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2019-12-10 16:32:12 | 分类:市政排水 | 标签:城市排涝,规划要点,给水排水

摘要:本文结合济南市城市排涝规划工作,就城市排涝的概念及任务、排涝标准、流量公式选用、对簌与措施、竖向规划等要点问题进行了探讨研究。

关键词: 城市排涝;规划;排涝标准


20世纪90年代以来,涝灾在水灾损失中所占的比例呈增长趋势,尤其在各大城市中表现得更为突出,已经达到洪水的2倍。伴随城市化水平的发展,人们对城市排涝的要求越来越高,而当前的城市规划中,城市排涝问题尚未受到足够重视,甚至在实践中存在着将城市防洪与排水混同的现象,这必然在一定程度上会影响到城市排涝规划工作的开展。本文试结合济南市城市排涝规划工作,就城市排涝规划若干要点问题进行研究分析,以求教于各位同仁。


l城市排涝的概念及任务
排涝的原初意义应指水利建设中排除农田积水。而对于城市排涝,业界却观点不一,众说纷纭。有认为城市排涝即是城市排雨,亦有认为城市排涝只不过是农田水利排涝在城市中的应用。目前国家也未对城市排涝确定统一的标准及规范,这必然对城市排涝规划带来一定影响。本文认为,城市排涝是指流域范围内较大汇流面积上较长历时暴雨产生的涝水排放。首先,与防洪不同,城市排涝所排的是流域之内的雨水,而城市防洪则是针对流域之外的客水涌入,主要是防河洪、山洪(包括泥石流)和海洪;其次,与城市排水不同,城市排涝针对的是较大汇流面积上较长历时暴雨,而城市排雨则是解决较小汇流面积上短历时暴雨产生的排水问题。再有,与农田水利排涝不同,城市排涝不允许有淹没,要求涝水不漫溢。而农田水利排涝则注重量的排除,它允许有一定淹没时间和淹没水深。
基于上述理解,排涝规划的任务应是排除城区大面积的地面径流以及市政雨水管网所汇集雨水,它主要是通过采取系统的规划措施,利用内河、排水沟渠和排涝泵站、水闸建设将积水排除,以确保城市在发生标准内降雨时城市涝水不漫溢。
2城市排涝的标准
如何确定城市排涝标准,一直是城市排涝规划工作的重点和难点。特别是随着城市频繁遭受暴雨袭击,道路、地面积水及其引发的许多意想不到的城市问题,已成为困绕城市建设的一大难题。在这种情况下,许多城市都将提高河道排涝标准作为解决城市积水的重要措施,北京、上海、天津、广州等城市的河道排涝标准都已提高到20年一遇,甚至有专家提出,城市防洪标准与排涝标’准应趋于一致。当然,是否有必要将排涝标准与防洪标准一致尚需研究,但是有一点可以肯定,加强对排涝标准的重视力度,适当提高排涝标准应属现代城市发展的必然要求。因为对城市而言,无论是外洪还是内涝,都会产生灾害及损失,只不过内涝更频繁,外洪更严重罢了。
从制度层面来看,新修订的《城市防洪工程设计规范》(送审稿)中增加了城市排涝设计标准,这为城市排涝规划设计提供了参考依据。根据该规范,规划人口430万人的济南市属于特别重要城市,城市等别为一等,其防涝水标准为大于等于20年一遇,这基本上符合济南市发展的要求。这是因为,就地形而言,济南北部为低洼地区,南部为高地势的山区,每逢雨季,南部山区的雨水就会经山洪沟冲下来。加之北部的小清河排涝能力低,仅为5年一遇,这样势必排水不及,造成顶托,使济南北部地区经常承受涝水之淹。可见,对于济南北部地区而言,亟待解决的并非洪水之祸,而是水淹之苦。在这种情况下,若要切实解决济南北部城区的积水问题,势必应适当提高城市河道的排涝标准。因此本文认为,基于济南市的经济发展状况及排涝需求,可考虑应保证95%以上的年份不遭遇洪涝灾害,即将城市河道的排涝标准按照重现期20年一遇较为恰当。
