平原地区城市积水片综合治理对策分析

秦 珺

（天津市城市规划设计研究总院有限公司，天津 300190）

随着极端强降雨天气频发，内涝积水综合治理成为各地“十四五”时期的重中之重[1]。在此背景下，积极着手对城市积水原因进行分析、深入研究内涝积水的治理思路与方法，对开展积水片综合治理规划设计与排水系统运行管理具有重要的指导意义。本文围绕平原地区城市积水原因进行分析，提出综合治理的思路与方法。

1 积水原因

由于地势较为平坦，依靠重力流管网很难顺利将地表径流排入下游水体，大多采用泵站提升方式将地区雨水排入下游河道水体。根据平原地区城市排水系统组成及特点，将积水原因归纳为以下几方面。

1）水文气象。我国华北平原地区地处温带半湿润大陆性季风气候，降雨主要集中在每年的6—9 月，时间分布不均。随着城市硬化、气候变暖、温室效应，加上城市建筑高度、密度等因素阻碍了气流由市区向外移动，延长了降雨时间的同时也增大了降雨强度，从而导致近年来极端强降雨天气频发，降雨规律已发生明显变化，城市降雨逐渐呈现出时空分配不均的特点。

2）竖向高程是影响城市内涝积水的重要因素之一。雨水降落到屋面、地面，形成径流，沿屋顶或道路坡度从高点流向低点，汇入雨落管或雨水井。当下垫面低点没有设置排水设施时，雨水无排水出路，便积存在低洼地区形成积水[2]。因此，地势低洼地区内涝风险较大。

3）下垫面。随着城镇化率不断提高，城市开发前的天然水系、沟渠、绿地、湿地等渗透、滞蓄雨水作用极强的下垫面被不断侵占、硬化，建设成为硬化程度较高的不透水下垫面。不透水地面面积的迅速扩张，使得城市综合径流系数不断提高，雨水径流量大幅增加，径流峰值出现时间明显提前，给市政排水系统增加较大压力。

在城中村或非成片开发地区，常会出现市政基础设施配套建设滞后的问题，导致先开发地块雨水排放无出路，加上开发后下垫面硬化程度大幅提高，雨水径流量的增加无法通过排水系统迅速排除出去，出现强降雨天气的积水淹泡现象。

4）庭院雨水系统。作为建筑与小区等源头地块的排水设施，庭院雨水系统设计标准、施工质量以及运行养管均影响着庭院雨水排放效率。一些老旧小区普遍采用合流制排水系统，即使是分流制系统也经常出现雨污水管混接、错接，庭院管网年久失修、清掏养护不到位等情况，导致庭院管网无法在短时间内迅速将雨水径流排入市政雨水系统，管道满溢而造成污水跑冒。

另外，私搭乱建或停放车辆侵占公共绿地等行为，使得老旧小区雨水滞蓄能力减弱，雨水径流量逐渐增加，从而增加庭院雨水管网和市政雨水管网的排水压力。当汛期遇短历时强降雨天气时，由于庭院管网设计标准偏低、年久失修、运行养护不到位，无法及时排出雨水径流，极易在小区低洼地区形成积水。

5）市政雨水系统。由雨水管渠、泵站等设施构成的市政雨水系统承担着城市排水的重要任务，是保障地区排水安全的重要设施，因此市政雨水系统的设计标准、实施效果、运行维护等各环节都影响着城市的排水能力。市政雨水系统建设标准偏低，管网合流、混接、错接及运行管理等问题，使得市政雨水系统规模无法满足城市排水要求。

6）河道水系。作为市政雨水系统的受纳水体，河道水系流量、水位、堤防高度等因素均影响城市排水安全。河道水系的设计标准需满足防洪、排涝、防潮等多重功能要求。在一些沿海城市，许多重要等级河道既承担着区域防洪任务，又作为城市排涝系统的出路，同时可能会受到潮汐的顶托作用，对河道水系要求较高。

