基于微改造的历史文化城中村水浸治理探讨

张伟成，李龙泉，喻思颖，邵 星

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311100；2.浙江省华东生态环境工程研究院，浙江 杭州 311100；3.成都景瑞霖环保工程有限公司，四川 成都 610000)

1 研究背景

近年气候变化越发极端，短时强降雨频发，对城市的运行产生局部范围性的冲击，甚至造成较为严重的安全事故。2021年4月国务院办公厅出台《关于加强城市水浸治理的实施意见》，提出系统建设城市排水防涝工程体系。相比国外构建完善三重排水系统，我国总结长期经验，凝练出“源头减排、雨水管网、排涝除险”内涝防治内涵，有效地指导开展城市或者地区级别的内涝防治工作，取得显著成效。由于以往城市开发思路不够全面，建设标准较为混乱，少部分片区因各种原因形成内涝，更多的是出现城中村等点状水浸问题，切实影响到人群聚集区的日常生活。目前也有不少地块级别水浸改造研究，刘云帆[1]等利用InfoWorks ICM进行多因子层次分析，考虑不同降雨情况下管网运行情况，从整体方案比选层面提出推荐方案。罗鸣[2]等研究不同河道水位对管网排水能力变化影响分析，提出调控至合适河道水位以保障管道正常排水。王登敏[3]以深圳市南联第六工业区水浸点为例分析SWMM模型效果后评价。朱玉玺[4]以TOD小镇为例研究在下游水位边界过高的条件下提出调蓄加强排方案。倪培桐[5]以荔枝湾涌水浸点为例提出确定其临界雨量指标方法来供基层部门开展防涝应急。以上研究关注点侧重宏观层面，较少关注降雨自落到地面后雨水流动、排水设施运行状况变化及方案落地性等，本文以珠海市北山村为例，从系统性排水思维去阐述受现场条件限制、边界众多条件下的低洼点水浸治理思路及方案，以期为类似地区治理工程提供经验借鉴。

2 工程概况

2.1 北山村概况

北山村，隶属于广东省珠海市香洲区南屏镇，东距市区3km，南距澳门2km，地域面积约5km2，人口约6万人。北山村历史悠久，是珠海市最早的乡村定居地之一[6]，2009年经广东省人民政府批准公布为第二批广东省历史文化名村，2020年省政府批复珠海市北山村保护规划(2020—2027)，划定相关保护范围并制定保护与发展的相关要求。

2.2 北山村水浸现状

北山村作为最靠近香洲中心区的城中村之一，容纳众多本地及外来的生活人口，以往对排水管理不足，合流排水及面源污染严重，严重污染北山排洪渠，导致北山渠被列为黑臭水体。为从根本上改善村内居民生活环境，2020年起香洲区大力推进前山河流域水环境综合整治工程，以治理水环境为主，兼顾区域水安全及水管理。

2021年6月1日珠海市发生特大暴雨，短期降雨量大，持续时间长，香洲区最大1h降雨约5—10年一遇，造成北山村北街一、二、三巷出现大面积水浸，约2400m2，村内水浸持续3h，水深约0.5～1m，如图1所示。

图1 北山村水浸范围及地形分析图(单位：m)

3 水浸成因分析

水浸成因是多因素引发的，既有人为管理疏忽因素，又有排水设施考虑不周因素，因此需要将该地块排水全过程涉及的因素进行系统分析，找到主因，为后续施策提供导向。

3.1 地形分析

北山村地坪原为冲积平原形成，村落靠近东南角正岭山而建成，原周边均为低洼田地，经长时间开发后，周边地坪已加高至约3.5m，使得北山村局部低于周边。北山村整体地势南高北低，地坪标高为2.48～13.7m不等，坡度约4.3%，形成南北向坡面。北山正街以北片区地势偏低，仅为2.5～3.5m左右，最低点低于市政道路约1.5～2m。北二巷至北三巷区域为以北片区低洼范围，面积约2.5hm2，现状地坪标高约2.50～2.85m，与周边地势相比形成“锅底位”，该范围本身排水困难，加上北山正街以南片区部分区域地面坡度较大，雨水来不及汇入管网系统，形成地面漫流流至该处，更加剧该处排水压力，使得该处成为北山村水浸重灾区。

