排水系統整治工程與評價研究

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摘要:城市內澇對城市發展及居民出行帶來諸多不利影響，嚴重影響了城市的發展。基于對新開河主干排水系統現狀的分析，將內澇成因進行研究，提出7點成因，基于該成因提出相應的整治工程方案，方案具有較強針對性，同時對主干排水系統進行分區，不同區域采用不同的分流方案。經工程實踐證實，整體整治工程質量滿足設計要求和行業規范，對相應區域的內澇消除具有較大積極作用，且對其他相似工程具有一定的參考價值。

關鍵詞:城市內澇;排水系統;防洪排澇;整治工程

1工程概況

東莞市位于北緯22°39'22″～23°09'23″，東經113°30'03″～114°14'37″，東西寬76km，南北長40km，位于珠江三角洲中部的廣東省中南部東江下游，東面與博羅、惠州相鄰，南部與深圳比鄰，西部與番禺隔江(珠江)相望，北部連接廣州，屬于港、深、惠經濟走廊的核心區域。從廣州通香港的鐵路、公路、水路都貫穿境內，水陸交通方便。新開河系統位于東莞市區的北部，區域地形東高西低，兩側高中間低。旗峰山位于系統的東南部，山頂高程為153.80m(85國家高程，下同)，除山體外，東縱大道以南區域的地勢標高為12.54～40.12m，北側區域的地勢標高為16.40～22.99m，東縱大道的地勢標高為5.70～22.0m，新河北路的地勢標高為5.7～6.8m。近年來隨著全球氣候變化，廣東省出現強度較大暴雨的頻率變大，東莞市常年4月份便開始進入雷暴、強降水等強對流天氣多發的季節，每年都會有幾次強度大、歷時長、造成損失慘重的大暴雨。東莞市中心城區開發建設需求大(如圖1所示)，硬底化面積急劇增加，地面徑流量增大，而新開河系統屬市區內澇點最多、內澇最嚴重的系統，加上開發建設水文效應和東莞所在華南地區的亞熱帶季風氣候特有的“龍舟水”暴雨特征，客觀上使得該區域在強降雨情況下變得更脆弱。新開河主干系統(如圖2所示)的排水能力太小，不能滿足已完全城市化的新開河系統的現狀排圖140年來東莞市中心城區建設用地變化情況水要求，導致該片內澇頻繁。根據近幾年的管理記錄，新開河區域每年淹水的次數約15次，淹水深度0.3～1.0m，嚴重影響了居民的正常生活及周邊的商業，為解決片區嚴重的內澇現狀，必須擴大現狀排水管涵的排水能力，保證片區排水通暢。目前大量先進技術通過與實際項目的融合應用，將城市內澇治理提升至一個新的高度［1-3］。基于此，通過對先進管理理念和技術的研究，將城市市政雨水排放系統與排澇系統有機結合，充分利用地形及內河涌水系進行合理分區，完善雨水管網及排澇泵站建設。力爭到2030年，基本消除內澇區域［4］。城市建設應充分體現“源頭控制”理念，通過生態性措施，有效控制初期雨水污染，保護提高雨水資源化利用水平，同時積極貫徹“海綿城市”建設的理念［5-6］，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等低影響開發措施，降低綜合徑流系數，保護城市水文循環。

2主干排水系統現狀及成因分析

2.1主干排水系統現狀

新開河系統的整體地勢為東側高、西側低，南北兩側高、中間低，東縱大道為系統內地勢最低的主干道，系統內的雨水均從兩側匯至東縱大道的雨水系統后，然后由東向西匯至已經密閉加蓋的新開河，最終排入運河。因此系統的主干排水系統為:東縱大道雨水管涵—新開河—運河。東縱大道現狀已有雨污水管，且雨污水管均雙側布置，北側雨水管管徑為D1000～4.0×2.1～5.0×3.0，南側雨水管管徑為D1000～3.0×2.5～5.0×3.0。東縱大道敷設2根D2800排水管，接入新開河。新開河已于2003年加蓋，由于沒有相關排水規劃的指引，新開河均在現狀河道斷面上加蓋，導致加蓋后的斷面規整不一。另外，位于系統東南側的旗峰山的雨水，在流入山體下面積為55800m2的湖泊后，通過斷面為B×H=1.3×1.3m的箱涵排入雨水系統，進而進入東縱大道雨水系統，由于建設時無排水規劃作指導，導致沿途存在排水管涵建設無序、大管接小管的問題。

