（上海市水利工程设计研究院有限公司，上海，200061）
【摘 要】本文对地下空间进行了等级划分，并提出地下空间内涝防治标准。文章提出了地下空间挡水体系，并给出了对地下空间出入口设防高程确定方法。文章以上海市五角场地区地下空间为对象，应用MIKE Flood软件建立了路网和管网耦合的内涝系统数学模型，分析不同暴雨重现期下研究区域的积水范围和积水深度，在此基础上提出该区域地下空间设防高程建议。
【关键词】地下空间；内涝；防治；挡水
1．研究背景
城市地下空间作为不可多得的宝贵资源，是解决城市人口、环境、资源三大危机和实施可持续发展的重要途径，必须进行系统科学的规划，不仅要适应当前的发展，还要适应未来长远的发展。受日尔尼诺效应、城市热岛效应等因素影响，城市时常会遭遇极端强降雨天气，而目前城市排水及内涝防治基础设施建设标准较低，不足以应对极端强降雨。城市地下空间建设规模越来越大，面临的内涝防治任务越来越重，而目前城市地下空间无统一的内涝防治标准，也无明确的控制性技术要求，城市规划及地下空间规划对内涝防治安全问题没有进行充分考虑。受上述因素影响，使得城市地下空间面临的内涝风险越来越严峻，也是造成近些年来城市内涝灾害事件频繁发生的原因。对地下空间的内涝防治标准进行研究，从设计、施工、行政审批、运营管理等各个环节上控制相关风险显得十分的迫切及必要[1]。
2．地下空间内涝防治标准
2.1 地下空间分类
2001年11月国家建设部在修订并实施的《城市地下空间开发利用管理规定》中把城市地下空间定义为：“城市规划区内地表以下的空间”。城市地下空间的范围很广，根据功能属性划分，主要可划分为公用建筑设施、专业建筑设施、交通运输设施等。公共建筑设施主要包含地下商场、地下停车库等；专业建筑设施主要包含电力、通信、水利等行业专业地下建筑物设施；交通运输设施主要包含城市轨道交通、城市下立交、越江隧道等。
2.2 地下空间的等级划分和内涝防治标准
地下空间作为城市的重要组成部分，由于位于地下，低于城市地坪线，造成了它必将是城市内涝防治的重点保护对象。地下空间内涝防治标准主要体现在地下空间防御外水（城市内涝水）入侵的水平，可以用内涝防治重现期（外水入侵地下空间的重现期）来进行衡量。统筹考虑《防洪标准》[2]、《城市防洪工程设计规范》[3]及《室外排水设计规范》[4]等相关规范，城市地下空间防洪标准宜根据地下空间的重要性进行区别对待。根据地下空间重要性可将地下空间区分为三个级别，即特别重要、重要和一般。特别重要地下空间主要包括城市地下轨道交通、主干道下立交或地下通道、地下建筑面积≥50000m2的地下空间等，其内涝防治标准不低于200年一遇；重要地下空间主要包括地下建筑面积介于5000~50000m2的地下空间、次干道下立交或地下通道等，其内涝防治标准达到100年一遇；一般地下空间建筑面积≤5000m2的地下空间、其它地下立交或地下通道等，其内涝防治标准达到50年一遇。地下空间等级划分和防汛标准见表1。
表1 地下空间的等级划分和防汛标准
注：表中地下建筑面积主要指公用建筑设施，专业建筑设施的分级标准需根据工程自身重要性进行确定。
3．地下空间挡水体系及设防高程
3.1地下空间挡水体系
地下空间挡水按各行业功能和承载灾害能力的不同，制定的规范标准的参数要求也不尽相同，设定的挡水高度一般为统一定值，出现地势低的区域挡水绝对高程低、地势高的区域挡水绝对高程高的不合理现象，特别对于占地较大或类似地下轨道交通的地下空间，矛盾尤为突出。对于独立地下空间，考虑所在区域防洪除涝设防标准和城市排水能力，所有连通口的防水设防高程的设定应基本一致，共同形成设防系统，而不是简单地按照出入口地面高程增加一个数值，否则，要么造成地势高的连通口设置挡水设施的作用不大，要么造成地势低的连通口即使按照规范标准设置了挡水设施，但仍存在较大的防汛风险。因此，地下空间防汛挡水系统的核心理念是综合考虑地形地势、区域历史暴雨雨情和积水情况、区域防洪除涝能力、地下空间自身防洪挡水设施和排水设施等条件，系统分析地下空间所需要达到的防汛水平和标准。
