城市排水防涝设计合理性探究

城市排水防涝设计合理性探究

黄丽君

湖北省城建设计院股份有限公司，湖北武汉 430000

摘要：从近年来城市出现的内涝来看，虽然极端降雨远超城市雨水系统排水能力是产生内涝灾害的主要原因，但是，内涝灾害的频繁发生也暴露出城市建设和管理方面存在问题。因此，研究城市排水防涝设计合理性具有重要意义。

关键词：城市排水；防涝设计；合理性

1 影响城市内涝灾害的主要因素

城市出现内涝的根本原因是城市雨水系统不能在一定时间内有效排除降雨，从而使得地面积水在时空上超过了一定的限度，影响了市民正常生活。城市内涝问题实际上包括降雨导致地面积水和由于积水形成灾害两个方面。影响地面积水的主要因素包括降雨、自然地理形态、下垫面条件、雨水调蓄能力、雨水排除系统等。积水引发的灾害包括直接灾害和次生灾害，灾害的大小，除受积水严重程度影响外，还与城市对降雨和可能出现内涝的前期准备，对内涝的应急处置抢险救援，社会公众的风险意识避险技能及城市建筑的防涝能力等有关。在这些影响因素中有自然因素，也有社会因素，有工程方面的，也有管理方面的，有的因素是不可控的，如：降雨雨量、降雨历时等，有些虽然可以合理改善，如下垫面条件、雨水调蓄能力、雨水系统排水能力、建筑防涝能力等，但受制于技术和经济条件，只能适度改善有限调控，还有些因素，如：雨前准备工程状况，应急处置抢险救援、公众意识和避险技能等。可以通过采取有效措施最大限度地发挥其正向作用。城市内涝防治是一个复杂的系统工程，需要以系统思维方式统筹，考虑各因素对城市内涝灾害的影响和制约作用分析，其变化调控的可能性和对应策略。结合城市自然地理社会经济条件。充分进行优化比选寻找合理方案实现内涝灾害防治效果最大化。

2 城市防涝系统结构设计体系

2.1 设计思路

为了防止城市内涝，确保城区积水及时排出，对城区积水的处理综合采取以下三种措施：一是当雨量较小时，积水通过渗水路面进行下渗，下渗的雨水在补充地下水的同时，也灌溉了沿线绿植。二是当雨量较大时，无法及时通过下渗，排干城市城区的积水，此时积水专门用预先设置的排水通道进行，通过排水通道，将雨水引入人工池塘或人工水库，将雨水储存起来，备日后再用。三是当发生特大型暴雨时，排水通道和排污管道全部用来排放积水，届时排水管道与污水管道之间的联通阀门便会自动打开，在连通器原理的作用下，双管齐下，提高排水效率。

2.2 结构设计

渗水路面：在本设计中渗水路面是排水的第一道工序，透水路面提高了路面积水的下渗率，从而降低径流量。渗水路面由表层、缓冲层、底层、土壤层组成，自上而下依次布置。接地结构上设置了贯通各层的伸缩接头，伸缩接头内布置透明排水网。伸缩接头的宽度为 15-20mm。在表面层喷涂密封层，提高表面层的内部抗腐蚀能力，增大各层之间的摩擦力，避免各层之间互相滑动，影响排水效果。

各层厚度为：表面层厚度为 30-120mm，由透水混凝土组成；缓冲层厚度为 80-180mm 的粉性土；底层厚度为 150-300mm，由碎石组成。所用碎石，均由砂石打磨烘干后形成。土层用壤土夯实，硬性系数大于 0.93。雨水储存和渗透系统：该部分由小型水库、雨水回收罐、排水管、小口径渗透管道组成。路面雨水净化设施通过第一排水管和雨水回收罐连接，雨水回收罐和小型水库连接。小型水库是通过第二排水管和小口径渗透管道连接。小型水库底部采用高密度密封混凝土，透水能力弱。同时，为保证排水质量，所有接口均采用防水线圈材料进行连接。