3.2 排水设施分析

3.2.1排水管网

北山村房屋密集，村内主通道如北山正街宽3～5m，巷道多为1～2m，经前期雨污分流改造后，道路上基本建有两套系统，但受限于巷道施工条件部分未能实施，使得村内整体呈分流制、局部合流制。北山村现状排水管网走向如图2所示。

图2 北山村现状排水系统图

(1)污水管网

污水系统分为3个片区，分别为北山正街以南片区、北山正街以北片区及北山村东南片区。以北山正街为界，南侧污水均通过DN300～DN400污水管接至北山正街DN400～DN500，最终接村外DN800污水管。北侧污水因地势较低，无法接入北山正街系统，通过DN300污水管接至沿河DN800污水管。东南片区沿着白沙街DN300接至杨氏大宗祠北侧道路DN400污水管，最终接村外北山路DN400污水管。

(2)雨水管网

雨水系统东南片区雨水管道部分经杨氏大宗祠DN1200管道接入现状暗涵段，正街以南片区通过北山正街DN400～DN1000雨水主管接驳入北山牌坊现状箱涵。正街以北北二巷片区雨水经DN400管道接入2号泵站，北三巷及北山里片区保留有历史建筑，原有系统未进行雨污分流改造，分别通向3、4号泵站而后排入北山排洪渠。

经对现状进行水力校核，按3年一遇重现期计算，北山正街雨水管作为主排水通道，存在0.94m3/s流量缺口。

3.2.2排水泵站

北山村地势较低，现状排水依靠重力排水及北侧5个泵站压力排水相结合，由村内管理。5个泵站流量均为800m3/h。受限于水泵及电气设备老化，现状实际排水能力仅为300～400m3/h，且前池偏小，淤积较为严重，来水转输入池速度较慢，导致水泵启停频繁，进一步影响泵站稳定运行，无法满足排涝需求。目前1#泵站已无法使用，正对5#泵站进行扩建，规模为2.1m3/s，满足其分区排水要求。

3.3 河道分析

北山排洪渠位于北山村北侧，作为北山村历来排水通道，该渠起至南湾北路，末端排入前山河，汇水范围如图3所示。渠道总长约1.6km，宽4m，高2m，其中1.1km为暗渠，河道坡降为0.8‰，末端渠底标高为-0.2m，低于前山河0.5m常水位，呈半淹没出流。根据水文计算，按50年一遇防洪标准，位于北山村明渠段断面的理论水面线标高约为2.8m，若考虑排洪渠平时存在淤积或其他侵占河道断面的影响，水位上涨迅速，实际上会比2.8m要高得多。北山村大部分地坪标高在4m以上，北山正街北二、三巷为区域地势低洼点，现状地面标高约2.5～2.8m，低于河道水位，沿河大部分建有防洪墙，但北二巷出口用作村内外交通，该处未有防洪墙，地坪标高仅为2.5m，约比渠底高1.2m，造成河水漫堤倒灌，此外原截流系统也存在河水倒灌，冒溢至地面，进一步造成水浸。

图3 北山排洪渠汇水分区图

3.4 成因总结

综上分析，发现北山村在过程转输及末端排放均存在问题：村内排水管网标准过低，排水泵站规模过小且非正常工况运行；区域地势较低，受南侧片区漫流雨水入侵；受下游前山河水位顶托，北山排洪渠过流能力不足，水位上涨过快，造成河水倒灌。因此，北山村水浸成因总结为高水低排、排水设施能力不足、下游河道顶托倒灌。

