哈尔滨市城市内涝防治系统对策研究

武 鹤，李海英，葛 琪

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

哈尔滨市城市内涝防治系统对策研究

武 鹤，李海英，葛 琪

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

以哈尔滨市排水系统现实情况为例，分析哈尔滨市城市内涝防治系统存在的主要问题，提出哈尔滨市城市内涝防治系统规划思路与具体的防治对策。分别从实施雨污分流规划、科学制定排水系统建设标准、雨水径流控制标准及城市内涝防治标准等方面对防治对策进行具体分析。

城市内涝;排水系统;雨污合流;防治对策

近年来，随着极端恶劣天气的增加和城市化进程加快，影响城市安全的内涝问题日益受到公众的关注。例如，2012-08-28至29日，哈尔滨市受台风“布拉万”和高空槽共同影响出现罕见强降雨和大风天气。2012-08-28 21时至30日8时，哈尔滨市区降雨量为150.5 mm，居1961年全市有连续气象观测记录以来日降雨量第一位。同日也创造了单日降水最多的纪录。此次降雨造成市区内一些路段积水超过1 m，出现严重内涝，车辆无法通行，全市十几条公交线路停运[1]。传统的排水策略已经不能完全满足现状城市的需要，顺应时代要求，构建更高标准的城市内涝防治系统就显得尤为重要。

1 哈尔滨市地势情况与水文现状

哈尔滨市区主要分布在松花江形成的三级阶地上。第一级阶地为松花江漫滩区，海拔在132～140 m之间，主要包括松花江南岸的道里中心区、道外区、群力新区，地势较低洼，易发生城市内涝。第二级阶地海拔145～175 m，由第一级阶地逐步过渡，无明显界限，在台地与沿江区衔接地方坡度较大。主要包括南岗区和香坊区的部分地区；第三级阶地海拔180～200 m，主要分布在荒山嘴子和平房区南部等地[2]。哈尔滨市境内的大小河流均属于松花江水系和牡丹江水系，主要有松花江、呼兰河、阿什河、拉林河、运粮河等。哈尔滨市主城区主要分布有“三沟”(马家沟、何家沟、信义沟)及其支流，“三沟”为城市内河。马家沟、何家沟直接汇入松花江。信义沟汇入阿什河[2]。

2 哈尔滨市城市排水系统现状分析

2.1 哈尔滨市雨水排水系统现状

哈尔滨市城区内主要有5个汇水区，下雨形成的地表径流通过汇水区进入城市排水系统。图1为哈尔滨市区主要汇水区的分布情况。

哈尔滨市的雨水排水系统按市区内的汇水区域分布进行设计。由于汇水区均位于哈尔滨市老城区，汇水区中的雨水排水系统大部分与城区内的污水排水系统公用。表1[3]列出5个汇水区中雨水排水管线的长度和雨水管道与污水管道公用的情况。

除了对哈尔滨市雨水管线长度及雨污合流现状进行了解外，还应对雨水排水系统设计的排水设计重现期进行分析。排水设计重现期是指设计暴雨强度出现的周期，是雨水排水设计的标准。排水设计重现期在很大程度上决定了城市排水管网系统的平衡[4]。目前，哈尔滨市内主要汇水区排水系统的设计重现期均小于1 a，个别汇水区的重现期为1 a。表2[3]列出了5个汇水区中雨水排水系统的设计重现期设计标准，以及经过调查后没有达到设计重现期的管网长度和达标率。达标率指整个管线中达到设计重现期要求的管线长度占总管线长度的比例。

表1 现状雨水管线及雨污合流长度统计

表2 现状排水灌渠覆盖统计

2.2 哈尔滨市现有泵站排水现状

截至到2013年，哈尔滨市主城区内5个汇水区内共有排水泵站46座，多为合流泵站，合计排水能力为216.826 m3/s。如果不计运行维护等原因，基本能够满足设计标准，泵站综合达标率90%。