人造景观池：在城市防内涝系统的建设中，必须始终将城市视为有机生命体，所以本文将蓄水池改装成人造景观池，赋予传统的蓄水池以美感，增加城市独特的内涵。当人造景观池塘的水位达到某一水平时，其会连接到液面传感器上并立即关闭阀门，此时人造景观池停止集水。

双管排水系统：如果城市遭受特大暴雨，雨水无法及时排出时，雨水管道流量传感器对单位雨量进行计算，并将计算结果传递给防洪枢纽系统。当超过设置的雨量极限时，排水和排污下水道之间的联通阀门将迅速打开，双管齐下，利用连通器原理迅速排水，有效解决城市内涝。

2.3 工作过程

本系统主要从三个方面解决城市防洪排水问题（见图1）：

图1 防内涝排水系统雨水循环路线

首先要采用透水路面。其次，下雨时，可透水路面会立即引导雨水下渗，未及时下渗的雨水将被旁边的排水口收集，流入排水管。如果降水量较低，雨水收集在排水管中。排水管通过放置活性炭等物质，对雨水有一定净化作用，被净化的雨水流经排水沟时，也可直接渗透到地下，对地下水有一定的补充作用。最后，当道路两侧的雨水储量超过排水管中可储存的水量时，排水管的压力传感器被触发，排水管和城市下水道之间的连接阀门将自动打开，雨水被排入下水道，就近流向城市周边的湖泊河流等。如果降雨量仍在持续增加，排水管和雨水回收罐之间的水平传感器将被触发，过剩的水流将通过排水管流入雨水回收罐和小型水库中。排水管和雨水回收罐之间设置了雨水流速传感器，当雨水太多时，排水管和雨水回收罐之间的阀门将自动打开，雨水将通过雨水回收罐流入小型水库。当雨水回收罐管壁压力过高时，相应的压力传感器产生信号，管道阀门自动打开。当小型水库水位达到某一值时，对应的水库水位传感器发出信号，关闭管道阀门。当阀门关闭后，雨水管和下水道管之间的阀门就会打开，雨水通过城市下水道排出，减小城市防涝压力，提高排水效率。

3 本系统设计的合理性

1）当前大部分城市的雨水收集和储存系统不十分完善，如果发生强降雨，一些城市很容易积水，尤其是低洼城市和城市高架桥、立交桥下，雨水无法迅速排出，本文提出的防内涝排水系统，通过设置透水铺装，人工景观池、小型水库集水和排水沟回补地下水等措施，一定程度上改善了城市的内涝现象，同时缓解了部分地区水资源缺乏的困境。2）城市的排水系统相对落后，排水管道数量少、直径小，排水途径单一，这样的排水系统无法应对极端的降雨气候。本系统的排水管道和下水管道的设计采用连通器原理，下水管道在城市发生内涝后，同时扮演排水管道的作用，让城市积水迅速排出。3）城市积水无法排出的另一原因就是排水管容易堵塞，通常情况下，雨水还有杂质，水量太多时，携带的固体不溶物大多依附在排水管道上。同时，由于雨水管道深埋地下，导致雨水管道无法彻底、及时地清理，所以导致城市排水系统极其容易堵塞。在本系统中，双向管道由于连通器的作用原理，雨水不断冲刷管内淤泥，可以减小管道堵塞概率。4）在城市防内涝中，前期的径流模拟与预测是十分重要的内容。本系统设置了中央数据采集和分析系统，为防止城市内涝，做好前期的降雨产流描述，事先从各个方向多角度收集和整理天气信息，并进行数据分析，提前调整排水系统。通过所设置的传感器连接整个排水系统，将信号传输到中央防洪枢纽系统，智能化地操作各个部分的排水设备，并相互配合，快速有效地处理城市积水。

4结语

综上所述，城市排水系统的建设，体现着人类尊重自然与自然和谐相处的美好愿景。在未来的城市建设中，需要保护城市周边天然的湖泊、水塘和湿地，因地制宜，修建湿地公园、植树造林、建设城市生态绿岛等，构建城市自身的水网，提高城市排水防涝设计合理性。

参考文献：

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[2]陈文龙，杨芳，宋利祥，等.高密度城市暴雨洪涝防御对策——郑州“7·20”特大暴雨启示[J].中国水利，2021（15）.166-168.