摘要：近年来国内城市内涝灾害频发,给人民的生产生活带来了重大危害,气候的变化,城市过快发展导致硬覆盖增加,雨水管渠建设标准低,设施不健全,管理不到位是导致城市内涝的主要原因。低影响开发从源头减小雨水径流量,提高排水管渠设计标准,建设雨水调蓄设施, 暴雨强度公式的修编及设计重现期的选择也是关系到排水迅速与安全的重要因素。加强排水系统维护和管理等措施可以减少城市内涝灾害的发生。
关键词：城市内涝；低影响开发理念；暴雨强度公式；设计重现期
1 概述
2011年7月,内涝继续肆虐。今年最大的一场暴雨袭击成都,连续3个多小时的强降雨,造成了成都市内交通局部瘫痪。最大降水出现在成都市区的一自动站采集点,5h内降雨量达到215.8mm。同样的内涝也出现在北京这个国际化大都市。2011年6月23日,北京遭遇了10年来最大的一场暴雨的侵袭,全市共有29处桥区出现严重积水,22处路段因积水无法通行,交通中断。
2012年7月21日,北京出现了61年来的最大降水。全市平均降雨量170mm,城区平均降雨量225mm,为新中国成立以来北京市最大的一次降雨过程,降雨量在100mm以上的面积占全市的86%以上; 强降雨一直持续近16h; 全市最大降雨点房山区河北镇为460mm,接近500年一遇。
2 国内外城市排水规划与建设现状
日本于1963年开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池,并于1992年颁布了“第二代城市下水总体规划”,正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分,要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施。
美国早已有强制性防城市内涝的法律,其多个州均立法规定,城市新开发区域必须实行强制的“就地滞洪蓄水”,并制定了详尽的城市内涝防范、治理措施以及问责手段。如科罗拉多州、佛罗里达州和宾夕法尼亚州分别制定了《雨水利用条例》。这些条例规定新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平,所有新开发区必须实行强制的“就地滞洪蓄水”。
青岛被冠以“中国最不怕淹的城市”之名。青岛的丘陵地形以及三面沿海的位置决定了降雨时积得快,排得也快,与位于平原地区的城市相比,有很大优势。
另外,青岛市的雨水系统的设计重现期均高于国家标准。青岛主干道的排水重现期一般是3年~5年,部分暗渠甚至达到10年~20年的标准。
3 人居环境建设规划设计中的问题研究
3.1 雨水管道的设计流量
目前,雨水管道设计流量有面积叠加法与流量叠加法。面积叠加法计算雨水设计流量,方法简便,但其所有的设计流量偏水,而流量叠加法过程比较繁复,期所得的设计流量通常比面积叠加法大,偏于安全。两种计算方法简述如下,汇水面积计算简图如图1所示。
A,B,C为互相毗邻的区域,设面积FA=FB=FC,雨水从各面积上最远点分别流入设计断面1,2,3所需的集水时间均为T(min)。并假设:1)汇水面积随降雨历时的增加而均匀的增加; 2)降雨历时t不小于汇水面积最远点的雨水流达设计断面的集水时间T;3)为讨论方便假定径流系数Ψ=1。
3.1.1 面积叠加法
1)管段1~2的雨水设计流量:Q1~2=FA×q1。其中:q1为管段1~2的设计暴雨强度,即相应于降雨历时t=T的暴雨强度,L/(s·hm2)。
2)管段3~4的雨水设计流量:同理可得, Q3~4=(FA＋FB ＋FC) q3。其中: q3为相应于降雨历时t=T+t1~2+t2~3的暴雨强度, L/(s·hm2), t2~3为雨水在管段2~3中的流行历时。
3.1.2流量叠加法
1)管段1~2的雨水设计流量。 Q1~2=FA×q1。其中:q1为管段1~2的设计暴雨强度,即相应于降雨历时t=T的暴雨强度,L/(s·hm2)。