3 哈尔滨市城市内涝防治系统存在的主要问题

3.1 雨污合流现象严重

由于很多汇水区在主城区内，新管线的布设比较复杂，因此，很多汇水区内的雨水排水管线与排污管线公用，形成雨污合流制。根据表1中数据，沿江(西部)汇水区中新榆南侧区修建的雨水排水系统完全实现了雨污分流。何家沟汇水区也因为新建区域较大，雨污分离达到70%以上。其他几个汇水区中的雨水排水系统基本与污水排水系统公用，雨污合流现象比较严重。总体上看，哈尔滨市江南主城区的排水系统中雨污合流灌渠占总排水管渠长度的74.8%，混合污水在雨季直排现象非常严重。对于雨污合流的排水管道，更多地考虑雨水的排泄，设计的水力坡度取值一般较小，导致旱季污水中的沉积物、垃圾、建筑施工的泥浆大量淤塞管道，管道排水孔径减小，影响雨季雨水的排除，容易形成城市内涝。同时，合流地区在城市内河沿线处分布了多处溢流口，应对降雨能力较弱。随着城市不断发展和建设范围的拓宽，对污水排放也随之加大了力度。原有的合流管道截流倍数大幅度下落，雨季雨水排放能力大幅度削弱，并且污水从溢流口溢出量较大，对城市内河道景观造成了严重破坏。

3.2 雨水排水系统设计标准低

按照我国现行城镇排水设施建设标准《室外排水设计规范(GB50014-2014)》的要求，城市一般地区排水设施的设计暴雨重现期为0.5 ～3 a(即设计可以抵御0.5 ～3 a一遇的暴雨)，重要地区可以进行3 ～5 a的暴雨重现期设计[5]。目前，哈尔滨市现有暴雨重现期设计的年限一般采取规范要求的下限，即取重现期为≤1 a(见表2)。暴雨重现期设计与暴雨强度的计算有直接关系。较低的设计重现期的选取将导致计算的暴雨强度过低。随着城市的不断发展以及极端天气的频繁出现，按照较低暴雨强度设计的排水系统应对极端天气的能力降低，城市内涝容易发生。根据表2中的数据，沿江汇水区、马家沟汇水区、阿什河(信义沟)汇水区由于排水管道老化，即使按重现期均小于1 a的设计要求，达标率也没有超过80%。因此，暴雨设计重现期选用过低以及排水管线的老化，直接影响了排水系统的排水能力，造成城市内涝的发生。此外，极端天气的不断发生(如布拉万台风等)也应及时根据哈尔滨市近年的降雨特点，对已有的暴雨强度公式进行修订和更新。

3.3 排水工程设计精细度较差

早期的排水工程施工设计存在精细度不够的问题，在道路的最低点没有设置雨水口，或者雨水口数量不足，排水性能不强；河道边缘道路路边石与绿化部分将道路与河流完全隔离，陆地上的积水难以自行排入河道，当管道排水能力较弱时，容易在低洼地带形成大面积积水。

4 哈尔滨市城市内涝防治系统规划与对策

4.1 系统规划思路

建立小、中、大、管四套系统相结合解决内涝问题的思路。

1)小源头控制系统。借鉴低影响开发(Low Impact Development，LID)理念，分别针对不同下垫面采用低势绿地、透水铺装等措施对区域和道路进行雨水渗蓄，从根本上解决由于雨水径流量过大可能对城市内涝产生的不良影响[6]。

