有则改之：都市排水体系的困局与重构
2021-7-23 12:37|
发布者: wdb|
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摘要: 有则改之：都市排水体系的困局与重构，更多关于国内政策关注我们。
本文系科技部“十三五”要点研发计划名目课题“都市低作用排水(雨水)体系与河湖联控防洪抗涝平安保证要害技艺”(2016YFC0802507)相干效果。刊载于《都市规划》杂志2019年第8期。1 引言近年来，好多都市都接踵遭遇公路积水和内涝灾害的作用，社会各界包括业内人员都把内涝的最重要的原因归咎于现存都市排水体系，以为现状雨水管网建造准则低是形成都市排水难题的罪魁祸首，并因此掀起都市排水工程设置准则修订和雨水管网提标改装的序幕。通过屡次修订和调度，雨水管网设置准则较从前有了显著的提升。全无疑问，准则提升在必定水平上提高了雨水管网的排水能力，但付出的代价是排水工程建造范围和投资明显增添，同一时间，大家最关注的公路积水和内涝难题依旧无获得解决。笔者以为，这类困局显露的最重要的原因是排水体系不改善、超范畴利用现存雨量计算方法(即暴雨强度公式法)导致排水管网建造准则与释放能力不配合，从而惨重作用排水体系的全体排水能力。因而把当前都市排水难题十足归咎于现存排水工程建造准则低是片面的，不客观的。经过对都市现存雨水管网实质建造水准的剖析，联合近年来体制的都市排水防涝规划特色和实行成果，为从基本上解决都市排水难题，同一时间提升排水工程的投资效能，起首要充分理解现存雨量计算方法的特色，从全个排水体系出发，衔接好上下游排水管网设置准则与排水能力之中的关连；其次调度确定排水工程建造准则的要害要素，合乎道理配置体系内排水管网的建造准则，确保排水体系的全体释放能力能满足设置准则的请求。2 设置重现期的调度历程随着都市人数和财富的高度集聚，都市功效的日趋改善，经济实力的提高以及对排水平安请求的提升，都市排水工程的建造准则也在一步步提升。特别是最近几年，修订排水工程规范、不停提升管网设置准则已成为应对都市排水难题的最重要的举措。以《室外排水设置规范》(之下简单称呼《规范》)为例，该《规范》发展了屡次修改或局部修订，出台的版本最重要的有：《室外排水设置规范》(TJ14-74)，《室外排水设置规范》(GBJ14-87)以及1997年版的《室外排水设置规范》(GBJ14-87)。映入本世纪以来，又先后发展了4次修改或局部修订，出台了《室外排水设置规范》(GB50014-2006)以及2011年版、2014年版和2016年版《室外排水设置规范》(GB50014-2006)。伴随着设置规范的屡次修订，雨水管网的设置准则也在不停提升。在1974年版《规范》中，排水管网重现期采用范畴通常为0.33-2.0年；在1987年版《规范》中，重现期的下限值和上限值较上版均有所提升，重现期采用范畴为0.5-3年；2006版《规范》根本保持1987版划定的设置重现期，即重现期通常采纳0.5-3年。2011年版《规范》对排水管网的设置准则调度较大，撤消了0.5年的下限值，将通常地域的重现期调度为1-3年，同一时间对雨水管网的降雨历时计算也给出了调度提议，提议在经济要求较好、平安性请求较高的地域排水管网的折减系数取１。2014年版《规范》对雨水管网设置重现期再一次发展了调度，中庸都市和小都市设置重现期调度为2-3年，大都市为2-5年，超大都市和特大都市为3-5年，而且请求下降降雨历时计算公式中的折减系数悉数取1，这差不多于又变相提升了排水管网的设置准则。经过对建造准则的屡次调度，日前我们国家都市尤其是大都市雨水管网的建造准则已十分挨近欧美都市的建造准则。3 排水体系最重要的难题辩别3.1 排水工程规划建造缺乏体系性在排水工程范畴存留重局部排水管网设置、轻体系排水规划建立的景象。最重要的表现在雨水管网与其它排水设备之中、上游与下游之中缺乏有用衔接；其次都市排水工程规划的体制常常只考量本轮规划期和规划范畴的进行要求，无从长远进行和流域协调的方位规划建造都市的排水体系，从而作用到排水工程的体系性和全体性，在不同水平上作用到排水体系的全体排水功效。