城市内涝防治工程设计探讨

2023-08-21王丽丽

工程建设与设计 2023年15期

1 引言

近年来，内涝问题多发，给许多城市造成了生命财产损失。随着城市的建设发展，地表径流系数、洪峰数量都在发生变化[1]。一些地区城市原有的排水管网已不能满足雨水排放需求，引发城市内涝问题的出现，影响了城市交通和居民生活，甚至造成巨大的经济损失。解决城市内涝问题，必须结合当地实际情况，分析内涝成因，因地制宜，提出针对性的解决方案。本文以青岛市某片区为例，对内涝形成的原因进行了分析，提出了工程设计方案，并对存在的问题进行了探讨。

2 项目概况

完善前期调查资料，合理分析汇水区域及雨污合流状况，是确定合理设计方案的前提。对发生内涝区域的雨水分布情况进行全面调研，以确保设计时能根据排水量的实际情况，对排水管道和降雨量进行合理地分析，做好排水管道的设计工作。

青岛市某片区位于中心城区，片区汇水区域约21 hm2。周边有幼儿园、中学及多个居民小区，片区内部路两端高，中间低，形成地势低点。雨天在幼儿园、中学和居民小区门口出现积水点，甚至发生雨水倒灌入户，严重影响居民出行和生活。两侧小区建设年代较早，部分已进行老旧小区及雨污水分流改造。但片区现状雨水主管网因维护不及时，淤堵严重，排水能力大大降低。

3 内涝成因分析

3.1 片区排水分析

分析内涝产生的原因需对整个片区排水系统进行分析。本工程汇水范围为路面以及道路两侧地块内的雨水，汇水面积约为21 hm2。

片区西侧路、南侧路、东侧路地面标高均高于片区内各地块约2~3 m，雨水无法沿东西南三侧分流。片区内部路一的点A 处为整个片区最低点，雨水沿个方向汇集到此，再向北穿越地块a、居民小区b，汇入北侧路现状雨水渠。点A 处“逢雨必淹”，严重影响居民生活。汇水区域图如图1 所示。

图1 汇水区域图

片区现状雨水主管网建于2013 年，片区内部路一雨水管管径DN800，地块a 内雨水管管径DN800，居民小区b 内雨水渠尺寸1 800 mm×1 800 mm。

经现场勘察，片区西侧路、南侧路的现状雨水渠渠底标高均高于A 点处现状雨水管底2~3 m。因此，北侧是片区雨水的唯一出路。地块a 正在开发建设，为市政管线预留了3.5 m×2.5 m 的通道。借此时机，对穿越地块a 的管线进行改造，对居民小区b 内雨水渠进行清淤，以期缓解A 点内涝问题。

3.2 内涝成因分析

城市内涝的产生主要有以下几个方面的原因：管网排水能力不够；维护不及时导致淤积严重；汇水面积增加，径流系数增大；城市规划引领不到位，缺少大排水系统构建的思维；全球气候变暖导致短时极端强降雨频发、峰值流量加大等。

3.2.1 现有管网设计标准过低

传统的城市开发模式，只是盲目地扩大城市面积，增加了硬化路面及屋面，导致硬化区域雨水下渗量锐减、加快了洪峰的到来，增大了排水设施的负担[2]。现有排水管网大多已建成多年，随着城市的发展，原设计标准已不能满足排水需求，因此，在地势低洼地区出现了内涝问题。

本工程地块a 内原雨水管设计重现期不满3 年，且采取了降雨历时折减系数2。近年来，片区建设发展，地面硬化面积不断增多，绿地面积受到影响，雨水吸纳能力降低，导致地面径流系数不断增加。

随着城市人口的增长，青岛已列入超大城市，本项目原有排水设施设计标准过低，已不能满足现行GB 50014—2021《室外排水设计标准》[3]的要求。

3.2.2 维护管理相对滞后

原排水系统在使用过程中出现垃圾积累，清淤不及时。道路及其他市政管线施工改造的过程中，也会对原有的排水管网产生破坏。维护管理相对滞后，造成管网淤积堵塞或破损，影响排水能力。本工程地块a 及居民小区b 内雨水管渠都存在淤积严重的问题。道路现状雨水口淤积严重，收水能力大大降低。

3.2.3 客水汇入

产生内涝的区域均为地势低点，设计汇水区域内雨水易在此汇集。然而，周边区域未收纳的雨水也会汇集到此，进一步加剧内涝问题。因此，客水的汇入无疑增大了汇水面积，从而导致了内涝问题的产生。

以本项目为例，片区东西南三面地势高，强降雨时，周边道路未及时收纳的雨水会沿片区内部路汇集到A 点，加剧了A 点的内涝问题。

3.2.4 规划引领不到位

本工程片区内部路一规划雨水从A 点分别向西、南两侧汇集，但由于片区内部路一南侧居民小区地势低，道路进行改造时，并未抬高A 处标高，雨水无法向两侧分流，造成积水。因此，规划的引领不到位，也是造成内涝的原因之一。

城市社区排水系统规划缺乏整体性，造成了地势相对较低地区的排水困难，引发内涝问题。因此，相关部门在进行排水规划编制时，需在考虑道路建设的同时，解决排水出路。经评审、审批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[4]。