地下空间各类连通口能一次性达到防汛安全高程是最可靠和最直接的，但由于受城市地势所限，部分连通口难以一次性达到设防挡水高程，此时需结合实际情况对连通口设置分级挡水措施。
分级挡水体系中可按两级高程进行挡水，第一级是基本挡水高程，第二级是安全设防高程。基本挡水高程应满足城市排水标准情况下暴雨强度的挡水要求，需兼顾防汛安全、管理风险和日常使用等因素进行综合确定。安全设防高程必须确保地下空间即使遭遇极其不利的情况，亦能确保地下空间自身防汛安全。一般情况下，一定区域范围内的地下空间应该具备一个相对统一的防汛安全设防高程，地下空间各通室外的连通口必须可以达到此挡水设防高程。典型出入口设防见图1~3[5]。
图1 机动、非机动车道出入口设防
图3 楼梯出入口等设防
3.2地下空间挡水设防高程
地下空间连通口安全设防高程应在遭遇历史最大暴雨强度时区域最大积水深度的基础上，考虑城市发展因素及一定的安全加高值进行确定。连通口安全设防高程可按下式进行确定：
H=Hd+R
其中： R=Hy+Hf+A
式中：
H—安全设防高程；
Hd—相邻道路路面标高；
R—连通口安全超高；
Hy—遭遇暴雨期间地下空间所在区域相邻地面可能最大积水深度（参考历史最大积水深度或通过城市雨洪运动过程模型模拟）；
Hf—考虑城市发展造成地面加高以及地下空间自身沉降造成的相对高差降低值；
A—安全加高值。
Hy可取地区历史统计积水深度或根据防汛标准对应的暴雨重现期进行计算分析。目前我国很少有城市进行长期积水点统计和数据积累收集基础工作，上海市近年来对城市主要积水点开始进行实时监测，但由于监测的点比较少、监测的时间长度也比较短，还不足以作为直接的取用依据。同时目前城市建设发展速度十分快，部分城区环境条件发生了巨大的变化，采用历史积水深度具有一定的局限性。根据地下空间的重要性，可采用相应防汛标准对应的暴雨强度，结合城市地形、下垫面、排水系统情况及规划等因素，通过建立城市雨洪运动过程模型，模拟分析区域地面积水分布及积水深度更为科学合理。
地下空间防汛挡水高程确定应考虑城市发展因素，随着城市发展，城市道路高程会随着城市发展不断加高抬升，地下空间防汛高程考虑城市发展因素是合理的，也是必要的。预留城市发展引起的地面抬升高度一般可取100~150mm。地下空间的沉降根据现有国家规范，不宜超过150mm，正常设计工况一般多控制在50~150mm以内。对于新建工程取高值，对于使用年限较长的工程取低值。综合以上两项因素，Hf取值可在150~250mm之间。
由于城市的地势情况、排水系统建设情况是动态的，理论计算的积水标高具有一定的不确定性，为确保地下空间的安全，需考虑附加安全加高值。参照《防洪标准》、《城市防洪工程设计规范》、《堤防工程设计规范》等标准与规范，设置安全加高是防洪工程的通用做法，虽然城市地下空间挡水安全与城市防洪不完全相同，但借鉴设置安全加高的方法通过实践证明是有效的。地下空间附加安全加高值主要从两方面考虑，一方面是确保地下空间的防汛安全，另一方面需与现行规范尽量衔接。现行相关规范对连通口的安全超高值一般在450~800mm左右，不考虑城市低洼地带易引起汇流积水因素，安全超高值扣除Hf值后，安全加高部分约为300~550mm，同时考虑连通口是否设置了有效截、排水设施，有取低值，无取高值。根据上海市近年来地下空间运行情况，非低洼地带设置450~500mm（约3个台阶）安全超高的地下空间没有出现过因外部区域地面积水危及地下空间防汛安全的事件，经验证明此安全超高值对于非极端灾害情况基本是安全可靠的。综合上述分析，附加安全加高值可取300~500mm，对于一般地下空间可取300mm，对于特别重要的地下公共工程设施，如轨道交通、大型地下商场、骨干民防工程等，可取500mm。