基于现存排水管网没有办法有用解决都市的排水难题，少许学者提议在都市里面再新建一套应对内涝的排水体系，即把都市排水体系人为划分为雨水管网和内涝防治两个部分。这类把都市排水和内涝防治分而治之的做法，在实行进程中存留相当大的风险和不确定性，有可能形成排水工程投资大幅度增添、而内涝难题依旧得不到解决的尴尬局势。3.2 对雨量计算方法特征和运用范畴缺乏剖析探讨当前，我们国家还无制订出符合我们国家国情的雨量计算方法，一直运用鉴于苏联时期的雨量计算方法(即暴雨强度公式法)来指导都市雨水工程的设置与建造，而且不重视对该雨量计算方法根本特征和运用范畴的剖析探讨。以排水体系汇水面积为例，该方法仅适用于汇水范畴较小雨水管道的工程设置。源于无更没有问题雨量计算方法加以替代，实是上暴雨强度公式法的运用范畴曾经十分宽泛，差不多无全部限定。不管是汇水面积为1hm2的小区，仍是多达数平方千米的雨水体系全在采纳相同的雨量计算方法，非常不妥。超范畴利用暴雨强度公式法曾经给我们国家都市现存排水体系形成相当大的不利作用。按此方法建立的排水体系，上游雨水支管释放能力很强，而下游雨水干管排水能力相对不足，此中最具代表性的便是“大管接小管”景象。关于少许坡度较小且汇水面积较大的排水体系，利用暴雨强度公式法计算下游干管设置流量时，雨水管设置流量非是随汇水面积的增添而增添，反却是随汇水面积的增添而减小，其计算结果是上游雨水管段设置流量大于下游雨水管段设置流量，若按计算设置流量干脆选取雨水管管径，就会显露上游雨水管管径大于下游雨水管管径的概况。全无疑问，这点管段将成为全个排水体系的阻碍的概况，管段所在地域在汛期极易产生公路积水或内涝。笔者经过剖析探讨若干都市内涝点与排水体系的关连，也进一步证实了这一结论。3.3 准则选取无表现排水体系的当然属性日前在确定排水工程建造准则时存留本末倒置的景象。准则选取忽视了排水体系的当然属性，如汇水面积、设备范围、作用水平等要素，却把排水设备所在地域的用地性质、建(构)筑物要紧水平、公路级别等外部要素作为选取设置重现期的要紧要求。在许多版本《室外排水设置规范》中，唯有1974年版《规范》在确定排水设备设置重现期时考量了汇水面积这一要素，其它版本规范全没有把“汇水面积”作为选取重现期尺寸的要紧要求。依照现存规划设置规范的划定，不论是汇水面积1hm2的雨水支管，仍是汇水面积多达几百公顷的雨水主干管，选取的设置准则可能是一样的，甚而可能显露汇水面积小的雨水管却选取了较高设置准则的景象。依照现存雨量计算方法，雨水管对应的暴雨强度与其效劳的汇水面积呈反比关连，即汇水面积越小，雨水管对应的暴雨强度越大；反之汇水面积越大，雨水管对应的暴雨强度越小。加上现存规范在选取雨水管网设置准则时又疏忽了汇水面积这一要害要素，形成体系上下游雨水管网排水能力相差悬殊，详细体现在上游雨水支管管径普及偏大，排水能力很强，管网建造的高投入；而下游雨水干管管径偏小，排水能力惨重不足，成为制约全个排水体系的薄弱步骤和阻碍。3.4 无充分考量准则调度对工程投资的作用设置准则选定关于排水工程规划建造起着十分要紧的效用，它打算着都市排水体系的平安，作用到排水工程的建造范围与投资。在确定新建雨水管网设置准则时，不仅要满足相干规范请求，更要考量现状排水管网的实质建造水准；不但技艺上可以，在经济上也必需合乎道理。长久以来，我们国家很少考量设置准则调度对排水工程投资的作用。少许学者经常拿强盛国度都市的排水设置准则和我们国家发展对照，以重申提升我们国家都市排水工程建造准则的必需性。但令人担心的是，它们很少考量我们国家的详细国情、降雨特征和本地政府的经济承担能力。以伦敦、巴黎和北京为例，尽管这3个都市年降雨量相比挨近，但都市间的气候要求差异却相当大，降雨特色也显著不同。伦敦和巴黎隶属温带海洋性气候，都市年内降雨较为匀称，暴雨很少，即便采纳较高的设置准则还不会显著增添排水工程的范围。而北京隶属温带季风性气候，年内降雨量极不均衡，85%的降雨聚集在汛期6-9月份，假如北京采用和上述两个都市同样的设置准则，排水工程的建造范围和投资将远远超出这点都市。一朝我们国家全部都市都参照海外都市的设置准则，将形成雨水管网和其它排水设备在年内多数时间处于闲置和低效状况，并给都市进行带来沉重的财政压力。