城市排涝与排水标准衔接的探讨范文

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《给水排水杂志》2014年第六期

1城市排涝与城市排水内涵

城市排涝与城市排水都是确保城市雨水安全排放的重要组成部分，但两者内涵不同。

1.1服务范围及应对对象不同城市排涝对应大排水系统（由内河、蓄滞洪水区、深隧等组成），目标是排除整个城市集水区域内的涝水。在进行城市防洪排涝工程的规划建设时，由于这类工程服务对象是整个城市，受到超标暴雨破坏时，其后果对城市的经济、安全等方面的负面影响较大，难以在短期内恢复，因此，城市排涝工程重点是应对城市超标暴雨，设计标准高。城市排水对应于城市小排水系统（即常规雨水管渠收集排放系统），目标是排除雨水管渠汇水范围内的雨水。在进行城市排水工程的规划建设时，由于这类工程服务对象仅是雨水管渠服务范围内的城市地块，受到超标暴雨破坏后所造成的损失及影响范围都较小，一旦地面积水消退，即能较快恢复，且超过排水能力的雨水可通过道路径流、雨水调蓄池和滞洪区等设施来调蓄排放。因此，排水工程主要解决城市常规降雨问题，设计标准较排涝标准低。

1.2选样方法不同城市排涝标准采用“年最大值法”确定重现期，即假设有N年原始资料，在选取特征雨量作为统计系列时，每年选一个最大的雨量，得出N个雨量组成一个样本。虽然新版《室外排水设计规范》（GB50014—2006，2014年版）规定具有20年以上雨量记录的地区，应采用“年最大值法”，说明今后的趋势是向“年最大值法”统一，但目前大部分城市仍采用“年多个样法”确定重现期，即先在每年资料中选出n0个雨量，共得N•n0个资料，然后再从这N•n0个资料中采用超定值法选出S个雨量组成样本，S＝N•a，其中1＜a＜n0。在不同的选样方法下，对于同一暴雨强度，年多个样法样本排序的次序必然大于或等于年最大值法排序的次序，而同一暴雨强度对应的重现期仅与排序有关，所以同一暴雨强度前者推算出来的频率通常大于或等于通过后者推算的频率，即前者的重现期通常小于或等于后者。

2城市排涝标准与排水标准的既有研究

目前国内针对城市排涝标准和城市排水标准衔接问题的研究不多，已有研究成果主要侧重于两个标准之间如何“相当”的研究，即1年一遇城市排水标准相当于多少年一遇的城市排涝标准，研究方法主要分以下两类。

2.1数理统计法邓培德的研究中指出：年最大值法可用耿贝尔分布表示，非年最大值法可用指数分布表示，在此种概率分布条件，非年最大值法重现期（TE）与年最大值重现期（TM）两者的关系为：胡斌的研究采用数理统计法证明，对于N年降雨资料而言，同一暴雨强度在容量为N•a的样本中（年多个样法），其累计频率为PE，则年频率为P＝aPE；而在容量为N的样本（年最大值法）中，其出现一次的累计概率同样为PE，则每次不出现的概率为1－PE，根据概率相乘定理，每年都不出现的概率为（1－PE）a，一年至少发生一次的概率为1－（1－PE）a。随着次频率的增大，年多个样法和年最大值法两个年频率之间的差别就越大，见式（2）、式（3）即重现期越大（频率越小），两个年频率越接近；重现期越小，两个年频率则接近于倍数a，研究结果指出：对要求不高的工程，重现期可由1～a倍来推算。

2.2涝水量计算法文献［3］选用集水面积2．94km2的片区，分别采用水利部门的推理公式法与城建部门排水流量公式法，计算该片区的涝水流量，从二者涝水量大小的对比关系中大致得到排涝标准与排水标准的衔接关系，见表2。

2.3小结以上研究成果从理论计算层面上对城市排涝标准与排水标准进行重现期数值上的“相当”研究，对城市排水防涝工程的规划建设具有一定指导意义，但学者们认为在以下几方面需做进一步的研究：（1）数理统计法：当年最大值法不采用耿贝尔分布或非年最大值法不采用指数分布表示时，如何确定两种重现期之间的转换关系。（2）涝水量计算法：如何提高单个片区的涝水量计算结果的代表性，使其重现期对应关系可推广应用到普遍范围内；当城市化开发建设程度高时，如何选取水文推理公式中的参数，以便与排水公式相衔接。