4 水浸治理方案研究

4.1 治理原则

(1)规划衔接原则

与相关规划充分衔接，做好近远期划分，根据规划要求控制地坪竖向设计，明确排水分区及出路。

(2)污涝共治原则

坚持流域系统治理，坚持雨污分流原则，以免混流污水对末端强排系统造成干扰，甚至污染河道。

(3)系统化整治原则

从排水过程涉及的源头减排、过程转输、末端排放三大环节方面进行系统性思考，提出整体方案，结合现实的实施条件分步实施。

(4)建管并举原则

统筹工程建设和应急管理，加强养护、定期检查。做好超标雨水应急处置，提前预降水位，同时配备好足够的现场应急人员及物资。

4.2 技术路线

北山村作为省级历史文化名村，除了具有一般性质的城中村房屋密集、排水较为混乱等特点外，最为显著的是划定核心保护范围及建设控制地带。因此，在进行水浸治理等涉及公共设施建设时，除需执行一般的建设规划规定如要实行雨污分流、集约规划外，还需遵守历史文化保护的原则性要求，即不得改变原有格局，尽可能地微扰动、精细化改造，做好近远期片区建设时序衔接，本质是建设过程中要对文物建筑做好保护而不被损坏，防止野蛮开挖、大拆大建、以新替旧。结合规划导向、问题导向及目标导向，剖析水浸现状问题，梳理成因，紧扣治理与保护的主题，明确水浸治理标准，对不满足要求的雨水管渠及提出改造及分流要求，同时针对现状地势低洼的区域建设强排泵站，来保证区域排水安全。水浸治理系统化技术路线如图4所示。

图4 技术路线示意图

4.3 方案研究

4.3.1设防标准

从流域层面上来讲，包括河道防洪水利系统及管渠排水市政系统，两者研究的时段是不一致的，需将两者标准基本衔接起来，避免出现某环节出现瓶颈从而造成投资浪费。从设计暴雨雨峰及设计洪水流量两方面来分析[7]，结果见表1。

表1 市政排水与水利防洪设计暴雨流量衔接关系表

根据以往规划成果，北山村排洪渠为50年一遇防洪标准，以前山河水位反推得出北山村明渠段设计水面线标高为2.80m，以此作为控制水位。考虑到10年与50年防洪工况前山河水位高差相差不大，算上安全超高，地坪设防标高可取3.1m，从现实降雨过程来看基本可满足此处水位设防要求。

根据现行室外排水设计标准，珠海市属于大城市，排水管网重现期取2～5a，水浸重现期取30～50a，允许退水时间为1～3h。北山村大部分属于建设控制地带区域，其中正街以北片区属于核心保护范围，为确保历史文物价值不受损坏，对其主要采用日常保养、防护加固、现状修整及重点修复，因此片区以不扰动或少扰动改造为主，加上该范围巷道宽度基本为2m，现状地下综合管线已占满地下空间，同时已实施过雨污分流工程，采用深挖或者综合管廊等技术扩建现有排水以提升管网排水能力，若按照DN600管道开挖宽度1.4m计算，必然会沿线影响到房屋地基[8]，在文物保护、房屋安全保护以及财政审计等角度上看已不现实。根据北山村控规成果，北山村远期调整为商业服务业设施用地为主，整体对北山村现状用地及房屋建筑进行规划改造，同时调整外围规划路网及北山排洪渠，届时可同步完善北山村整体防洪排涝系统，因此从规划层面、历史文物保护层面、排水设施用地及可实施性层面，本次水浸治理以微改造为主，维持现状2—3年一遇标准，做好相关收水及排水工作，解决近期水浸问题，基本可满足近年统计96%以上降雨场次排水需求。

4.3.2前置参数调整

在进行排水管网水力计算前，需要考虑各排水分区收水效果，特别是在现状地形大陡坡的条件下，避免出现空管收不到水的情况。片区内道路上基本按20～40m设有雨水口，各管道汇水范围较小，布置数量基本合理，因此需重点分析单个雨水口收水效果。