经过对近年来体制的都市排水防涝规划发展剖析，也认证出设置准则调度对工程投资的作用十分大。以北方某都市为例，依据对建成区现状雨水管(D400～D3000)发展统算剖析，小于和等于D1000的雨水管占到雨水管道总长度的73%，大于D1000雨水管道占27%，此中管径大于D1500的雨水干管只占8%。当运用修订后的暴雨强度公式、采纳规范确定的设置重现期计算规划建成区雨水管网时，排水管管径组成与现状比较产生了明显的浮动。在规划新建的雨水管中(不包括差不多数量的箱涵)，管径小于和等于D1000的雨水管占比仅为11.8%，管径大于D1000的雨水管则占到88.2%，此中管径大于D1500管道占比上升到38%(图1～图3)。图1现状雨水管和规划雨水管管径组成对照 图2现状雨水管管径组成 图3规划雨水管管径组成 因此可视，全体提升排水体系设置准则将让得包括雨水支管、干管以及其它排水设备范围的普及增添。和现状管比较，规划雨水管管径平均增添了3～4个大小单位(每个大小单位为100毫米)，经初步测算，规划管网单位长度造价比现状管网增添约67%。源于都市雨水管网和排水设备量大面广，增添的投资范围非常可观，假如扩展到全中国层次，增添的投资额度可能是万亿元量级的。然则，与增添巨额投资造成鲜明对照的是，按新的设置准则建造的都市排水体系其排水能力却无获得显著的提升。尤其是关于汇水范畴较大的排水体系，上下游雨水管排水能力相差依旧相当大，“大管接小管”景象还可能显露，在遭遇长历时降雨时下游雨水干管所在地域依然面对较高的内涝风险。3.5 缺乏清楚的内涝定义和适用范畴日前我们国家还缺乏相比清楚的都市内涝定义和严谨的都市内涝防治准则。在2011年版《规范》中初次提议了反应排水体系排除地面积水能力的设置重现期，划定重现期通常采纳3-5年，要紧干道、要紧地域或短时间积水即能引起惨重后果的地域应采纳5-10年，特别要紧地域可采纳50年或以上。而在2014年版《规范》中，则把反应排除地面积水能力的设置重现期改成内涝防治准则，同一时间模糊了内涝准则的适用范畴，把防涝范畴由局部要点地域扩展到全个都市，即不管是体系上游仍是下游、通常地域仍是要点地域悉数执行统一个内涝设防准则。请求中小都市设置重现期要达到20-30年，大都市达到30-50年，超大都市和特大都市达到50-100年。源于内涝防治准则与惯例雨水管网设置准则相差相当大且两者之中缺乏关联性，加上规范无提议满足内涝防治请求的建造性举措和实行门径，导致设置者在详细制订内涝防治对策时没有所适从，不晓得该采用甚么伎俩才能使全个都市达到如许高的内涝设防准则。4 都市排水体系重构4.1 合乎道理确定排水体系建造准则为提升排水工程投资效益，提高排水体系全体排水能力，须要制订与都市排水请求相适应、并能体系指导排水工程建造的准则。若接着运用现存雨量计算方法，在确定排水体系内雨水管网建造准则时，应把能表现排水体系当然特征的汇水面积作为确定设置重现期高低的最重要的要素。为这，排水体系内上下游设置重现期非是固定不变的，应随汇水面积的增添呈有序增添的态势。关于汇水面积相当大的排水体系，上下游雨水管网设置重现期浮动幅度也会相当大，可能由1年或不到1年持续提升到5年、10年、20年甚而更高，终归与河湖水系等受纳水体的设防准则相衔接。为合乎道理确定排水体系上下游雨水管道的设置准则，须要剖析探讨汇水面积浮动对雨水管暴雨强度即排水能力的作用，并联合排水体系地形特色、体系形状、主干管安排形式等要素，寻到制订排水体系雨水管网设置重现期与汇水面积的对应关连。4.2 合乎道理界定暴雨强度公式适用范畴为幸免超范畴利用暴雨强度公式法给排水体系形成的不利作用，须要界定该方法的适用范畴(降雨历时或汇水面积)。当设置重现期确定后，为使计算雨量相对合乎道理，选取的管径在能满足设置准则前提下，又不形成工程投资的惨重浪费，就须要依据排水体系的实质概况，界定出暴雨强度公式法的合乎道理利用范畴。以汇水面积目标为例，为满足上述请求，雨水管道汇水面积就不行很大，不然会显露雨水管道排水能力不行满足设置准则的概况，甚而显露“大管接小管”景象。同一时间雨水管汇水面积又不行太小，不然会显露雨水管排水能力过强、管径很大，形成工程投资浪费。