在城市开发初期，河道水系的排涝功能需求不大，加上城区内河道水系兼具景观、通航等功能，对于河道堤岸形式、堤防高度等均提出了亲水性、景观性要求；而当城市开发规模不断扩张，河道水系汇水面积不断增加，排涝压力不断加大时，其堤防高度、断面形式、水位设置等已不满足城市排涝要求，但由于依水而建的老城区道路竖向、雨水系统、景观风貌均已建成，很难有改造空间，汛期河道水系常因堤防高度不足、下游潮位顶托等原因影响市政雨水系统正常开泵，无法迅速将雨水径流排入下游。

2 综合治理对策

结合平原地区排水系统特点及积水原因分析，以问题为导向，提出平原地区城市积水片综合治理方案。

1）首先需对积水片及周边区域进行现状调研，主要包括：水文气象、下垫面、地质条件、竖向高程和排水系统等内容。水文气象调研主要对该区域降雨的时空分布和降雨雨型进行收集与规律性分析；下垫面调研是将现状用地划分为绿地、屋顶、水域和硬地等类型，通过统计透水性较好和较差用地比例，分析现状下垫面雨水滞蓄能力；地质条件主要调研区域土壤类型以及渗透性能，分析现状土壤对雨水的渗透作用；竖向高程调研主要是对现状区域高程与坡度的分析，查找积水片内是否存在地势低洼地区；排水系统调研主要针对庭院雨水系统、市政雨水系统以及河道排涝系统的设施规模、运行状况等进行分析。

2）在现状调研基础上，分析导致内涝积水的主要原因与存在问题：在水文气象方面是否存在降雨时空分布不均，降雨雨型是否呈现短历时高强度降雨特点；下垫面是否呈现硬化程度高、雨水滞蓄能力弱的特点；土壤地质渗透性是否较差，影响雨水自然下渗；区域内是否存在地势低洼地区，或坡度平缓不利于地表径流向下游排放；现状排水系统是否存在设计标准偏低、年久失修、运行养护不到位以及是否存在雨污合流或雨污混接错接等问题。

3）对现状排水系统进行评估与分析。分别针对现行暴雨强度公式下的降雨量和不同设计重现期降雨工况进行排水能力评估与分析；通过对不同降雨工况的模拟，考察雨水管道是否超载、雨水井是否出现积水，对该区域内涝风险进行评估与分析；通过建立二维模型，对积水深度、时间及范围进行模拟，确定区域的高风险、中风险和低风险地区[3]。

4）基于问题分析与现状评估，从微排水系统、小排水系统、大排水系统和超标雨水排放系统不同层级提出积水片合治理措施。针对源头径流排放总量较高的问题，庭院雨水系统可通过设置下凹式绿地、透水铺装、雨水花园、绿色屋顶等低影响开发措施，增强雨水滞蓄能力，降低综合径流系数，减少雨水径流外排总量，削减雨水径流峰值；针对市政雨水系统设计标准偏低、排水能力不足的问题，可对雨水管渠、泵站、调蓄等设施提标改造；针对存在堤顶高程不足、过流能力较小等问题的河道，可因地制宜提出堤防加高加固、扩挖河道断面、新改扩建河道排涝设施等工程措施；针对微排水系统、小排水系统、大排水系统改造难度较大，系统内涝积水风险较高的局部地区和路段，可在易积水地区周边结合公园绿地、坑塘水体、下沉广场等开敞空间设置行泄通道和调蓄空间。

3 案例分析

天津市某积水片面积约为206 hm2，内涝严重，多处点位当日积水超过0.5 m。

3.1 现状调研

3.1.1 竖向高程与洼地

区域高程变化范围较大，大沽高程在1.0～5.0 m，高程在1.5 m 以下的地势低洼地区容易引入周边客水，造成内涝积水；北边界和东边界道路沿线地势较高，高程在2 m 以上；其他地区高程主要集中在1.5～2.0 m 左右。低洼深度超过1 m 的点位主要集中在片区东北部和南部，与积水严重点位完全吻合。见图1。

图1 竖向高程

3.1.2 下垫面

建设密度较大、硬化程度较高，缺少足够的调蓄空间。见图2。

图2 下垫面比例

3.1.3 排水设施

1）庭院雨水设施。大部分小区实现雨污分流，但部分老旧小区存在雨污混接和雨污合流现象。见图3。

图3 现状合流老旧小区分布

2）市政排水设施。雨水经市政雨水管网收集后，向东北经规模为10.0 m3/s的2号雨水泵站提升后排入下游河道。2 号雨水泵站服务面积435 hm2，除包含积水片区外，还收集片区北部和南部地区以及西部地道雨水，目前仅能满足1 a 一遇雨水设计标准，另有3 号雨水泵站出水管和1 号地道泵站出水管接入本系统。见图4。