3城市排涝河道流量计算公式的选用
在城市河道治理工作中经常困扰设计人员的一个问题是,河道流量计算选用市政排雨公式还是水利的洪峰流量公式。经实践验证,对于同一重现期,用市政排雨计算的结果往往大于水利计算的结果,而且差距较大。据研究,用城市暴雨l~2年重现期计算的流量等同于水利8"-'30年的重现期计算的流量。究其原因,在于城市排涝和城市排水分属水利和市政两个部门,其行业标准和学科侧重不同:
一是重现期含义不同。市政部门的排雨标准一般较低,重现期为0.5~3年一遇,其选样方法为年多个样法,即每年从各个历时的降雨资料中选择6--一8个最大值,取资料年数3"-'4倍的最大值进行统计分析,该法在小重现期时可以比较真实地反映暴雨的统计规律,而对于高重现期则会偏大。而水利部门的城市排涝重现期一般较长为5"-'20年,其重现期采用年一次选样法,即每年只取一次最大的暴雨资料,这种方法推求高重现期时比较准确,而对于小重现期则会偏小。一些城市如福州的研究人员都对此做过研究,结论为同一场降雨,城市排雨重现期为1,-一5年一遇,而城市排涝的重现期为5,-一20年一遇。
二是水利部门和市政部门推求设计流量所采用的方法不同。尽管两部门推理公式形式完全相同,都源自于公式Q捌、I,F:但由于推导假定条件的不同以及确定公式中参数方法的不同,使得计算结果相差很大,对于同一条件市政部门的计算结果往往大于水利部门的。主要是因为1)市政部门推求公式时。为推求管网最大设计流量,采用极限强度原理,设定降雨历时等于汇流历时,排水区域的最大流量发生在全部汇水面积产生径流时,而对于部分汇流情况则不适用。2)水利部门采用的推理公式研究了全面汇流和部分汇流2种情况下的洪峰流量的计算方法。
可见,市政部门的暴雨强度公式适合于短历时、小重现期、较小区域的城市排水计算,而水利部门的流量公式适合于长历时、大重现期、较大区域的流量计算。在个体适用方面,西安的排涝研究具有借鉴意义。它针对西安市当地的具体气象、地理条件,提出了具体量化的数据:当降雨历时大于90分钟,重现期大于lO年时,采用水利的城市排涝计算公式,当降雨历时小于90分钟,重现期小于10年时,采用市政的城市暴雨计算公式。由于济南市城市排涝河道对应的重现期大于lO年,汇水面积一般较大,降雨历时一般超过90分钟,因此,本文认为,城市排涝河道流量计算采用水利部门的流量计算公式较为适当。
4城市排涝的对策和措施
城市排涝是一项系统工程,它需将防洪、排涝、排水工程有机结合起来,而非仅靠多修几条河道,多建几台泵站强排即能解决。与南方城市排涝以水网调蓄为主,兼有泵排为辅不同,北方城市由于水网缺乏,只能依靠有限的河道资源排放涝水,且暴雨的季节性强,泵的使用效率不高,在泵的使用上比较慎重。因此北方城市排涝难度更大。对济南市而言,其涝灾成因及对策如下:
4.1涝灾的成因分析
济南市在遇到较大雨量的降雨时往往在北部的胶济铁路沿线地带以及小清河沿岸等低洼地区发生涝灾,还有个别地区因为局部地势低,缺少排涝、排水设施而造成积水,民间有“大雨大淹,小雨小淹”的说法,反映出发生涝灾的频繁性。分析其成因主要有以下几点:
1)自然地势
济南市南部为山区,北靠黄河,地势南高北低。城市中上游高差较大,洪水下泄快,而中下游地区坡度平缓,地势低洼,上游洪水易积聚在胶济铁路、小清河沿线等低洼地带,不易排出,从而形成涝灾。
2)排涝排水系统不完善
