《天津市中心城区排水防涝综合规划》编制要点解析

李 波，孙 杰，韩振勇，付小琳

（天津城建设计院有限公司，天津市 300122）

《天津市中心城区排水防涝综合规划》编制要点解析

李 波，孙 杰，韩振勇，付小琳

（天津城建设计院有限公司，天津市 300122）

根据天津市降雨特点对下垫面进行解析，结合城区土地利用性质，借鉴其他地区经验，从排水防涝现状、排水防涝能力与内涝风险评估、规划标准、城市防涝系统方案、雨水径流污染控制及资源化利用、排水管网系统规划、内河水系综合治理、管理规划等方面进行阐述，提出相应的治理措施。

排水防涝；风险评估；降雨规律；规划标准；径流控制；径流污染；综合治理

0　引言

天津市地处太平洋西岸渤海湾边，是我国中央直辖市之一。近年来全球气候变化引发的城市热岛效应使得短历时降雨的次数越来越多，城市暴雨引发的洪涝灾害频发，也暴露出城区排水仍存在薄弱环节，城市内涝问题亟待解决。为提高城市防灾减灾能力，按照住建部《城市排水（雨水）防涝综合规划大纲》［1］要求，在天津市水务局的组织领导下编制了《天津市中心城区排水防涝综合规划》。

本次规划编制范围为天津市中心城区及北部新区，四至范围为：东至外环线东北部调整线，西南至外环北路，北至永定新河。本次规划中将其统一称为“天津市中心城区”。该规划对天津市中心城区排水防涝现状、排水防涝能力与内涝风险评估、规划标准、城市防涝系统方案、雨水径流污染控制及资源化利用、排水管网系统规划、内河水系综合治理、管理规划等方面都做出详细规划，为天津市排水防涝工程的建设和管理提供依据，同时也为今后天津市相关规划编制提供借鉴和参考。

1　排涝现状及问题分析

排涝现状分析是为了摸清现状排水设施存在的问题及隐藏的风险，为制定合理的防涝措施提供详细的数据。

天津市现状中心城区雨水干管长约1 338 km，在284 km2建成区范围内，管网服务面积227.32 km2，普及率80.4%。

中心城区承担流域防洪功能的一级河道共有4条，分别为海河、永定新河、子牙河和北运河，河道总长约42.7 km。中心城区共有二级河道21条，河道总长191.3 km。

近年来天津市中心城区多次发生内涝事件，导致内涝的原因主要有以下几点：一是排水设施问题。大部分区域为1 a一遇，排水设计标准低，同时还存在部分合流制区域。二是积水片未改造完成。截止目前，中心城区还有39处积水地区。三是排水河道下游不畅。

2　城市排水能力与内涝风险评估

内涝风险评估是编制本规划的基础，风险评估的目的是全面准确地了解城市防内涝体系的现状及可能造成的危害，有效识别风险源及内涝分布区域，可为防内涝体系的方案设计提供科学依据。

2.1降雨规律分析

天津市目前采用的暴雨强度公式统计数据为1945～1981年的统计数据，由于当时的技术以及资料年限的问题，导致精度难以保证，已不能很好地反映近年来的降雨规律。此次规划对天津市暴雨强度公式进行修编。

结合天津市地形特征，参考流域分区及暴雨特点，以区级行政区作为划分基础单元，将天津市分为4个暴雨分区，分别采用耳闸、海河闸、九王庄和于桥水库 4个典型雨量站 1974～2012年共计39年的降雨资料，给出的暴雨强度公式的选样方法为年最大值法。

结合天津市地形特征，通过对全市典型降雨量分布特征的研究，表明滨海新区、中心城区、北部山区及平原区降雨量等值线均不同，因此，将天津市划分为Ⅰ区、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区4个暴雨分区（见图1）。考虑实际应用的可操作性，每个暴雨分区以区级行政区作为基础划分单元，对于跨暴雨分区的区镇，以区政府所在地的具体位置确定所属暴雨分区。以区级行政区作为划分基础单元［2］。

图1　天津市暴雨分区示意图

将各历时暴雨强度极值分别按从大到小的次序排序，进行经验频率计算。采用皮尔逊-Ⅲ型目估适线法进行各历时降水的概率分布拟合，暴雨强度公式推求分别采用了加速遗传法、优选回归法、麦夸尔特法。分别推出天津I区、II区、III区、IV区误差最小的公式。