4 内涝防治工程设计方案探讨

由于各地区实际情况存在差异，内涝防治工程设计需要解决的问题不同。设计中应因地制宜，“一事一议”，制订合理有效的设计方案。

4.1 源头减排

内涝的防治首先要增强雨洪控制利用的意识，实现从源头减排。

4.1.1 基于海绵城市理念的改造

对周边老旧小区及道路改造时融入海绵城市理念，利用透水铺装、雨水花园、调蓄模块等措施减少径流量，延缓洪峰时间。建议增加周边地块改造时的海绵指标要求，降低排涝压力的同时，践行低影响开发（LID）理念，加强雨水综合利用，通过海绵城市的建设从源头上缓解片区内涝问题。

根据《青岛市海绵城市专项规划》（2016—2030 年），该片区位于青岛市海绵城市建设排水分区10，年径流总量控制率为72%，对应的设计降雨量为24.9 mm，SS 削减率为51%，内涝防治标准按50 年一遇考虑。目前该片区的年径流总量控制率仅为56.2%，距离海绵控制指标有很大的差距，在进行片区改造时，可采用下凹式绿地和透水铺装以及调蓄结合的措施实现海绵控制指标。

4.1.2 各片区协调，减少客水汇入

内涝防治不是一个片区的问题，需各片区统筹协调，在进行片区改造时充分考虑排水问题，增加雨水收集能力，减少客水汇入，避免增加内涝风险。

本工程周边片区目前年径流总量控制率也不满足海绵城市控制标准，在降雨量较大时，雨水管网不能及时将雨水排出，造成雨水汇入到本片区，进一步加剧了本片区的内涝问题。本工程设计时考虑客水汇入，将汇水面积提升至25 hm2，增大设计管网排水能力，并建议对周边片区提出老旧小区及道路改造时增加收水能力的要求。

4.2 提升管网排水能力

青岛市区暴雨强度公式：

式中，i 为暴雨强度，mm/min；P 为设计暴雨重现期，a；t 为降雨历时，min。

4.2.1 提高设计重现期

根据GB 50014—2021《室外排水设计标准》，该片区位于超大城市中心城区重要地区，设计重现期取5~10 年，取消降雨历时折减系数。鉴于该片区已出现多个积水点，本设计取10 年。提高设计重现期，以提高设计管网排水能力。

4.2.2 提升管网排水能力

原管网排水能力不够是造成内涝的主要原因，提升管网排水能力是内涝区域改造的关键所在。

本工程片区北侧是排水的唯一出路，对穿越地块a 的管线进行改造。在地块开发预留的市政管线通道内，敷设1800mm×1 500 mm 雨水暗渠代替原DN800 雨水管，大大增加排水能力。为防止暗渠在地块a 内发生倒灌，设计采用混凝土现浇一体渠，在拐弯处设计检查井筒。雨水暗渠较原设计雨水管大大增加了过流面积，起到了缓冲作用，可大大缓解积水问题。

本设计对原有雨水口进行改造，在片区内部路主要积水点最低处增设六箅和十箅偏沟式雨水口，用以收集路面雨水，增大收水能力，减少路面积水。

4.2.3 雨水分流

在现有排水管网无法改造，或改造后仍无法达到设计排水能力时，可考虑其他排水出路，进行雨水分流。

本工程设计雨水渠能满足设计排水需求，但保险起见，设计沿地块a 东侧新增一条DN1 000 雨水管，进行雨水分流，增加排水能力。设计雨水管接自片区内部路一，初级中学西南角处，沿地块a 红线向北，再向西，与设计1 800 mm×1 500 mm雨水渠共同接入居民小区b 内现状雨水渠。双出路的排水设计能大大缓解片区积水问题。

4.2.4 下游清淤

排水工程改造是系统工程，仅对本段管线进行改造不能彻底解决内涝问题。本工程下游居民小区b 内现状1 800 mm×1 800 mm 雨水渠淤积严重，对下游250 m 雨水渠进行清淤，清淤量约165 m3，保证排水顺畅。对沿途雨水检查井进行维护加固，安排专人定期进行管渠清淤，保证管网的正常运行。

4.2.5 设计中的其他问题

本工程穿越正在开发的地块，为避免地块建设影响市政管网的运行，设计了临时管工程，正式管投入使用后，废除临时管。

工程设计终点为居民小区b 内现状管网，施工时需论证对小区内现有建筑物的影响，采取钢板桩加固等保护措施。属危重大工程的分项需经专家论证后实施。

经勘探，本工程地下水位埋深1.0~2.3 m，施工过程要有合理的降水方案。根据岩土勘测报告，设计管渠位于淤泥质黏土层，地基承载力约90 kPa，需对管底下80 cm 进行石渣换填；管底基础以上采用风化砂回填。管道回填的技术要求及回填土压实度应满足GB 50268—2008《给排水管道工程施工及验收规范》的规定。

施工前应对开挖范围内现状苗木进行假植，施工完成后按原点位恢复种植。

对施工可能影响到的现状燃气管线和通信管线进行迁改，对开挖基坑可能影响到的现状给水管线进行保护。