缺少完善的排涝沟系,城市扩建时未能预留排涝通道同时现状排涝河道断面不足,淤积严重,排水能力低。
3)出口河道水位偏高,造成项托
排涝河道的出口主要是小清河,大雨时由于小清河汇水面积大、流量大、水位高,而其沿岸地势低洼,排涝河道水位低,又没有闸门和泵站等设施,往往受小清河高水位顶托,导致排泄困难,甚至被小清河洪水倒灌导致附近地区积水。
4)城市化带来的影响
在城市建设发展中盲目与水争地,使河道变窄,湖泊变小,导致蓄洪、滞洪面积缩小,泄洪能力和湖泊调节洪水能力降低,而这些与水争地的建设项目往往是涝灾易发区;象小清河两岸原来有许多滞蓄洪水的农田、洼地、池塘,现在绝大多数己被填平盖房,大大减少了滞蓄水量,使得小清河洪水位升高,对支流河道形成顶托,大大影响了城市洪水的下泄。
同时城市建设用地面积不断扩大,使地面硬化率提高,增加了径流系数,从而加大洪水量,导致积水现象严重。据统计济南城区每年的扩张速度为5.--.8平方公里,增加雨水径流量3000万立方米。
4.2排涝对策
根据济南市地势特点,针对现状排涝存在的问题,本文认为,济南市排涝应实行“完善沟系、高水高排、低水低排、自排为主、泵排为辅、蓄水利用”。具体措施为:
1)完善防洪、排涝沟系,提高河道防洪、排涝标准并进行拓宽改造,尤其针对北部低洼地区要理顺排涝系统,以打通排涝通道,使涝水顺利排出。
2)高水高排,采取修建截洪沟,加大收水设施,拆除棚盖等多项措施将高地势雨水排入山洪沟或河道,避免地势高的雨水顺道路排入低洼地区,尽可能减少低洼区的汇水面积,降低积水量。
3)低水低排,为确保低洼地区涝水顺利排出,针对排涝河道的主要出口小清河流量大、水位高的特点,必须重视水位高程衔接,根据外河排涝水位和现状地面标高,确定河道自排或泵排方式;此外各低洼区应结合现状特点有针对性地提出提高地面标高(详见下节竖向规划)或增设泵站等排涝措施。
4)应对超标准涝水的措施:一要尽可能地使洪涝分家。由于济南市的山洪沟及小清河穿城而过,他们既承担排山洪的任务,同时也承担城区排涝的任务,往往造成大洪水时洪涝不分家,从而加重涝灾。当超过排涝标准20年一遇的降雨出现时,涝灾发生了,由于南部山区与城区处于同一雨区,往往同时山洪也爆发,对此,要将山洪水通过山洪沟排入小清河等下游河道,避免漫溢到低洼地区,同时排涝河道在小清河入河口处也要设置防洪闸,以防洪水倒灌,避免加重涝灾。二要建设蓄滞洪区——要注重保护在小清河两岸现有的洼地、池塘,划定美里湖、华山湖及小李家等滞洪区滞蓄雨洪水,以减少受淹范围,还可降低排涝泵站规模。
5)对于解决市区局部地区积水问题的重要措施是完善雨水管道系统,按排雨标准扩大雨水管沟断面,加大雨水收水设施建设,重视雨水设施的管理养护,改善道路行洪、积水的局面。-
5竖向规划——低洼地区排涝的有效措施
合理地提高地面标高是治理低洼易涝地区的一个非常有效的措施,对此应统筹考虑,进行科学地竖向规划,即在现状地形分析基础上,结合防洪排涝水位,确定治理范围内道路的标高、坡度,以及地块的控制标高。目前南方一些排涝规划研究较先进的一些城市,如广州、福州、苏州等都已编制了全市的竖向规划。济南市尽管尚未完成全市的竖向规,也针对重点地区编制了竖向规划,如低洼易涝区的小清河沿岸及西客站地区的竖向规划,以期解决重点地区的易涝问题。
在这项工作中,主要确定了以下原则:
5.1竖向规划中道路标高确定原则