2)城市排水管道系统。按照高要求规划改造雨水管道系统、泵站及城市内河等系统，设置排水力度较强的大型泵站，进一步改善城市排水系统。

3)大区域中江河湖的联系。

4)基于各种完善数据建立统一的管理信息系统。合理规划建设流程，拟定暴雨时的交通导改方案，完善法规和标准，在规划设计、审批、验收及运行维护等各环节增强管理措施。

4.2 哈尔滨市城市内涝防治对策

4.2.1 实行雨污分流规划

哈尔滨市排水防涝规划的重要组成部分是实行雨污分流规划。为了维护城市水环境，改善城市排水，需要更加完善的城市管网及雨水设施。逐步在合流制地区新建雨水管道，进行雨污分流的改造，从而实现完全分流的排水体制；在分流不彻底的地区，为了逐步地实现彻底分流，需要摘除混接管线。根据现阶段排水泵站、雨水管线的散布，以及地势条件、铁路、高速等自然屏障，按照雨水终端出口，规划形成沿江汇水区、马家沟汇水区、运粮河汇水区及信义沟汇水区等几大雨水系统。联系近、远期建设，采取相应的干线构造方式以针对差异性较大的系统。

4.2.2 科学制定设计标准

哈尔滨市内涝防治系统设计标准包括：哈尔滨市降雨过程强度变化的标准雨型、管道和泵站建设标准、雨水径流控制标准及城市内涝防治标准。

1)暴雨降雨过程标准雨型确定。雨型是降雨强度随时间变化的过程[7]。暴雨强度变化过程(雨型)必须在大量暴雨资料统计规律基础上选用当地最有代表性的雨型作为设计雨型。哈尔滨市目前使用的暴雨强度公式为1983年按数理统计法编制的，采用的是1950—1983共计34 a的数据。降雨过程可以分为短历时暴雨过程和长历时暴雨过程。短历时暴雨过程的设计雨型为2 h的设计降雨雨型；长历时暴雨过程设计雨型是降雨历时24 h的设计降雨雨型。文献[3]在哈尔滨市现有暴雨公式的基础上(见式1)，推导建立了步长为5 min、不同暴雨设计重现期下2 h芝加哥暴雨雨型(短历时设计雨型)，综合雨峰位置取0.5(见图2)。同时，文献[3]根据哈尔滨站日降雨统计资料(1961—2013)、哈尔滨站2013年时降雨资料、哈尔滨站“布拉万”台风时降雨资料，参考《黑龙江省水文图集》计算并绘制了哈尔滨市的长历时暴雨强度过程曲线(见图3)。并采用哈尔滨站位置的“布拉万”台风降雨强度曲线作为哈尔滨市长历时典型强度曲线，建立步长1 h的长历时设计雨型(见图4)。暴雨降雨过程标准雨型的确定为暴雨设计重现期的选取提供了可靠依据。

(1)

式中：q为暴雨强度，P为设计重现期，t为降雨历时，t=t1+t2，其中，t1为地面集水时间，t2为管内流行时间。式(1)中其他数字均为按地方降雨资料统计分析得到的统计参数。

图2 重现期1 a短历时暴雨强度设计雨型

图3 哈尔滨市不同重现期长历时暴雨强度过程曲线

图4 哈尔滨市不同重现期长历时暴雨强度设计雨型

2)雨水径流控制标准确定。借鉴低影响开发(Low Impact Development，LID)理念，强调通过源头分散的小型控制设施，维持和保护汇水区中的自然水文功能，有效缓解城市不透水面积增加造成的地表径流量的增大。采用以径流系数作为城市规划的控制性指标，增加城市绿化率，减少城市不渗水体块面积，推广下沉式绿地。根据哈尔滨市现状，要求新建地区综合径流系数指标不超过0.5；原貌治理后综合径流系数应该比原系数低，二环内平均径流系数控制在0.5～0.6之间。

3)管道和泵站建设标准提高。选用合理的暴雨设计重现期可以有效提高城市排水管道和泵站的建设标准。采用较高的重现期设计，得到的暴雨强度就会大，相应的雨水设计流量较大，进而排水管道的断面也相应增大，这对城市排水是有利的。对于那些城市内涝频发的城市，提高设计重现期的取值会减少城市内涝的发生，同样也增加了工程造价的支出；如果选用较低的重现期，得到的暴雨强度小，设计的排水管道断面相应减小，减少了工程造价。但是可能会导致排水不畅，出现城市内涝的几率变大。所以，重现期的选择必须结合当地气候、地形等的实际情况，从经济与技术两方面充分考虑。根据国内大部分城市设计标准规划，对设计参数进行技术分析，最终确定哈尔滨市重现期设计标准：一般地区雨水规划设计重现期为3 a，重点地区为5 a，新建及改造地道桥不低于10 a。