3城市排涝标准与排水标准的衔接研究

由于城市不同区域的排水特性和下垫面特性差异性大，且排涝标准与排水标准的服务范围及应对对象不同，既有的研究成果表明排水标准与排涝标准做到理论上的数值“相当”很困难。此外，由于既有的研究成果未充分考虑排涝系统中的内河水位与排水系统中的管网出流能力互为边界条件这一物理情况，因此城市排涝标准与排水标准应在“相当”研究的基础上，从上述物理机制上进行两者之间的衔接与匹配研究，便于确定使排涝系统和排水系统相互匹配的规划方案，实现城市排涝标准与排水标准的有效衔接。

3.1模型统一评估法由于城市排涝与排水系统均以通过有效处置城市降雨径流来提高城市雨水排放安全性为建设目标，同时考虑到《城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲》（建城［2013］98号）推荐采用耦合雨水管网和内河等相关因素的水动力模型进行上述两个系统的规划设计，因此笔者建议采用模型统一评估法解决城市排涝标准与排水标准衔接的问题。城市开发强度大的区域其主要特点是城市排涝系统和排水管网系统的布局和规模已成定局。即：一方面受城市用地限制，城市内河无法无限制拓宽；另一方面受城市交通、环境等限制，已建成但设计标准较低的排水管网系统难以重新敷设。城市开发强度低或待开发的区域的主要特点是城市排涝系统和排水管网系统尚处于规划、建设阶段，其布局和规模未形成定局。因此，城市开发强度大的区域首先需对现状排水能力进行评估，根据评估结果，采用其他相应策略实现城市排水安全，最终达到衔接目标；开发强度低或待开发的区域首先根据传统计算方法形成规划方案，再对规划方案进行评估与校核，然后基于评估结果，调整规划方案或采用其他相应策略，实现城市排水安全，最终达到衔接目标。模型统一评估法进行衔接的总体框架见图1。

3.2水位衔接法模型统一评估法的精确度较高，是一种最接近于城市排水实际状况的方法，但对基础资料、模型建等方面的要求较高，因此所需的时间较长。当需要在较短时间内初步实现两者的衔接时，可从内河水位和管网出水口水位上进行衔接，即水位衔接法。城区雨水管道一般就近排入内河，因此城市雨水管网的排水能力受内河水位的影响。对于给定的雨水管网，管网的长度和坡降一定，管网的排水能力主要取决于管道的水力坡降（i）。当内河水位低于管道出口时，管道排水为自由出流，管道的水力坡降与管道坡降保持一致，排水能力不受内河水位顶托影响；当内河水位高于管道出口时，管道排水为淹没出流，此时管道的水力坡降将逐渐小于管道坡降，排水能力受内河水位顶托影响亦随之逐步降低，且淹没深度越高排水能力越低。由此可见，当城市排涝标准提高时，若能维持内河最高水位不变或降低，城市管网的排水能力将维持不变或得到提高。基于上述原理，水位衔接法以内河与管网出水口处可承受的最高水位（记为临界水位）为排涝系统和排水系统的共同边界与条件，排水系统和排涝系统以此边界条件分别进行规划设计，以实现两个系统标准的合理衔接，共同形成城市排水防涝工程体系。

4结论与建议

4.1结论城市排涝标准与排水标准的衔接是城市排水防涝规划编制工作有效开展的重要基础研究和技术关键。本研究得到的结论主要为：（1）排涝标准与排水标准“相当”的研究已无法适应当前城市排水防涝高标准的现实需求，应着重研究两者之间的匹配与衔接。（2）模型统一评估法和水位衔接法可从物理机制上确定使排涝系统与排水系统相互匹配的规划方案，实现城市排涝标准和城市排水标准的衔接。

4.2建议（1）应在对城市排水系统排水能力评估的基础上对内河最高水位提出具体要求。城市排涝标准无论取多少，若能保证内河最高水位不变，则雨水管网的排水能力将不受其影响。因此，建议应对城市排水系统进行排水能力评估，根据城市实际的排水能力对内河最高水位提出具体要求。（2）新建雨水系统排水标准的选取应有适当的超前意识但不应盲目提高。考虑到排水标准的提高，需开挖道路对已建的雨水管网进行改建，代价很高，因此在新建雨水系统排水标准的选取时，应有超前意识，可适当提高排水标准。但城市排涝标准和城市排水标准的衔接与匹配不能通过一味地提高排水标准来实现，更应从两者共同解决目标出发，进行系统性的衔接与匹配。（3）深化模型统一评估法的相关研究。模型统一评估法从城市雨水问题的解决总目标出发，利用产汇流模型和管网内河耦合模型对排涝标准和城市排水标准进行衔接，是一种较先进的理念与方法，但在基础资料和建模技术等方面的要求较高，建议在后续研究中进一步深化。

作者：高学珑单位：福州市规划设计研究院