我国城市排水系统存在的问题—城市洪涝灾害后的反思

闫海波

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

近几十年来，中国城市化的进展让世界咂舌，随处可见城市人口的膨胀和高楼大厦的崛起，但是过快的城市化进展带来的不仅仅是眼前的繁华，一系列的问题也接踵而至，城市的心脏——城市地下给排水管网系统不堪重负，导致城市内涝问题尤为突出，尤其是随着全球气温的变暖，大暴雨或者特大暴雨发生的越来越频繁，导致城市的排水量越来越大。自2008年以来，中国351个城市中有62%面对暴雨的时候发生过内涝，雨后习惯性瘫痪的城市已经达到一百多个，城市内涝为我们带来了巨大的人员伤亡和财产损失，目前已经成为城市的顽疾之一。外表光鲜亮丽的城市与其面对暴雨时的不堪一击形成了鲜明的对比，这促使我们对城市的排水系统进行反思，借鉴国外先进的排水系统对我国城市排水系统进行完善也显得尤为重要。

1 我国城市排水系统现状

我国城市的地下排水管道情况错综复杂，旧的排水道管网老化严重，新的管道设计容量不足。很多老城区依然沿用旧的排水系统，比如北京依然沿用100多公里的明清遗留旧沟，随着城市的建设河流明渠等逐步被改为暗沟，而大多数新建城区一般都使用管道排水[1]。但是早期建设的城区由于经济、技术等各方面的原因，大多使用雨污合流制排水，即将雨水和污水排放在同一根管道里面，这其中，最早的雨污合流制甚至将城市的雨水、生产污水、工业废水收集起来后直接排放到水体里，这种合流制排水对水体和环境的污染比较严重[2]，所以我国逐步将这种直接排放的合流制改造为截流式合流制，就是将雨污排水管收集的雨污水用截流管输送到污水处理厂进行处理后再排放到水体中，这样改造后的排水系统对水体的污染大大降低，然而由于雨水也被输送到污水处理厂进行处理，大大增加了污水处理的负荷，尤其是在强降雨季节，会造成污水处理厂污水溢流严重，对水体污染增加等问题，因此在后来的新城区建设中，尽量采用分流制排水，即将雨水和污水分别收集到不同的管道中，对雨水一般不进行处理直接排放到水体中，对污水则是处理后再排放到水体中。

由于新中国成立初期经济、规范、技术等多方面的原因造成了我国排水系统的建设没有能够一步到位，而且设计标准上也一直在修改，排水管道在建国初期都是按照0.3～1年一遇的暴雨重现期进行设计的，后来逐步提高到1～2年一遇的标准，新的管网建设相对比旧的管网要好，不同的管网系统错综复杂，新旧城区管网无法衔接，无法全面改造，牵一发而动全身。

与我国地下排水管网的改造困难相对比的是我国城市建设的飞速发展，城市化的加快进行，然而没有与城市现代化相匹配的地下管网系统作支持，城市水害、洪涝灾害频繁发生。2007年重庆遭遇115年以来最大的暴雨，济南遭遇45年以来的最大暴雨，2008年，成都、绵阳、雅安等地的大暴雨，尤其是2010年7月21日北京的61年不遇的大暴雨，越来越多的城市被淹，这无疑给我们城市的排水系统敲响了警钟，促使我们对排水管网进行审视：我国城市的排水管网有什么问题，应该怎样改进？