4)城市内涝防治标准。城市内涝防治标准体系已经在大多数国家建立，而在中国还没有建立这样的标准。为了我国未来的城市发展良好，为把哈尔滨市建设成国家中心城市、生态城市等发展目标的实现，哈尔滨市需要尽快找到适合的内涝防治标准体系。

此外，哈尔滨市在出现一定规模的城市内涝时，应把避免车辆拥堵、城市基本可以正常运转、不发生重大损失作为主要目标。通过学习运用国外各城市的处理方法，结合哈尔滨市的实际条件，将哈尔滨市的内涝防治标准制定为能有效应对50 a一遇的降雨，在遇到同样强度的降雨时要保证道路积水深度不大于0.3 m，积水时间不能大于2 h。

5 结束语

针对近年来城市暴雨导致城市内涝问题，本文以哈尔滨市排水系统现实情况为例，分析了哈尔滨市城市内涝防治系统存在的主要问题，提出了哈尔滨市内涝防治系统规划思路与具体的防治对策。形成的哈尔滨市城市内涝防治对策科学性强、实践性强，对哈尔滨市城市内涝防治系统建设起到了很好的指导作用。

[1] 台风“布拉万”入侵哈尔滨．http://roll.sohu.com/20120831/n352018680.shtml

[2] 中华人民共和国中央人民政府门户网.上海百年一遇强暴雨致中心城区150多条马路积水[EB/OL].[2008-08-25].http://www.gov.cn/jrzg/2008-08/25/content-1078983.html.

[3] 哈尔滨市水务局，哈尔滨市城乡规划设计研究院，哈尔滨市水利规划设计研究院．哈尔滨市城市排水防涝综合规划报告(初稿)[R]．[出版者不详]，2014

[4] 韩洋．城市内涝与排水管网规划研究[D]．西安：长安大学，2014．

[5] 住房与城乡建设部.室外排水设计规范:GB50014-2006[S]．北京：中国建筑工业出版社，2014.

[6] 鞠宁松，龚坤．城市内涝的成因及破解方法探讨[J]．江苏建筑，2011(144):90-93.

[7] 宁静．上海市短历时暴雨强度公式与设计雨型研究[D]．上海：同济大学，2006．

[8] 谢英霞．从城市内涝灾害频发看排水规划的发展趋势 [J]．城市规划，2013(2)：45-50.

[9] 王磊，周玉文．国内外城市排水设计规范比较研究 [J]．中国给水排水，2012(8)：23-27.

[10] 车伍，李俊奇．城市雨水利用技术与管理 [M]．北京：中国建筑工业出版社，2006

[责任编辑：郝丽英]

Research on preventions and countermeasures against urban waterlogging in Harbin City

WU He, LI Haiying, GE Qi

(College of Civil and Architectural Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050, China)

The urban waterlogging problems are discussed based on the rainwater drainage system in Harbin City. A series of waterlogging prevention system planning ideas and specific countermeasures are proposed. The prevention and countermeasures such as the implementation of rain and sewage diversion planning, the formulation of reasonable drainage system construction standard, the rainwater runoff control standard and urban waterlogging control standard, are discussed respectively.

urban waterlogging; drainage system; rain and sewage confluence; prevention and cure strategy

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.06.001

2016-06-01

哈尔滨市优秀学科带头人项目(2013RFXXJ020)

武 鹤(1963-)，男，教授，研究方向：土木工程.

TU99

A

1671-4679(2016)06-0001-04