第I区设计暴雨强度应按公式:

修编后的暴雨强度公式能够更加准确地反应出降雨变化规律，为本次规划的编制奠定了理论基础，同时也为今后天津市相关规划编制提供借鉴和参考。

本次规划中，同时做出了60 m i n、120 m i n、180 m i n、24 h的雨型分配比例对应的雨峰发生位置，推求出设计雨型分配表与雨型分配示意图，分别适用于各区60 m i n、120 m i n、180 m i n、24 h以内不同时间段的雨型推求，为模型法在全市域的应用奠定了基础。

2.2天津市下垫面解析

下垫面（underl yi ng surf ace）是指与大气下层直接接触的地球表面。它包括地形、地质、土壤和植被等，是影响气候的重要因素之一［3］。

天津市下垫面主要包括水体、草地、树林、裸土、道路、广场和屋顶等几类。借助遥感卫星图像、天津市地形图及GIS技术等对天津市中心城区下垫面进行了解析，测算出不同种类下垫面的面积，对汇水面积的综合径流系数按地面种类进行加权平均计算，现阶段，天津市中心城区排水整体径流系数在0.47～0.57之间。

2.3天津市现状排水防涝系统能力评估

天津市雨水管网普及率虽然较高，但是雨水管网重现期标准不一，且普遍偏低，暴雨重现期均按 1 a设计并实施，而且泵站标准偏低，达标率不高。

对天津市中心城区典型片区现状排水能力采用模型进行评估，并结合历年统计资料及工程设计情况，经推理公式核算出天津市总体排水能力为：排水能力小于1 a一遇的雨水干管 202.2 km，排水能力1～2 a一遇的管网1 145.8 km。

2.4内涝风险评估与区划

鉴于天津市目前既没有长时间序列的历史内涝资料，也缺乏完整的区域地理信息资料，排水资料完整性和精度也不够，因此，本规划只能在现有的条件下，采用指标体系评估法，对天津市中心城区内涝风险做一个粗略的评估。

指标体系评估法包括风险因子识别、确定因子风险指数、风险计算和风险结果四部分。内涝灾害风险因子主要包括危险性影响因子、暴露性影响因子和脆弱性影响因子［4］。危险性影响因子主要有9项：积水时间、积水深度、地形、历史降雨、地面坡度、地面高程、地面渗透性、水系、排水系统；暴露性影响因子主要有2项：人口密度、经济状况；脆弱性影响因子主要有 4项：防灾意识、应急救灾能力、防灾抗灾能力、医疗救护能力。

根据现有天津市中心城区的调研资料，本规划筛选和归纳出8个主要风险评估因子（积水时间、积水深度、地面高程、径流系数、排水系统、人口密度、经济状况、防灾抗灾能力），并参照其他项目经验，确定各评价因子的权重；同时按各风险因子可能产生的灾害风险大小，确定各因子的风险指数；最后将风险评估范围划分成单元格，再根据确定的风险因素、风险指数及权重，计算风险评估范围的综合风险指数，进行天津市的风险区划。

3　规划标准

防涝标准是今后城市防内涝体系的目标，是城市防内涝方案体系设计的基础依据。

天津市属于中央直辖市，天津市中心城区内涝防治标准按有效应对不低于50 a一遇的暴雨考虑。按《室外排水设计规范》（2014版）［5］要求，集水时间采用10 m i n，取消折减系数，径流系数按规范有关数据取值。雨水管渠计算中暴雨重现期取值为：一类地区采用5 a一遇标准；二类地区采用3 a一遇标准；地道和立交桥用10 a一遇标准。

4　天津市防内涝系统方案

根据内涝风险评估及确定的规划标准，采用低影响开发（LID）理念对城市防内涝系统进行规划方案设计，使城市防洪体系、河道水系、道路交通、园林绿地、环境保护、环境卫生等方面与排水系统有机结合，形成完整的城市防内涝体系，降低城市内涝风险，满足天津市防内涝的要求。

由于天津市属于水资源短缺、地下水位高、下渗条件不好、受纳水体顶托严重、排水出路不畅地区，本规划结合天津市的具体特点给出蓄、滞、渗、净、用、排等多措施组合的排水防涝系统方案，具体方案如下:

（1）对于新建城区应着重设置雨水的蓄、滞、净措施，加强雨水的资源化利用，减小径流量和初期雨水的污染。

（2）有条件的地区应加大雨水调蓄设施的建设，结合实际情况，采取埋置能够渗透储水模块的方式，使其与周边的公园、绿地、景观水系组成一个有机的防涝和入渗体系。

（3）天津市的水网密度较大，应加大对二级河道水系整治和疏浚，拓展排水出路；充分利用二级景观河道的容积，对雨水进行调蓄。

（4）对中心城区建成区，结合老旧小区改造、道路大修、架空线入地、煤改燃等项目，同步实施建设防涝设施。

（5）全面优化泵站及管线的建设、运营、管理工作，积极推进排水系统水力模型的使用，实现科学化、数字化的管理。

5　城市雨水径流控制与资源化利用

城市雨水径流控制与资源化利用是缓解城市水问题的有效途径［6］。雨水的合理调蓄利用既可以增加地区的水资源量，调蓄洪峰或消减径流，又可以补充地下水，控制面源污染，因此合理利用雨水资源，有助于解决我国城市化进程中出现的缺水、洪灾与生态环境问题。

5.1径流量控制

理想状态下，径流总量控制目标应以开发建设后径流排放标准接近开发建设前自然地貌时的径流排放量为标准［7］。结合实际情况，将天津市中心城区年径流总量控制率确定为75%～85%是较为经济合理的，具体的控制方式主要有源头控制、过程控制等。

5.1.1源头控制

“源头控制”即雨水径流源头削减，它是在建设项目的开发建设过程中，通过在建设项目各类下垫面综合运用多种设施，让更多的雨水入渗、蒸发或蓄存，使雨水在进入排水管道之前就能得到有效削减。

为了达到规划标准，实现对雨水径流量的源头控制，本次规划采用了一系列源头控制措施，主要措施如下：（1）凡涉及绿地率指标要求的建设工程，绿地中应设滞留雨水的下凹式绿地，其面积应不少于其绿地面积的50%。（2）旧城改造后的综合径流系数不能超过改造前，不能增加既有排水防涝设施的额外负担。当地区整体改建时，无论设计重现期是否相同，改建后的径流量均不得超过原有径流量。地区开发应充分体现低影响开发理念，除应执行规划控制的综合径流系数指标外，其年径流总量控制率不应低于55%。（3）新建及改扩建城区的硬化地面，可渗透地面面积不低于40%；其中硬化地面是指建设用地面积减去绿地面积（包括实现绿化的屋顶）及透水铺装用地面积。（4）在有条件的市政道路两侧设置植草沟。（5）硬化地面、小区道路、停车场、广场等根据禀赋条件采用透水性地面。

5.1.2过程控制

“过程控制”是雨水径流量控制的另一个有效手段，主要是结合地形地势和市政排水设施建设雨水调蓄池。通过建设雨水调蓄池将雨水汛期贮留后错峰排放或循环利用，可提高地区的排水标准，特别是对于排水系统已建成但标准较低的地区，采用雨水调蓄池等过程控制措施，不仅可以避免大范围改造和扩建带来的高投入、高成本，而且可以防止施工对周边交通和居民生活的影响。

本规划中对雨水径流量的过程控制措施具体如下：（1）大型生态公园（生态节点）设置人工调蓄措施；（2）广场等公共空间设置调蓄池；（3）在有条件的区域加大排水管道或修建深隧。

5.2径流污染控制

当暴雨产生时，主要是屋面和路面上大量污染物在雨水冲刷下随径流通过城市排水管道或漫流进入河道、湖泊等受纳水体，形成典型的城市降雨径流污染，对城市生态环境构成冲击性影响，严重制约城市水环境质量的改善，因此初期径流污染的控制十分关键。本规划将天津市中心城区初期雨水污染控制目标确定为：削减污染物60%～ 80%。天津市中心城区排水体制分为合流制排水及分流制排水，为实现初期雨水污染物控制目标，针对不同的排水体制制定了相应的初期雨水治理方案。

5.2.1合流制地区初期雨水治理方案

在天津市中心城区实行合流制的地区里，五大道地区属于历史文化风貌保护区，道路狭窄，地下空间小，不具备实施雨污分流条件，因此规划考虑该地区保留合流制。其他合流制地区初期雨水治理方案如下：在堤岸或周边绿地内新建管道进行调蓄，自七马路泵站起，沿海河、复兴河、大沽南路修建d3 200 m m调蓄管道，管道总长约 15 km、调蓄容积 99 000 m3，可尽量减少初期雨水径流对海河水质的影响。