2 我国城市排水系统存在的主要问题

回顾我国城市排水系统的现状、发展和历史，我国城市排水系统主要存在以下几大问题。

2.1 城市排水系统设计标准低，地下排水管道设计容量不足

我国大部分城市排水道直径都在2 m以下，甚至很多直径都在1 m以下。按照我国2012年发布的《城市道路工程设计规范》的要求，对城市快速道、重要的主干路、立交桥区和短期积水能引起严重后果的道路，宜采用3～5年的设计暴雨强度；其他道路宜采用0.5～3年，特别重要路段和次要路段可酌情增减。然而据调查，我国70%以上的城市在设计时都采用偏低的设计标准，都使用低于1年的暴雨重现期，尤其是旧的下水道系统甚至连规范的最低要求都达不到[3]。例如，北京地区普遍采用1年一遇的抗洪设计标准，只能够抵抗35 mm/h的降雨量，一旦遭遇像2010年7月21日的大暴雨是远远不能够抵抗的，城市势必被淹。还有一部分原因是中国城市化太过迅速，城市人口的膨胀太快，以至于对排水系统做规划时预料不到未来人口基数的增长速度，所以出现排水系统设计容量不足的现象。

2.2 下沉式立交桥下积水点多

为了解决城市交通拥堵，我国近些年来兴建起很多立交桥，包括下沉式立交桥，但是却没有设置足够容量的排水设施。由于没有设置相应的截水设施、排水渠或蓄水池，下沉路段在面临暴雨的时候就会以立交桥下沉点为中心迅速地积水，北京市2012年7月21日的暴雨灾害便是这种情况。在北京市29个积水点中其中下沉式立交桥就占了22个，这22个积水点的平均排水时间都达到10个小时以上，有的立交桥配有排水泵，但是仅仅有一个排水泵是不够的，一旦压力强、排水快的时候，淤泥和污物都会被冲到出水口，堵塞排水，立交桥下就会迅速积水。另外还有一些下挖式通道，由于接线纵断面一般呈“U”字型，雨季容易造成严重的积水，存在一定的安全隐患[4]。

2.3 城市可持续性发展的建设理念没有跟上国际的节拍

随着中国近几十年来的飞速发展，城市化进程也加快了脚步，各大城市的急剧扩展将土壤钢筋混凝土化，降低了土地的排水功能。还有很多城市人为地填河造地，进一步降低了城市的蓄水能力；还有一些矿业区，缺乏规划地开采矿场，导致地下采空区过大，降低城市地面，以至于面对暴雨的时候，城市抗涝能力被削弱。城市地面不透气，不排水，没有跟上国际绿色设计的新理念。

图1 北京阜石路高架路下的一座下穿立交桥积水

3 国外排水系统特色

针对国内城市地下水排水系统的现状和存在的问题，我们对比借鉴了国外一些发达国家做得好的地下排水系统的经验，希望能够在改造我国城市排水系统时受到启发。

3.1 城市集雨措施

欧洲一些发达国家，比如英国和德国采用可持续发展的设计理念，尽量采用环保设计，目前比较流行的有“洼地-渗渠系统”。该系统以实现径流零增长为目标，依托地表的自然地势高低设置明沟和洼地，并将其连接到地下排水系统。整个排水系统结合了地上的明渠明沟和地下的排水管道，地上明沟和洼地尽可能多地吸收降雨，循环利用，及时地补充了地下水，促进了城市水文生态的良性循环，而且设计地上明沟的时候一般会依托地势，做成蜿蜒曲折的天然河道，起到了自然景观的作用；而地下的排水管道则不仅起到排水的作用，还起到储水的作用，当面临大暴雨时，可以缓冲洪峰，整个系统在有效地降低城市排水的压力之余还改善了自然景观；此外，建立地下蓄水库也在欧洲广为流行，德国汉堡就建有容量很大的地下蓄水库，蓄水库在洪水期能起到缓冲洪峰的作用，平时又可以起到贮水的功能，提高雨水的利用率。

图2 “洼地-渗渠系统”示意图

3.2 城市路面及排水可持续设计理念

城市道路和排水设计时尽量采用透水砖、绿地、洼地等透水铺装，增加城市透水率，使得城市路面“会呼吸”，比如将道路和绿地之间打通，可将地面径流引到绿地排走；有条件的路面使用透水砖等。在国外，雨水下渗应用已经非常广泛了，在小区、停车场、广场、公园、公共活动场所等地方随处可见，最常见的雨水下渗系统包括如下。