北山正街以南片区地坪标高从13.7m降到3.5～4m，坡度约3.5%，远大于一般道路1%以内坡度，雨水口收水效率必然发生变化。雨水口泄流能力的大小对于计算低洼地区的积水程度或路面雨水排除效率十分重要。经实验研究[9-10]，雨水口收水能力既与雨水井、侧支管及篦前水深有关，也跟来水流速及过水断面、道路横纵坡度有关，径流量、水深及纵坡越大，泄流效率反而变小，约为标况80%～90%。考虑实际排水过程中因路况差异带来必然存在的效率折减以及可通过良好管养减少因堵塞所带来的折减等因素影响，本次作如下约定：当路面坡度为1%左右，雨水口泄流效率折减系数取0.9，当路面坡度在1%～3.5%，雨水口泄流效率折减系数取0.85。因此，进行管道水力计算需考虑折减系数，同时未能收集的雨水及超标雨水将形成地面径流，在计算低洼片区雨水量时需考虑该漫流雨水，以确保排水安全。

4.3.3方案比选

前文已结合北山村现状条件以及上下游排水衔接关系，总结北山村水浸成因，除了北山村内部排水设施能力不足外，还有外部水位顶托问题。北山村村内大部分区域前期已实施过正本清源，改造过一轮排水管网，同时结合规划与历史文化保护要求，已无法再大规模扩建，只能从村外围提升其排水能力。因此，本文研究在改善排水能力后如何控制河水不倒灌从而解决近期水浸问题。

4.3.3.1 方案一：控制明渠水位

北山排洪渠防洪能力远达不到原设防要求50年一遇，受前山河水位顶托，当遭遇10年一遇洪水时容易造成明渠段冒溢[6]，同时上游南湾北路经改造将其服务范围雨水全部排入北山渠，加剧北山渠排洪压力。而北山渠中下游段(仙桥路-前山河)基本为沿路暗涵，仅在仙桥路口附近有一段明渠，且周边地坪基本在4.0m以上，经长期监测中下游段实际水面线未超过设计水面线，该段满足防洪要求，无需再次改造。因此，若要降低明渠段水位仅能利用强排措施将明渠来水抽排至中下游，水位控制以北山村北二巷最低地坪为限，考虑0.2m超高，控制明渠水位在2.3m以内。

北山渠明渠段上游服务面积约66.6ha，采用《广东省暴雨径流查算图表》查图算法，得出5年一遇洪峰流量约15.3m3/s，10年一遇17.41m3/s。因此，需在明渠段北侧利用公园用地新建一座17.41m3/s排涝泵站，排涝泵站布置采用3用0备，单泵流量为5.8m3/s，出水下游作护坦、防冲槽消能后排入河道。当雨量降雨较小时，可开启自排闸排放河水，当雨量较大，下游水位顶托，明渠段河水上涨至控制水位2.3m，此时关闭自排闸，开启强排泵站将高峰期河水抽排出去，可保障上游服务面积不再发生相应的水浸。

4.3.3.2 方案二：原位改造，外挡内排

由前文可知，北山村前期经过改造，以雨污分流为主，并未系统考虑水浸问题。考虑到文物保护要求及财政投资等因素，本次维持现状2～3年建设标准，优化原有排水分区，改造强排泵站，截断河道与管网连通通道，控制高水高排，避免入侵至低洼地区。当河水上涨至控制水位时，要关闭闸门，以免河水倒灌后形成循环抽水，同时开启水泵强排对村内来水进行抽排，实现外挡内排。

(1)水力计算

由于北山村以北片区存在低洼易涝区域，地表漫流雨水入侵，加剧排水压力，因此本次结合现状管网排水能力及泵站改造条件，调整原有排水分区，确保在降雨较大时来水路径及排水能力均满足要求。本次调整后北山村共划为6个分区，其中6#分区不受明渠段水位影响而直排市政雨水系统，5#分区已在扩建泵站满足该分区要求，因此本次只研究1#～4#分区，按2年一遇校核，如图5所示、见表2。

