提升城市排水防涝设计合理性的措施探讨

张栋顺

（山东天为工程技术有限公司，山东淄博255000）

1 提升市政排水工程设计合理性的主要措施

1.1 规划引导，远近结合，协同推进

相关市政部门在进行排水规划编制中，需要与城市用地、发展方向进行紧密结合。在确定近远期建设计划时，一方面要考虑道路建设，另一方面要解决排水出路。

排水规划应经过严格的评审、审批流程，确定后的规划应严格执行落实，执行过程中及时对规划中存在的问题进行纠偏，确保规划的有效性[1]。

1.2 运用先进的设计理念、翔实的资料全面推进

首先，应与工程设计相关规划部门进行有效结合，做好前期调研和规划协调工作，确保排水工程能够与其他工程协调发展。市政单位需要从全局视角出发，不断提高市政排水工程设计的综合能力，并从经济、技术等多个角度进行分析论证，对各方面的工作进程进行科学的规划，对干扰因素进行控制[2]。

其次，设计人员需要做好全面的勘测工作，并以勘测资料和各项数据为主要依据，进行契合度较高的排水设计工作，确保市政排水系统能够安全稳定地运行。

1.3 彻底进行雨污分流、解决积水内涝

完善前期调查资料，合理分析汇水区域及雨污合流状况，根据交通、投资、环保、民生等多方面统筹考虑，确定合理的设计方案，方案比选中充分考虑施工难度并进行工程可行性分析。

对城市的雨水分布情况进行全面的调研，确保设计人员能够根据城市排水量的实际情况，对城市排水管道和降雨量进行合理的分析，做好城市雨水排水管道的设计工作。

基本目标是实现雨污分流，实现污水处理提质增效，确保超标雨水尽快入河，减少城市内涝的发生。

2 案例分析

以桓台县兴桓路、建设街及张北路区域排水设计为例，分析市政排水存在的问题及设计中需要注重改善的重点及难点。

2.1 工程概况

桓台县兴桓路、建设街、张北路均位于桓台县城区中部，为桓台县老城区范围内主要交通干道，该区域汇水区域约5.3 km2。该3条道路均建成于20世纪八九十年代，建成已有二三十年；道路两侧建筑小区、企事业单位、学校、沿街商业等密布，两侧小区建设年代较早，部分已进行老旧小区及雨污分流改造。

2.1.1 现状存在的问题

兴桓路、建设街、张北路等道路现状排水设施老旧，雨污混流、积水内涝等问题突出，雨天严重影响居民出行；因为在末端采用了截流措施，雨天时大量雨水排入下游污水管道，严重影响了污水进水水质。

2.1.2 现状排水分析

全线雨污混流、错接等接入口200余处，主要集中在兴桓路道路西侧、建设街道路北侧、张北路道路北侧等路段；现状混流管线以管径D400 mm的钢筋混凝土排水管为主，管道腐蚀严重。

2.1.3 积水内涝调研分析

径流量分析：两侧大部分为现状建成区，区内建筑密度高，透水铺装及绿地较少，径流系数大，综合测算后，径流系数可达0.7。

地形地势分析：桓台县城区地势平坦，坡度较小，总体呈南高北低，西高东低；东西、南北总体坡度均小于0.2%。

管网分析：现状管径小，大部分为D400 mm管线，缺少雨水排河出口，下游出路不畅。

2.2 主要措施

综合以上调研分析，为解决雨污混流及城市积水内涝，一方面建设完善排水管网，另一方面打通下游排水出路。具体体现在以下几个方面。

2.2.1 合理划分汇水区域

雨水工程根据竖向分布及每个片区排水情况划分排水分区，因地势及河道位置等区域特性，汇水区域（见图1）达到5.3 km2，传统的暴雨强度公式计算已经不能适用于本工程的流量计算，为此采用了模型法进行模拟，并最终确定了合理的设计流量和管径。

图1 汇水区域图

2.2.2 污水量计算

污水流量在满足现状排水规模的基础上，按照总体规划用地性质进行复核，乘以污水总变化系数后最终确定污水设计流量。因个别小区未进行雨污分流改造，本次设计在道路范围以外区域设置截流井，并对污水管线进行流量复核，同时向相关主管部门提出了雨污分流的改造要求。

2.2.3 管道敷设

雨污水管线的线位选择、施工方式的选择关系到设计方案的合理与否。在工程前期综合比较后确定采用了同沟槽开挖的施工方式。经最终施工验证，该方案是确保本工程顺利实施的重要条件。