若采用分级挡水系统，基本挡水高程需满足地下空间在正常运行情况下的防汛要求，避免出入口频繁启动应急挡水预案，加大日常管理压力，影响地下空间正常运行，增加防汛风险。
基本挡水高程可按下式进行确定：
H’=Hd+ Hy+Hf=Hd+ R-A
分级挡水出入口防汛闸板设防高程需达到安全设防高程H，其中防汛挡水闸板设施的高度由安全加高值A确定。
地下空间安全设防高程可以根据地下空间的重要性和受灾后可能造成的灾损程度进行确定。地下空间根据其重要性可区分为特别重要、重要和一般三个级别，各类地下空间具体设防高程取用参考值如表2所示。
表2 地下空间挡水设防高程取值汇总表
一般注：区域积水深度Hy根据地下空间重要性选取相应的暴雨重现期进行计算分析。
4．典型区域地下空间设防高程分析
本文选取上海五角场地区作为研究对象，应用MIKE Flood软件建立了路网和管网耦合的内涝系统数学模型，分析在不同暴雨重现期下研究区域的积水范围和积水深度。研究区域的平均高程约3.5 m，西南侧区域的地势总体上相对较低，部分区域的路面高程不足2.5 m，研究区域东侧和南侧部分区域地势相对较高，部分区域路面高程在4 m以上。模型的计算区域高程分布情况见图4。
图4 路网模型范围和高程
本文对降雨重现期1~200年下研究区域路面积水区域和积水深度分布进行了模拟，见图5~12。
图12 200年一遇
根据模拟分析，该区域遭遇50年一遇、100年一遇、200年一遇时的积水高程总体差别不是很大，该区域积水高程分界可取3.60m，低于3.60m地区属易积水区域，该区域地下空间按此积水标高加相应安全超高值确定地下空间出入口设防高程；高于3.60m区域为相对不易积水区域，考虑到局地低洼积水现象，该区域室外积水厚度按150mm计。区域地下空间设防高程取值可按表3取。
表3 地下空间挡水设防高程取值汇总表
注：区域积水深度Hy根据地下空间重要性选取相应的暴雨重现期进行计算分析。
5．结论
（1）地下空间内涝防治标准主要体现在地下空间防御外水（城市内涝水）入侵的水平，可以用内涝防治重现期（外水入侵地下空间的重现期）来进行衡量。特别重要地下空间内涝防治标准不低于200年一遇；重要地下空间内涝防治标准需达到100年一遇；一般地下空间内涝防治标准需达到50年一遇。
（2）城市地下空间防汛挡水体系可采取两级挡水体系，基本挡水高程须满足一般暴雨情况下挡水要求，安全设防高程需满足工程所在地区防汛防洪要求。
（3）总体防汛高程、基本挡水高程需通过计算分析区域暴雨期间的积水高程、考虑城市发展引起积水高程抬升因素及设置必要的超高进行综合确定，文中给出了上述两个高程的计算方法和适用对象。
（4）文章应用MIKE Flood软件建立了上海五角场区域的路网和管网耦合的内涝系统数学模型，分析不同暴雨重现期下研究区域的积水范围和积水深度，在此基础上提出该区域地下空间设防高程建议。
参考文献：
[1]郑建楠.《论地下公共工程防汛影响论证的必要性》.上海：城市道桥与防洪，2007年4月第4期；
[2]中华人民共和国行业标准.《防洪标准》（GB 50201-2014）. 北京：中国计划出版社，2014年；
[3]中华人民共和国行业标准.《城市防洪工程设计规范》（GB/T 50805-2012）.北京：中国计划出版社，2012年；
[4]中华人民共和国行业标准. 《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2014版）. 北京：中国计划出版社，2014年；
[5]田利勇，陈峰，卢伟华，等. 城市地下空间出入口挡水设防标准探讨[J]. 中国市政工程，2013（z1）：28-31.
论文作者:程松明,田利勇,李路
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/14
标签：地下论文; 高程论文; 空间论文; 内涝论文; 积水论文; 城市论文; 区域论文; 《工程建设标准化》2016年5月总第210期论文;