基于双重四维分析的城市内涝点治理设计

郑 政，曹月波

(1.深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳 518001；2.深圳市城市公共安全技术研究院有限公司，广东 深圳 518048)

0 引言

近年来在高速城市化过程中频发的“城市内涝”已成为社会各方关注的热点和焦点。城市化由于人口、资金、信息等要素高度聚集、高速流动，增大了城市主观承灾因子的脆弱性，加之近年来极端暴雨、风暴潮等客观致灾因子的危险性也同步增大，主客观因子同向叠加导致逢雨必涝、大雨大涝、小雨小涝已成为常态化的城市顽疾。为加快推进城市内涝治理，国务院办公厅发布《关于加强城市内涝治理的实施意见(国办发〔2021〕11号)》，该意见对城市内涝治理作了顶层设计和总体部署，提出以系统建设城市排水防涝工程体系和提升城市排水防涝工作管理水平为抓手统筹推进城市内涝治理工作，力争5年内涝治理工作取得明显成效。

深圳市近年来高度重视城市内涝治理工作，针对历年存量或新增内涝点采取“动态清零”的管理思路有序推动治理，“十三五”期间全市共完成积水点整治551个、实现积水点缓解188个。截止目前全市还存在易涝风险区总计46.01km2，占市域总面积的2.3%，各区零星分布有上百处积水内涝隐患点，对照国办发〔2021〕11号部署和《深圳市防洪(潮)及内涝防治规划(2021—2035)》要求仍需继续大力推进相关治理工作。每一处内涝点因其具有分布的独立性、成因的多样性、边界的复杂性等特点，在方案设计中需特别关注成因剖析的精准性、雨水系统的关联性、技术方案的针对性等要点，以确保措施任务的匹配性和治理目标的可达性。

1 治理设计思路

1.1 城市雨水系统的四维度划分

为摸清雨水系统的关联性，根据服务对象及设计标准将其划分为“大、中、小、微”等4个排水层级，如图1所示：

图1 城市雨水系统四个层级划分

(1)大排水系统：主要指承泄超过50年一遇洪水的城市骨干防洪(潮)体系，包括调蓄湖库、排洪通道、行泄通道、深层隧洞、大型地下调蓄池、挡潮闸、海堤等。

(2)中排水系统：主要针对地表径流的疏导或调蓄，以排泄10～50年一遇洪水为主，包括排涝泵站、雨水调蓄池、山水截洪沟、公共调蓄水体等。

(3)小排水系统：主要服务城市区块排水，对应1～10年一遇的暴雨重现期标准，包括雨水管渠、雨水泵站、小型雨水调节池、雨水口、截水沟等。

(4)微排水系统：属于排水系统最上游，主要指从源头通过雨水控制措施实现径流管控，包括绿色屋顶、透水铺装、下凹绿地、雨水花园等。

1.2 城市内涝成因的四维度分析

为进一步精准剖析各城市内涝点的致灾因子，根据城市雨水系统的流域空间分布，从“上、下、内、外”四个维度进一步分析“大、中、小、微”排水层级的共性内涝成因，如图2所示：

图2 城市内涝的双重四维度成因分析

(1)“上”：低山丘陵区城市在山洪和城区雨水并存交织背景下，常见排水流域上游山洪拦截设施不完善，山洪水直接进入市政中小层级管网造成系统排水能力不足。

(2)“下”：市政建设层面常见中小层级的雨水管网系统建设标准偏低、密度不足、部分管段建设滞后缺失，甚至存在排水瓶颈问题；城市管理层面常见暗渠化导致的过流能力不够、排水管网堵塞、拦截收集设施缺乏等问题。