当汇水面积高于暴雨强度公式法界定范畴时，就须要经过采用增减相应管道设置重现期、改良调度体系汇水面积等举措使管道排水能力与设置准则尽可能相配合。4.3 改良配置排水体系设置准则都市排水体系准则其实不是越高越好，高准则意指着建设和维护本钱高，形成不必需的浪费。设置准则选取须要在排水平安、工程投资、运营维护之中寻觅一种适合的平衡点。应在适合经济合乎道理，平安适用的要求下，合乎道理确定排水体系中不同设备的设置准则。若排水设备准则配置合乎道理、应对举措得当，局限的投资就能很好解决都市排水难题。联合排水体系特色，并联合汇水面积与暴雨强度之中的相互关连，为保证排水体系的全体排水能力，幸免不必需的投资浪费，提议对排水体系设置准则发展适当的调度。(1) 下降上游雨水支管的设置重现期。日前规范确定的设置重现期关于排水体系中的雨水支管来讲显著偏高，导致管道排水能力过强和工程投资的浪费。从经济合乎道理和排水平安方位考量，提议把雨水支管的设置重现期下降到1年，对排水要求相比没有问题地域可降到0.5年。源于雨水支管数量在排水体系中所占很高的比重，准则下降可行节省大批的工程投资。(2) 合乎道理抉择中游排水设备的设置准则。随着排水体系汇水面积的增添，有序提升中游排水设备的设置重现期，发挥其在排水体系承上启下的效用，使排水管道的排水能力真实满足实质的排水要求。(3) 大幅提升下游排水干管和其它排水设备的设置准则。提升下游排水设备准则可缓和现存雨量计算方法对体系排水能力形成的不利作用，能显著提高全个排水体系的排水能力，有益于从基本上解决都市面对的排水难题。加上下游排水干管长度在全个排水体系中占有比重很小，设置准则的提高对全个排水体系的工程量和投资范围作用相对较小。4.4 因地制宜，突出要点关于现状建成区，要幸免对既有排水管网发展大范围的提标扩建。应依据现状排水体系存留难题及其成因，制订相应的体系改进举措，改装的要点应放到排水体系的薄弱步骤、要紧节点和下游排水设备方面。关于汇水面积过大的排水体系，可经过扩建或新建排水主干管、调度排水分区、缩减排水体系汇水面积等分散举措，减少原有雨水干管的排水负担。经过对这点局部排水设备发展提标改装，并协助增设强排和雨水调蓄设备等举措，可行用不多的资金、在较短的时间内提高既有排水体系的排水能力。关于规划建成区，除合乎道理配置好上下游雨水管网设置准则外，排水工程建造要充分考量体系性请求。源于都市排水工程建造是一种漫长的进程，工程量大、投资高、建造周期长，为建立改善的都市排水体系，除要衔接好排水体系内不同步骤、不同排水设备、管道与河道、内河与外河之中的关连外，还必需妥善料理好排水现状、近期建造、远期规划以及远景进行的关连，合乎道理布置好建造时序，以保持排水工程的延续性和体系性。水是不可紧缩的，其形状可行任意改变，但空间而是恒定的。为保证都市排水平安，要协调好都市规划建造与排水工程建造的关连，应联合规划用地布置，水系分布、绿地体系、场所竖向等要素规定排水分区，合乎道理布置雨水管网和释放渠道；同一时间增强对河道、湖泊、湿地、沟塘等受纳水体的庇护和应用，在都市里面为雨水预留充足的释放和调蓄体积。5 结论雨量计算方法和规划设置理念能否科学合乎道理，不但作用到都市排水平安，也作用到排水工程的建造范围和投资效益。应尽快制订出符合我们国家国情的雨量计算方法，以科学指导都市排水工程的规划、设置与建造。充分理解现存雨量计算方法的特色与有限性，界定出该方法的合乎道理利用范畴，幸免超范畴利用对都市排水体系形成不利作用。周全提高排水体系设置准则其实不能彻底解决都市面对的排水难题，反而会大幅度增添排水工程的投资范围。应联合排水体系的根本特征和现存雨水计算方法的特色，合乎道理配置排水体系不同设备的建造准则，经过降标与提标相联合，使排水体系全体释放能力真实能满足设置准则请求。慎重抉择现状建成区雨水管网的改装举措，应依据现状排水体系的实质概况、存留难题及其成因，制订出针对性的改装方案和对策。（作者郝天文系华夏都市规划设置探讨院西部分院总工程师，教授级顶级工程师，华夏都市规划学会工程规划学术委员会委员；孔彦鸿系华夏都市规划设置探讨院副总工程师，教授级顶级工程师） |
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