在合流制排水系统中建立雨水调蓄池可实现对初期雨水的面源污染控制。雨水调蓄池有效容积应根据当地降雨特征、受纳水体的环境容量、排水系统截流倍数、系统旱流污水量、排水系统服务面积和下游污水系统的余量等因素综合考虑后确定，具体计算方法参照《室外排水设计规范》（2014版）。

5.2.2分流制地区初期雨水治理方案

本规划以海河、津河、卫津河、复兴河、月牙河、护仓河、长泰河等环境问题为对象，确定对初期雨水截流，在二级河道河底、堤岸或沿线绿地修建调蓄管道，站前调蓄。

海河流域分流制地区调蓄设施的规划方案为：津河水系、卫津河水系、复兴河水系、月牙河水系及泵站直排入河部分采用调蓄池+调蓄管道组合的形式进行调蓄；护仓河水系采用调蓄池进行调蓄；长泰河水系采用调蓄管道进行调蓄。

其余流域分流制地区及北部新区均采用调蓄管道进行调蓄。

5.3雨水资源化利用

天津市人均水资源占有量为160 m3，仅为全国人均水资源占有量的1/16，水资源十分短缺。地下水开采成为缓解水资源短缺的主要途径之一。近十年全市的地下水平均开采量超过 7.47亿m3，浅层地下水开采率已超过98%。过度开采地下水已导致地下水位下降，引发地面沉降等环境地质灾害。因此，雨水资源化利用显得尤为重要和迫切。

天津市中心城区的雨水用途原则上以综合利用为主，外排为辅，着重涵养地下水，减轻中心城区排涝压力，控制雨水径流污染，改善城市的生态系统。

天津市中心城区水资源利用方式原则上在小区、公园、人行道、停车场等地区铺设透水路面，保证雨水快速渗入地下，涵养地下水，以减少径流量，减轻排水管道压力；在公共绿地、道路景观隔离带、道路两侧绿化带等，推广下凹式绿地；在易发生内涝区域修建下沉式广场、运动场等，起到滞留、存储雨水作用，缓解暴雨对排水系统的压力。

天津市中心城区已有雨水资源化利用实例，实施了桥园公园、天津工业大学校园、梅江华厦小区的雨水资源化利用工程，通过透水铺装、下凹绿地等入渗设施的设置，拦截了初期雨水，同时调蓄设施储存的雨水用来浇洒道路及绿化灌溉等，取得了显著的经济效益、社会效益和环境效益。

6　排水管网系统规划

城市排水管网是保证城市地面水排除，防治城市水污染，并使城市水资源保护得以良性循环的必不可少的基础设施，在整个水污染控制和水生态环境保护体系中扮演着一个重要角色［8］。城市排水管网能否满足市民及城市本身的生活、生产与发展的需要，往往可以作为一个城市现代化进程的标志。在坚持科学发展的今天，城市排水管网设计必须科学规划，做到尊重自然、顺应自然，人水和谐、科学发展。

6.1排水体制

天津市中心城区现有合流制与分流制两种排水体制。其中新建区域采用雨污分流制；五大道片区保留合流制，除五大道地区外，另 16片雨污合流区域需结合城市建设与旧城改造，加快雨污分流改造。其中七马路地区、大沽北路地区、上海道地区及电台道地区，目前暂时不具备改造条件的，通过加大截流倍数来控制污染。

对于雨污分流地区，应根据初期雨水污染控制的要求，采取截流措施，将截流的初期雨水进行达标处理或排至污水处理厂。

6.2排水系统规划

本次规划将中心城区分为 9个排水系统，分别为永定新河排水系统、北运河排水系统、新开河排水系统、子牙河排水系统、南运河排水系统、北塘排水河排水系统、陈台子河排水系统、外环河排水系统、海河排水系统。北部新区为一个独立区域进行排水系统规划。

根据泵站的收水范围或自流自调区的收水范围，将天津市中心城区分为 144个排水子系统，其中雨水泵站提升区120片，雨水自流区 15片，雨水自调区 11片。规划雨水泵站120座，其中新建泵站13座，改扩建泵站 107座，规划雨水流量为 1 940.3 m3/s，总服务面积31 803 hm2。

