，经过片区后，部分渠段混入污水，形成黑臭水体，水系最终流入厂西排洪河和石亭江。片区内早期按照雨污合流制方式建设的排水系统，且合流管管径较小。雨污水合流制导致混流问题严重、水系黑臭问题普遍；强降雨期间水系水位高、市政及小区雨水排放困难、部分路段及小区积水严重。拟按照海绵城市建设为指引，通过分析现状地形、已有用地规划、已有的现有水系和雨污水排放设施，并在考虑水系的灌溉、排涝和景观功能基础上，构建水系、污水、雨水、道路竖向统一的高程系统，合理确定水系和雨水的建设规模，制定雨污分流改造计划，从规划层面解决雨水混流带来的水体黑臭和雨水排放不畅带来的内涝积水问题。

4.2 道路竖向和水系高程系统构建

道路竖向系统是城市水系、污水和雨水系统制定的前提，城市排水系统规划设计前，已确定道路竖向系统高程数值。道路竖向系统首先影响水系布置和走向，水系的位置和走向要依托道路于道路。城市水系由于功能差异，渠底深度差异较大。具有排水防涝功能的水系，除顺利接纳排放雨水管汇水之外，还需能顺利排除超标暴雨情况下沿道路汇流的水量。相比污水和雨水管，城市水系高程由于起止点为现状，受到现有条件约束较多，高程优化空间不大。因此由水系上下游现状约束条件，结合由已确定的道路竖向高程，初定水系控制点高程，作为雨污水管网系统的参考标高。再根据下文确定的雨水、污水系统高程，反馈给水系高程，更近一步优化整个排水系统。

4.3 雨水和水系系统

雨水和水系之间不仅存在高程上上下游衔接关系，也存在流量上承接关系，还存在由于流量变化导致的水位高程变化下和确保二者的相互顺利衔接。满足上述三个方面关系，才能确保雨水通道的通畅性，是解决内涝积水的前提条件。根据地形资料找出雨水最不利排放点，确定满足最不利点雨水排放需求的雨水高程系统(不设排水泵站前提下)。再根据模型软件，模拟在雨水流量和水系流量耦合下的汇流特征，得到较优的雨水-水系高程系统。

4.4 污水和雨水-水系系统

污水和雨水系统之间仅存在高程上相互影响的关系，不存在流量上的混合。按照污水最不利点排放顺利前提下，再参照雨污水管道净距，可确定控制点处污水管高程，由两个不利点之间高程，确定污水管段高程，近而确定整个污水系统高程。统筹污水横穿水系增加埋深和避免横穿水系同道路反坡布置两个因素，确定污水管是否穿越水系。特别注意的是水系相比雨水管更低，满足和雨水管的净距要求下，未必能顺利横穿水系。将污水系统高程反馈于水系，可再次优化水系高程。

4.5 道路竖向和周边地块排水复核

根据上述步骤可确定的雨水-水系-污水系统的网状高程，但必须核实管道在道路下的覆土深度是否合适。覆土深度达不到要求时，需根据实际地形，在合理情况下适当优化道路竖向高程。

确定雨水-水系-污水系统的网状高程后，还应该根据道路周边地形，核实地块排水，确保可顺利接入排水系统内，不至于形成新的混流和内涝点位。尤其是沿道路规划有水系处的污水管、填方路段的雨水管，确保周边地块排水顺畅。根据复核信息，将不能顺利排放的地块标注，并反馈于雨污排放系统，优化成果。可形成含道路竖向系统、水系系统、雨水系统和污水系统统一高程网。

[1] 严煦世，刘遂庆.给水排水管网系统[M]. 3版. 北京: 中国建筑工业出版社，2014.

[2] 刘兴昌. 市政工程规划[M].北京: 中国建筑工业出版社，2006.

[3] 伍业钢. 海绵城市设计:理念、技术、案例[M].江苏凤凰科学技术出版社，2016.

[4] 蒋克彬， 李元， 刘鑫. 黑臭水体防治技术及应用[M].北京: 中国石化出版社有限公司，2016.

张孟晓(1983～)，男，硕士研究生，工程师，从事市政排水规划建设和管理工作。

TU992.03

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[定稿日期]2017-04-14