2)管段3~4的雨水设计流量:同理可得, Q3~4=FA×q1＋FB×q2＋FC×q3。由上可知,采用流量叠加法设计管段的雨水设计流量等于其上游管段转输流量加上本管段产生的流量之和,即流量叠加。而各管段的设计暴雨强度则是于该管段设计断面的集水时间的暴雨强度。由于各管段的集水时间不同,所以各管段的设计暴雨强度亦不同。而采用面积叠加法计算所得的Q3~4=(FA＋FB ＋FC) q3则是采用同一设计暴雨强度q3,使得计算结果偏小。
目前大多设计单位采用的是面积叠加法,面积叠加法计算雨水设计流量,所得的设计流量偏小;而流量叠加法所得的设计流量通常比面积叠加法大,偏于安全,特别是对于出现长时间的暴雨的设计比较准确,比如2012年北京连续16h的暴雨。
3.2 低影响开发理念
低影响开发理念是2011版《室外排水设计规范》提出的雨水综合管理新思路[2]。低影响开发理念强调城镇开发应减少对环境的冲击,其核心是基于源头控制和延缓冲击负荷的理念,构建与自然相适应的城镇排水系统,合理利用景观空间和采取相应措施对暴雨径流进行控制,减少城镇面源污染。
雨水利用措施具体包括:降低操场、绿地、公园、花坛、楼间空地的地面高程,一般使其较地面低0.5~1.0m,在遭遇较大降雨时可蓄滞雨洪;在停车场、广场铺设透水路面或碎石路面,并建设渗水井,加速雨水渗流;在运动场下、大型广场或停车场修建大型地下水库调蓄雨洪;或管道的中间或末端设置调蓄池。中间调蓄池位于一个排水系统的起端或中间位置,可用于削减洪峰流量和提高雨水利用程度。当用于削减洪峰流量时,调蓄池一般设置于系统干管之前,以减少排水系统达标改造工程量;末端调蓄池位于排水系统末端,主要用于城镇面源污染控制,如上海市合流污水治理一期工程成都北路调蓄池[2]。
3.3 关于暴雨强度公式的修编及设计重现期的选择
暴雨强度公式是确定雨水设计流量的重要依据[3]。公式的精度取决于统计资料的可靠性与统计方法的合理性。
以南宁市为例,南宁市使用的暴雨强度公式是1952年~1972年采用数理统计法推理得来的,而降雨量和降雨形式已有了很大的变化,与近年降雨实情有差距,因此有必要依据近年新增的暴雨资料,科学推求新的南宁市暴雨强度公式。近年来,国内对暴雨强度公式的研究,取得了一定的进展。在水文统计法的基础上,对选择方法、频率分布、暴雨公式参数求解,电算与非线性方程的应用等方面有了不少改进,提供了公式的精度。
主干道的设计重现期采取较大值是青岛排水设施经得住暴雨考验的一个因素。下面以南宁市某个工程为例,分析设计重现期取2年和5年对工程造价的影响,方案一采用的设计重现期是2年,方案二采用5年,其他外部条件两个方案均一致,方案一和方案二的雨水水力计算表如表1所示。
表1 不同设计重现期的雨水水力计算表
经过初步估算,就管道安装一项费用,方案一为408万元,方案二为520万元,加上其他管道附属设施,5年的设计重现期比2年的设计重现期的排水系统造价增加约30%。因此,可以在主要城市干道等比较重要的地方采用较高的设计重现期,以保证排水系统的安全可靠。
4 结语
为减少雨洪灾害对人居环境的破坏,在人居环境建设规划阶段时,应充分保留城市绿地,适当修建大型地下水库调蓄雨洪,在遭遇较大降雨时可蓄滞雨洪;铺设透水路面或碎石路面,并建设渗水井,加速雨水渗流,将低影响开发理念贯彻至人居环境建设中。同时,暴雨强度公式随着气候的变迁需要修编,有必要依据近年新增的暴雨资料,科学推求新的暴雨强度公式;选择合理的设计重现期也可以减少雨洪灾害对人居环境的破坏。
参考文献:
[1]张树良。城市排水系统规划与建设的国际经验[J]。资源环境科学动态监测快报,2010(11):67-69。
[2]上海市市政工程设计研究总院(集团)有限公司。室外排水设计规范[M]。北京:中国计划出版社,2011。
[3]北京市市政工程设计研究总院。给水排水设计手册第五册城镇排水[M]。北京:中国建筑工业出版社,2001。
论文作者:玉瑜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/26
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