3.2.1 地面渗透系统

最常见的地面渗透系统包括下凹绿地、浅沟与洼地、地面渗透池塘以及透水铺装地面等。这一类渗透系统建造费用低廉，维护简单易行，适用范围较广，也比较容易推广。一些常见的地面渗透系统参照数据如表1所示。

表1 地面渗透系统

图3 德国停车场的透水路面设计

3.2.2 地下渗透系统

最常见的地下渗透系统包括埋地渗透管沟、埋地渗透渠、埋地渗透池。这一类系统造价也不高，而且在有些情况下可以兼做排水管道，一举两得，但是使用范围有限，受到路面承载能力和施工的一些限制。一些常见的地下渗透系统参照数据如表2所示。

4 我国城市排水系统的改造建议

虽然现在城市内涝问题已经引起了人们的重视，而且一些城市也已经开始了对城市给排水系统的改造，但是由于我国排水管网复杂的现状，牵一发而动全身，进行全面的改造是不可能的，只能是采取逐步的改造，借鉴国外的先进设计理念和设计经验，结合中国的国情，具体建议有如下几点：

表2 地下渗透系统

a）老城区尽量将合流制先改造为截流式合流制，即用截流干管将雨污管道收集到的雨污水输送到污水处理厂进行处理后再就近排放到水体里。这样较之于老城区直接将雨污水合流制直接排放到水体里的系统，减少了对水体和环境的影响，又不至于对现有的管道进行大规模的改动；较之于直接将合流制改为分流制，先改造为截留式合流制，再改造为分流制的做法，能够节约初期投资，缩短施工周期，见效快。研究表明，这种做法能够在短期内用最低的成本解决排放水体的污染问题，满足社会需求，适应社会主义现阶段的发展现状，是比较推荐的一种改造方法。

b）虽然我国设计标准偏低，但是对比英国的设计，普遍存在管道设计偏大的问题。英国排水设计时，雨水管道225 mm起，污水管道150 mm起，但是我国设计时是300 mm起，表面上看起来，管道设计的偏大，安全系数大，但是事实上，由于起始管道管径偏大，往往导致暴雨来临时，上游管道还是空的，下游就已经洪涝了，这样一来起始段管道的容量非但没有被充分利用，反而还加速了水流向下游冲击，导致下游拥堵加速。所以在设计时，不建议起始管段管径过大。

c）学习国外先进理念的同时应该结合中国的具体实情。比如说要增加城市透水率，很多时候就算是采用国外先进的设计理念来设计，也是名存实亡，比如说在很多公园都铺设了透水砖，其本意是能够增加水的渗透率，并且能够实现雨水的循环再利用，一方面降低了地下排水管道的排水压力，另一方面能够最大限度地利用降雨，可是事实上，由于后期的维护跟不上，使得透水砖难以清理维护，时间长了根本起不到透水的作用，所谓的透水地坪名存实亡。设计下凹式绿地时也应该综合考虑各种因素，首先绿地必须是耐淹型，其次如果是在城市主干道上长期吸水太多的话会造成路基下沉。而且由于垃圾和污水会随着雨水一同排到地下，如果后期的维护跟不上，会造成绿地成活率降低，最后绿地变成垃圾场，效果适得其反。

5 结语

结合我国城市排水管网的现状，不难看出城市内涝频繁发生的必然性，虽然政府对于城市排水系统的规划改造很重视，能够建立一套新兴的现代化的智能排水系统以及管理体制是解决问题的根本办法，但是考虑到我国城市建设过程中新老城区管网错综复杂的现状，全面进行改造排水管网需要一定的时间，目前先采取旧管逐步改造比较切合实际，在借鉴国外先进理念的时候也应该充分考虑我国的具体情况，不可生搬硬套，适得其反。