图4 现状市政排水设施

3.1.4 下游河道水系

东北侧有一条排水河道，兼有排涝、调蓄、景观功能，2 号雨水泵站提升后排入该河道。河道两岸局部地区高程不足3.0 m，出现暴雨时，处于高水位运行状态。见图5。

图5 现状河道两侧堤岸高程

3.2 积水原因分析

1）竖向高程。整体呈西高东低的态势，最低点区域内支路高程普遍低于外围主干道，极易造成大量客水涌入，属于该地区内涝最为严重的积水片区。

2）排水设施。雨水系统标准较低，遇到超标雨水容易造成积水，另有其他雨水泵站出水管接入本系统。

3）河道水系。下游排水河道两岸局部地区高程不足3.0 m，出现暴雨时，处于高水位运行状态。

4）庭院管网。部分老旧小区积水严重是由于排水系统设计标准偏低以及存在合流制管网与混接管网系统，导致庭院小区雨水排放能力不足。

3.3 综合治理对策

3.3.1 微排水系统

对混接、错接的管网进行改造；对现状合流管道进行疏通、清掏后作为污水管道，新建庭院雨水管网并采用截污型雨水口，实现雨污分流；通过小区内道路竖向设计，优化排水径流组织方式；因地制宜设置下凹绿地、雨水花园、生态停车位、雨水桶等低影响开发设施。

3.3.2 小排水系统

对现状雨水系统进行拆分与提标改造。在2号雨水泵站附近新建1座雨水泵站，规模为10 m3/s，负责收集积水片以北地区雨水并配套完善新建泵站进出水管道，减轻现状2 号雨水泵站排水压力；新建1 条3 号雨水泵站出水管，管径为DN 2 000 mm，排入下游河道，缩小现状2 号雨水泵站服务范围；此外，提升1 号地道泵站规模至1.89 m3/s，标准从2 a一遇重现期提高至30 a一遇，降低地道内涝风险。见图6。

图6 市政排水设施改造方案

3.3.3 大排水系统

针对下游河道排水能力及两侧堤岸高程不足等问题提出3 个措施：一是在下游河道末端新建1 座河口泵站，规模为55 m3/s，提升河道排涝能力；二是对河道两侧堤岸实施加高、加固工程；三是拓宽、清淤河道，保持排水畅通。

3.3.4 雨水调蓄系统

远期规划利用现状公园绿地和中学操场增设雨水调蓄池，将周边市政道路和老旧小区雨水径流引入雨水调蓄设施，缓解内涝积水问题的同时，通过在调蓄池内增加物理净化措施，实现径流总量和径流污染的双重控制。

3.4 模型验证

基于SWMM[3～5]将积水片概化为141 个子汇水分区、140个管段和140个节点构成的雨洪模型，最终排入1个末端排放口。

模型选取《天津市海绵城市建设技术导则》暴雨强度公式，针对不同强度2 h 历时降雨分别进行模拟。在3 a 一遇降雨工况下，改造前，大部分地区节点冒水、积水较为严重；改造后，相当一部分区域积水问题得到缓解或解决。见图7。

图7 雨水系统改造前后积水点位

对改造后系统3 条主干管最高水位数据进行分析，管网排水能力大幅提升，积水现象明显缓解，主干管1 和主干管2 均未出现积水现象，主干管3 局部上游管段由于管径偏小出现冒水点，可随道路改造计划逐步改造。见图8和图9。

图8 改造后模型概化主干管位置

图9 系统改造后主干管最高水位纵

4 结语

本文针对平原地区城市排水系统特点和积水原因，提出了积水片综合治理的思路与方法，通过对庭院雨水系统、市政排水系统、排涝系统以及行泄通道不同层级系统的综合施策与提标改造，实现地块源头减排，提升系统排水能力，保障下游水体行泄顺畅，短历时强降雨天气能够顺利排除雨水，降低内涝风险。