表2 设计水力计算表

图5 北山村雨水系统及排水分区图

本次重现期取2年一遇，1#分区雨水量为1.37m3/s，2#分区雨水量为0.7m3/s，3#分区雨水量为0.56m3/s，4#分区雨水量为0.18m3/s。

(2)方案布置

受限于工程边界及历史文物保护要求，同时衔接上层次规划，不宜对村内管网进行再次改造以及扩大泵站用地，以确保方案合规、可实施。将北山村划分为6个排水分区，合理调整排水分区，通过对易涝区域进行微改造以实现外挡内排，总体方案布置如图6所示。

图6 方案二总体布置图

一是合理调配各泵站进水，与现状管网过流量相匹配。结合各分区雨水量及泵站可扩建空间，在北山正街沿线截水沟收集以南片区地表漫流雨水，转输至1#分区，严格控制高水高排，避免以南片区地表雨水入侵到2#、3#易涝区域，同时对地形进行微塑造，将易涝区域低洼地区整体调坡避免积水，作为该区域超标雨水地表排水通道，以地表排水深度不超0.15m为限，引导雨水有序排入2#、3#泵站进水廊道，克服前池来水不足问题，以提高泵站运行效率[11]。

二是调整地坪标高，构造单向排水。在北二巷出口处改造进出村人行便桥，控制地坪标高在防洪水位以上，与现状防洪墙形成连续挡水设施，并对原截流口、直排口增设可控闸门，避免河水倒灌。

(3)方案比选

北山村水浸属于系统性问题，涉及自身排水管网及下游水体顶托倒灌问题，无论从整体改造水体或是局部微改造，从效果来讲，均可满足水浸点治理的要求。考虑到北山村更新时序、规划衔接性以及文物保护要求，着眼解决近年北山村水浸问题，采用微改造方式即方案二更为合适。

4.3.4超标应急管理

围绕精细化管理目标，政府部门应完善水浸防范应急预案，明确预警等级及相应的措施和处置程序，监督管养单位建立专业排水应急队伍，配备先进、适用的排涝抢险专用设备。对于重点水浸区域，明确巡查人员、预置抽排设备和应急物资，及时组织开展防涝抢险救灾，落实安全防护和交通疏导措施。当河道水位达到设定预警水位时，应急人员按照预案做好现场抢险，加强泵站抽排，及时联动河道管理部门，综合调度控制水位，以应对超标暴雨，保障人民群众生命安全，不造成重大财产损失和人员伤亡。

4.4 效果预测

按照珠海市对水浸标准的定义，需同时满足以下3个条件才定义为形成水浸：积水时间超过30min，积水深度超过0.15m，积水范围超过100m2。本次以一般地区成灾上限值为水浸消除效果校核。

2022年5月12日发生短时强降雨，香洲区雨量约65mm/2h，基本接近2h一遇标准，此时河水倒灌进村的水位约在2.8m左右。本方案以2～3年重现期标准优化调整各泵站汇水分区，控制高水高排，通过路面坡度有效地引导雨水进入泵站排放，充分考虑泵站前池来水时间及泵排时间，使泵站可在高效区间稳定运行，解决自身排水设施能力不足问题，同时打造连续防洪墙及单向排水体系，解决河水倒灌问题。对标以上实际降雨，在良好管养的情况下，预测北山村可满足80mm/2h降雨不产生水浸点。

5 结语

针对涉及历史文物建筑的低洼城中村如珠海市北山村等因历史变迁演变而造成水浸问题，本文研究自降雨至末端排放这一全过程排水各要素变化，剖析北山村水浸成因，提出外挡内排的整治策略。以保护北山村核心保护范围内的文物建筑为首要，坚持微扰动、精细化的原则，结合北山村旧改时序、规划合规性等要求，调整实际收水效率参数，进行大、小排水系统两类方案比选，得出泵排与加堤相结合的方案，以解决北山村水浸问题。建议下一步可从流域调水层面研究调整明渠上游段分流至其他排洪渠的可行性，以充分挖掘在城市建设过程不同阶段下各河道调洪调度能力，从而遭遇超标雨水时具有减轻灾害的可靠途径。