(3)“内”：既包括因自然地势低洼导致内水无法自排问题，又包括城市开发导致的下垫面改变、增大径流系数等微排水系统层面的源头径流管控问题。

(4)“外”：由于部分河道防洪治理与城市内涝防治的设计标准不匹配，导致河道水位对管网排水出口造成顶托。

1.3 基于双重四维度分析的治理设计思路

针对内涝点所属的空间分布和排水系统的层级，分别从“上、下、内、外”及“大、中、小、微”等双重四维度提出系统治理的技术思路，主要设计步骤见如图3所示：

图3 基于双重四维度分析的城市内涝点治理设计思路

(1)确定目标：衔接城市防洪排涝专项规划，复核排水区内保护对象，结合相关技术规范合理确定内涝点设计标准。

(2)厘清边界：结合现状及规划的水系和管网准确划分内涝点所在流域排水单元，复核工程区内相关水利和市政工程建设边界。

(3)找准成因：以排水流域为研究对象，按“上、下、内、外”四个维度剖析找准内涝点“大、中、小、微”各排水层级的致灾成因。

(4)系统施策：从流域系统层面针对性提出“大、中、小、微”的治理对策，明确需纳入内涝点整治的工程措施，以及需由相关工程协调建设的达标边界。

(5)模型验证：基于水文、管网、下垫面、河道水位等基础边界数据建立水文水利数学模型，进一步复核内涝风险，验证系统治理方案的可行性、目标的可达性。

2 典型案例设计

2.1 项目概况

2.1.1内涝点基本情况

南联第六工业区惠盐高速桥洞内涝点位于深圳市龙岗区宝南路穿惠盐高速桥洞处(如图4所示)，排水区属龙岗河，入河排口以上汇水面积172.2ha。流域内整体地势呈东高西低、南高北低，积水区域位于宝南路与惠盐高速交界处的桥洞处。该内涝点发生积水已久，2020年6月8日区域内发生最大1h降雨量为47.1mm、24h累积最大降雨量为86.8mm。本场次1h降雨强度接近一年一遇，该处积水的面积超过1000m2、水深平均0.5m、历时约1h。

图4 内涝点区位图

2.1.2排水系统分析

根据流域地形、管涵走向和入河出口将内涝点所在区域划分为3个排水单元，其中A0排水区汇水面积41.62ha，通过DN800—DN1200—DN1500市政雨水管穿越惠盐高速路后汇入爱南路雨水系统就近排入龙岗河；A1排水区汇水面积25.46ha，通过DN800—2×DN800—DN1000市政雨水管穿越惠盐高速路和爱南路后排入龙岗河；A2-A5排水区总汇水面积104.92ha，通过D800—DN1000-A1.4×1.4m-A1.5×1.7m市政雨水管涵沿宝南路、向银路、龙岗大道走向排入龙岗河。

2.1.3工程建设边界

为缓解该内涝点积水，2019年龙岗河流域全面消黑项目提出沿爱南路新建DN1500分洪雨水管，目前该项目正在实施过程中，但受自然高程、南约河河水顶托等因素限制，不能完全解决内涝积水问题。同时，水务部门正在推进的龙岗河和南约河碧道建设项目包含水安全内容，两条承泄河道的水面线有降低的条件；交通部门正开展惠盐高速路扩建工程建设，该项目拟将现状宝南路涵洞拆除改建为桥梁，桥洞低洼点地面有抬高的契机。

2.2 内涝成因分析

基于双重四维度分析得出本内涝点的主要成因如图5所示，具体说明如下：

图5 基于双重四维度的内涝成因分析图

(1)“上”：上游山体汇水面积达29ha，东侧山区地势高、地面坡度陡，山洪水对低区冲击影响大；南联工业区内均为水泥硬质化地面，宝南路部分管网过流能力不足、现状雨水篦子数量少且堵塞严重。

(2)“下”：龙岗大道和向银路雨水箱涵现状过流能力仅达3年一遇，且向银路箱涵存在223m长的倒坡。

(3)“内”：积水区域地面标高为36.19～36.64m，相比两侧路面低1.0～1.5m，为周边地势最低点且宝南路桥洞段无雨水排放管网。

(4)“外”：两处排放点河道设计水位均高于雨水管涵顶高程，其中龙岗大道雨水箱涵入龙岗河涵底标高32.87m，对应龙岗河水位34.17m(P=1%)，爱南路雨水管入南约河口管顶标高34.91m，对应南约河水位37.78m(P=2%)。经模型验算，50年一遇降雨工况下，两处入河排口均淹没出流，下游管段均为满管运行，上游受河水顶托影响，退水缓慢加剧上游积水内涝。