竖向规划的重要目的之一,就是防止发生涝灾,使地面高程满足雨水能自流排放入河的要求。其标准一般与排涝标准一致,为此,城市道路的设计标高应高于内河相应的涝水位,并有一定的安全超高。同时道路标高应低于划定的汇水面积范围内街坊、场地的标高,以利于这些地块的雨水能及时地汇入道路下的雨水管道中。其中确定路段最低控制高程是首先要考虑的,其原则是要保证最低处的水可以顺利排入河道,广州、福州等南方城市计算路段最低控制高程的方法是综合考虑本路段雨水管出水口位置的河道规划涝水位、安全超高值、雨水管到出水口的距离以及管道最小水力坡降,具体推算公式如下:
H=h+L·i%+D
H为道路上某点的最低控制高程;h为本路段雨水管出水口处,河道规划的涝水位;L为该点沿着雨水管走向到出水口的水平距离;i%为水力坡降,取0.001;D为安全超高值,取>0.5米(考虑雨水管最小埋深)。
上述方法是建立在最低点雨水利用雨水管道排入河道中,当超过雨水重现期标准而小于排涝标准时,易导致地面积水的情况发生,不满足排涝要求。笔者认为,为使地面雨水自流入河,道路的最低点应为道路与河道相交处,即桥梁所在位置附近,其桥面标高按照排涝水位超高0.5米,加结构厚度1.0米原则确定。这样该路段的最低点应是排涝水位标高加1.5m左右,然后其余道路标高,按照道路纵坡要求上推即可确定,随之而来的问题就是道路纵坡如何确定。
5.2道路纵坡设计原则
一般道路纵坡结合现状地形坡度确定,对于低洼地区满足规范最小坡度0.003难度往往很大,这是由于这些地区现状地势低洼,满足最小高程要求的道路标高一般比现状标高抬高1米以上,加上地势平坦无坡,如再规划道路坡度,势必使道路整段越来越高,周围地区的填方量相应放大,对于方圆l平方公里的平坦低洼区如果将最低点填方定为1米,考虑平坡时填方量为100万立方米,而考虑最小坡度为0.003后,则填方量最少为350万立方米,即每平方公里增hH3.5倍的填方量,可见道路坡度的取值对于规划的可实施性有很大影响。为此应尽量降低规划道路坡度,以保证路面排水为原则。在一些平坦地区,如苏州等,也有按平坡处理的,完全依靠路下雨水管道排水。
5.3确定地块高程的原则
地块高程最好普遍高于周边道路,最外围高程应比周边最低路段高程高出0.3m以上,其他高程按照地块最小地面排水坡度0.003,在困难地段可降至0.002推算求得。
5.4低于周围道路的已建用地处理原则
对已有大面积建成区的城市来说,无法通过抬高道路和地坪的高程来满足竖向规划标准的提高,解决问题的最佳出路是要制定能降低市区原设计涝水位的高标准的排涝规划和综合整治措施,这就要求竖向规划与治涝规划要经常地互为反馈,互相制约;当无条件降低排涝水位时,可通过改造排水管道,改变出水口位置令其排入涝水位较低的河道等措施排涝;再无它法时,只能选择局部强排的方法。
总之,中国已进入伟大复兴时期,城市建设步伐不断加快,人们对城市应对暴雨积水的要求也在不断提高。在这种情况下,加强城市排涝规划的研究,对于城市规划工作者而言,既是机遇,也是挑战。我们必须抢抓机遇,迎接挑战,这是我们的责任,我们责无旁代。

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作者:于卫红(1968..),女,汉族,山东济南人,硕士,济南市规划设计研究院所长、研究员、注册规划师,从事市政工程规划与设计工作。

 

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城市排涝规划的要点问题探析


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