中心城区规划 37座地道泵站，其中 4座规划新建，33座规划远期改扩建。规划总流量为30.8 m3/s，地道泵站设计重现期按照10 a一遇。

北部新区排水系统共划分为 18个排水子系统，包括18个泵站系统。雨水总流量298.3 m3/s，收水面积72.8 km2。

结合天津市的排水防涝现状，天津市的重点改造项目主要有积水片改造、地道改造和合流制改造三个方面。规划2016～2025十年间，完成对39片积水片区的改造，以及 17处地道（包括4座下沉路）的改造；规划2020年前完成对全部17片合流制地区（共计21.88 km2）的改造治理。

7　城市内河水系综合治理

城市内河水系是城市主要的涝水行泄通道和调蓄空间，是城市防涝体系的重要组成部分，同时也是影响雨水系统布置及排放的重要因素。

对中心城区河道过流能力及出口能力进行复核，发现除大沽排水河外，其他 20条二级河道中基本均能满足设计过流要求，但是南运河、长泰河、卫津河、北塘河等 17条（段）现状二级河道无出口闸站或存在出口规模不足等情况，而新开挖段外环河则存在尚无出口泵站的问题，故规划河道治理规划如下：

（1）一级河道：新建海河口泵站一座，规模230 m3/s。

（2）二级河道：共治理外环河等 11段河，共194 km。

（3）河口闸站：新建卫津河入外环河等7座闸站，扩建三元村等 9座闸站，共 16座，总规模增加277.6 m3/s。

8　涝水行泄通道

涝水行泄通道主要包括河道、排水干沟、干渠、低洼道路、深层排水隧道等。

天津市中心城区涝水行泄通道主要包括一级河道和二级河道，具体布局如下：

一级河道：永定新河、海河干流（含北运河、子牙河）和新开河-金钟河共3条河道。

二级河道：南运河、津河、卫津河、复兴河、月牙河、护仓河、北塘河、小王庄河、张贵庄、四化河、津港运河、南丰产河、纪庄子河、长泰河、先锋河、东场引河、月西河、北丰产河、陈台子河、大沽河和外环河共21条。

这些河道基本满足中心城区涝水行泄布局要求，按照天津市中心城区内涝防治标准，使用水力模型对行泄通道进行分析，确定行泄通道改造规划。另外，为了确保天津市中心城区涝水行泄通畅，在排水系统中河道行泄不满足要求时，需要综合考虑天津市自然地势、排水系统等特殊情况，优先考虑将地表的排水干沟、干渠、低洼道路作为行泄通道。对于建设地表行泄通道有困难的地区，在充分论证的基础上，考虑深层排水隧道措施。

9　结语

防涝综合规划的编制对于排水设计人员来说是一个全新的挑战，除了需要掌握水力模型等新型设计方法外，还需要摒弃传统单纯“排”水的观念，充分利用城市中各类设施，通过多种措施实现“综合排水”。城市排水防涝是一项系统工程，必须与城市排水、城市防洪、河道水系、园林绿地等专项规划结合，进行统一规划，同时应及时调整和解决综合规划中出现的问题和不足，这样才能逐步建设完善的排水防涝综合控制体系［1］。

［1］住房和城乡建设部.住房城乡建设部关于印发城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲的通知（建城［2013］98号）［Z］.，北京：住房和城乡建设部，2013.

［2］天津城建设计院.天津市雨水径流量计算标准［S］.天津：天津城建设计院，2016.

［3］任玉芬，王效科，韩冰，等.城市不同下垫面的降雨径流污染［J］.生态学报.2005（12）:3225-3230.

［4］谢胜.高度城市化区域内涝灾害风险评估与区划［J］.城市道桥与防洪，2014（11）:8-10.

［5］GB50014-2006（2014年版），室外排水设计规范［S］.

［6］李大超，韩相奎，李广，等.城市雨水径流控制与利用［J］.中国资源综合利用，2014（2）:36-38.

［7］住房和城乡建设部.海绵城建建设技术指南（试行）［Z］.北京：住房和城乡建设部，2014.

［8］杨光.城市排水管网的现代化管理［J］.市政技术，2010（1）: 81-83.

TU992

B

1009-7716（2016）09-0027-05

2016-04-15

李波（1983-），男，河北武安人，高级工程师，从事给排水工程设计工作。