2.3 工程设计方案

2.3.1 做好区域规划设计

桓台县城区的雨水主要排入乌河，乌河位于城区的东部区域，结合地形地势，东西向为雨水主干管，南北向为次干管及支管，此方案既保证了雨水尽快入河，又使排水区域不至于过大而导致管径过大。根据以上原则，首先确定排水主管走向，如图2所示。

图2 雨水总体规划设计图

通过对周边管线的进一步分析，本工程后期规划建设相交道路管线，解决积水内涝，打通下游出路，近期建设与远期规划相结合，满足当前的排水需求。

2.3.2 合理选择管材

排水管材的选择取决于输送流量大小、施工方法、管道埋深、管道承压、环刚度、工程造价等因素，各种管材各有利弊，现就目前常用的几种管材做技术经济比较，如表1所示。

表1 常用管材技术经济比较

经综合比较，结合工程实际情况，雨水采用钢筋混凝土排水管和现浇混凝土箱涵结合的形式，污水采用玻璃纤维增强塑料夹砂管。

2.3.3 合理进行水力计算

本工程的水力计算以区域排水设计为基础，分段进行，施工图设计中采用近远期结合，即满足了当前的排水及传输要求，保证了工程总体布局的合理性，又合理降低了工程造价，节省工程投资费用约20%，产生了良好的经济效益。采用的设计参数如下：

1）雨水：设计重现期采用3年一遇，地面集水时间视距离长短、地形坡度和地面铺盖情况采用5~15 min；综合径流系数根据两侧用地的不同进行加权平均，分别取值为0.5、0.6；雨水管线最小设计流速0.75 m/s，按满流进行水力计算。

2）污水：污水采用比流量法进行水量计算，根据上位规划及当地的用水实际情况，综合用水量指标取180 L/（人·d），污水排放系数为0.9，平均人口密度为120人/ha；污水管道的设计最小流速为0.6 m/s，最大流速为5.0 m/s，按照非满流进行水力计算。

2.3.4 管线高程控制及连接

排水管网的高程受许多因素的影响，如地形情况与其他管线的交叉，管材的抗压、抗冻能力，以及城区今后的发展、下游排水出口及河道水位等。经综合分析，本次管网起始点覆土污水为2.5 m，雨水为1.0 m，可满足其服务区内雨污水能顺利通过重力流接入。

管道的连接：污水管线均采用管顶平接，通过重力流可顺利下游现状排水管道；雨水工程受下游现状排水管线及河道高程的限制，雨水管线采用管中平接，既减小了埋深，降低了工程造价，又可确保雨水重力流排河。

2.3.5 管线位置的选择

因道路位于建成区，两侧树木、商业等均对工程的实施产生极大的影响，综合比较后确定，雨污水管线位于道路西侧车行道下，采用通沟槽开挖施工，既避免了对沿街商业、店铺、行道树等的影响，又减少了与社会管线的交叉，便于工程的顺利实施，同时雨污水管线同沟槽开挖敷设，进一步降低了工程造价，综合造价降低了约20%以上。

2.3.6 对BIM技术进行有效的应用

传统的市政排水设计高程交叉校验需要依靠设计人员数据的计算核查进行，这种方法不仅需要花费大量的人力和时间，同时还无法对数的精确度进行保证。现阶段，对BIM技术进行有效的运用，就能够对上述问题进行解决，通过直观的图像形式对各种管线进行展示，管线交叉高程情况一目了然，各管线以直观、立体的形式展现在眼前。首先，BIM技术能够将施工区域地下管路布置的情况进行详细的标注，并制定出合理的施工线路，节省了人力和物力的同时，还能够避免对施工过程对周边设施造成的损坏。其次，BIM技术还能够对供排水的流量信息进行反映。在进行市政排水设计的过程中，及时根据实际情况进行水流量信息的评估，进而提高管道布置方案的合理性，促进工程项目经济效益的提高。排水BIM模型如图3所示。

图3 排水BI M模型

3 结语

市政排水工程作为重要的民生工程，其设计的合理性已经越来越被人们所关注，因此，就需要对设计过程中存在的问题进行分析，并制定有效的解决对策，在提高市政排水工程设计合理性的同时，为人们的生产生活提供重要的基础保障。总的来说，合理的排水设计是一项功在当下、惠及长远的民生工程和民心工程，是解决城市内涝等顽疾的固本之法，是彻底改善市民的居住环境，推进美丽城市建设之基础。