2.3 治理方案设计

2.3.1设计标准确定

根据《深圳市防洪(潮)及内涝防治规划(2021—2035)》、GB 51222—2017《城镇内涝防治技术规范》、GB 50014—2021《室外排水设计标准》，结合区内保护对象复核和建设规划协调，确定本工程内涝防治设计重现期为50年一遇，新建雨水管设计重现期为5年一遇，截洪沟和惠盐高速路桥洞管道的设计重现期为50年一遇。

2.3.2 总体方案拟定

结合内涝成因的系统剖析，提出“南北分区、高低分排、山洪截排、源头减排、统筹建设”的系统治理方案。以内涝点所在的惠盐高速路为界划定南北分区，各区治理方案的工程布局见表1，如图6所示。主要工程措施如下：

表1 基于双重思维分析确定的分区系统治理方案

(1)南区：采取源头减排、雨水收集系统完善、山水分洪高排等综合措施。其中针对微排水层级因地制宜开展源头减排，结合海绵城市建设市政绿化带雨水模块4处、改造生态化停车场4873m2；针对小排水层级按5年一遇设计标准扩建管道，沿宝南路新建DN1200～DN1600干管965m，沿宝南路增设10道横向截水沟、增加雨水收集篦子；针对中排水层级按50年一遇设计标准完善截洪沟及高排系统建设，沿片区东侧山体和建成区边界新建A1.8×1m～2.2×2.2m截洪沟355m，再平行惠盐高速路沿山体布置DN2200的高水通道770m，通过新开排口汇入南约河。

(2)北区：在南区高水高排的基础上，将宝南路雨水管接至爱南路在建雨水管进一步分洪至南约河，向银路箱涵汇水面积可缩减50ha，减少了箱涵扩宽规模和实施难度。按5年一遇设计标准改扩建爱南路以下段向银路排水箱涵，其中向银路改建A2.5×1.8～A3.7×2.6m箱涵，长1180m；针对龙岗大道箱涵扩建涉及地铁安评及交通疏解占道等施工难点，在南侧新建DN2400分洪顶管316m，通过新开排口汇入龙岗河，新建分洪管和北侧现有A2.5×2m箱涵共同承泄上游来水，整体实现5年一遇排水达标。

(3)统筹建设边界

结合龙岗河和南约河碧道建设提高河道防洪能力，降低南北区排水出口处河道水位；结合宝南路和爱南路交叉口道路竖向复核，协调惠盐高速扩建工程建设将桥洞积水低洼点路面由现状的36.19m抬高至37.69m，同时埋设穿高速路DN1500雨水管61m。

2.4 目标可达性验证

采用SWMM软件建立片区的雨水管网模型开展排水系统复核评估，内涝点治理前后的风险分析如图7所示。按龙岗河和南约河碧道建设前规划水位复核发生50年一遇降雨时内涝点积水情况，在片区市政管网系统全面按5年一遇设计标准建成、同时将宝南路桥涵地面高程抬高至37.69m的边界条件下，内涝点所在区域积水范围为653m2、最大积水深度0.12m、积水时间为15min，地面积水控制目标符合GB 50014—2021要求。后续结合龙岗河和南约河碧道建设进一步降低排口衔接处河道水位后，可全面实现50年一遇的内涝防治目标。

3 结论

(1)城市内涝点具有分布的独立性、成因的多样性、边界的复杂性等特点，方案设计中需特别关注成因剖析的精准性、排水系统的关联性和技术方案的针对性，确保措施任务的匹配性和治理目标的可达性。

(2)城市雨水系统可依据服务对象及设计标准划分为“大、中、小、微”等4个层级；按各城市内涝点的流域空间分布，可从“上、下、内、外”四个维度进一步找准各排水层级的致灾成因。

(3)基于双重四维度分析提出了确定目标、厘清边界、找准成因、系统施策、模型验证的内涝治理设计技术思路，相关方法可助力设计师快速识别内涝成因、合理制定系统方案。

(4)按上述技术思路开展南联第六工业区惠盐高速桥洞内涝点的典型设计，提出“南北分区、高低分排、山洪截排、源头减排、统筹建设”的系统治理方案。经模型验证表明该方案能有效消除该片区的内涝风险，结合相关水利和市政工程边界的协同建设可实现50年一遇的内涝防治目标。