2.2內澇成因分析

2.2.1缺乏排水能力那些早期建設的主干排水系統隨著城市的不斷建設，已經明顯地改變了下墊面的條件，劇增了雨水徑流量，加之最近頻發的極端氣候，導致主干排水能力嚴重下降，難以滿足不斷增加的排水需求。2.2.2建設尚待完善內澇整治工程措施設有南北側分流措施，目前只實施了北側分流措施，按設計本應該匯入南側分流區域的雨水，現狀仍排至北側分流區域，增加了北側排水系統的壓力，導致北側排水系統仍存在一定的水浸現象。2.2.3調蓄功能并未開啟根據北側設計方案，暴雨期間，應開啟2#水閘，湖泊參與徑流洪水的調蓄，減輕新開河下游的排水壓力。但是，工程實施后，發現由于市區的截污并不夠徹底，仍有部分區域未敷設污水管網，或者部分用戶污水未能與污水管網良好對接，致使仍有污水流入雨水系統當中，影響了湖泊的水質，因此并未開啟調蓄。2.2.4排水設施管理維護水平低排水管道清淤長效機制尚未建立，市場化進程較緩慢，出現嚴重的淤塞和損壞部分排水管渠的現象，逐漸縮小了過水斷面，內澇程度日趨嚴重。2.2.5破壞排水設施行為嚴重城市雨污水管網混接、道路改造及道路兩旁的建筑工地不文明施工，排水戶排水不規范，大量的建筑余泥和垃圾堵塞排水管渠等破壞城市排水設施行為較嚴重，影響排水設施正常排水，極易形成內澇。2.2.6部分道路雨水口偏少目前，道路的雨水口偏少，雨水沿道路快速匯集到低洼地區，無法順利地收集至現狀主干管中，從而形成路面積水。2.2.7下墊面環境隨著不斷擴展的城市建設，變化最明顯的是匯水區域內的下墊面條件，主要是不斷增加的硬化程度，大大增加了雨水徑流量，導致排水灌渠超負荷。

3排水系統整治方案設計

3.1排澇標準及參數選擇

3.1.1排澇系統流量計算方法暴雨水量設計和計算公式見式(1)。3.1.2選擇暴雨重現期P值重現期P值屬于某特定暴雨強度值，具體來說是暴雨強度容易產生的一次平均間隔時間，前提是等于或大于該值的強度，單位用年表示［7-8］。在暴雨水量計算方法中，計算參數暴雨重現期P的取值對最終暴雨量計算結果影響最大，如果重現期利用較高的設計，得出的暴雨強度的計算結果就大，雨水流量設計也大，以及相應變大的灌渠斷面，導致工程建設費用高，反之則低。根據相關規范［9］，必須按照匯水區氣候特征、地形特點等條件進行雨水管渠重現期的設計，相同的排水系統既能選擇相同的重現期，也可以選擇不同的重現期。通常情況下，可以選擇2～5年的時間間隔作為大城市中心城區的重現期，中心城區重要地區一般采用5～10年。考慮到東莞市的城市特性，在對工程經濟影響不大的前提下，主干管渠的暴雨重現期P取5年。3.1.3其他參數的選擇(1)徑流系數徑流系數是降水量和徑流量的比值，前提是同一時段和同一流域面積內的徑流和降水。根據不同的時段獲取不同徑流系數。最穩定的數值是多年的平均徑流系數，可以全面體現出流域內自然地理因素影響降水形成徑流的程度，所以區域性鮮明。洪水期的降水徑流關系通常是通過洪水徑流系數反映出來，可以有效地預估洪水。計算徑流系數的公式為φ=R/P，其中徑流系數設定為φ，利用百分數顯示，徑流深度設定為R，降水深度設定為P。如果在0～1之間顯示φ值變化，那么φ大值在濕潤地區，干旱地區φ相對小。通常要根據地面覆蓋情況、路面鋪砌、地面坡度、地形、建筑密度布置等進行不同的設計。地面覆蓋種類的透水性是影響φ值的主要因素，其他影響因素還包括降水歷時、暴雨雨型和暴雨強度。由于是諸多因素的影響，不容易取得精確的數值。當前，在設計雨水灌渠的過程中，一般會根據地面覆蓋類型確定凈流系數的經驗數值，按照其范圍［10］，徑流系數見表1。在設計中，也可以采用區域綜合徑流系數。根據規范［，綜合徑流系數見表2。由以上分析，本工程綜合徑流系數基本取0.8。(2)粗糙度系數n值選擇渠道的粗糙度根據以往設計經驗并參考《給水排水設計手冊》相關章節，鋼筋混凝土管渠取0.013，管渠要求定期維護，以免滋生雜草或泥砂淤積。(3)排水渠道控制標高確定由于新開河、分流管涵均需接入東莞運河內，而東莞運河屬于人工運河，其與外圍自然江體之間依靠運河沿線多個閘孔連通。因此運河對市區排澇系統起著更大的排放和調蓄作用。晴天時關閉閘孔，運河全線蓄有一定水量。暴雨天時，下游閘門開啟，將河道內收集的雨水排入外圍自然江體。因此渠道末端控制高程取決于運河的洪水位高程。根據運河綜合整治規劃，管涵出口處運河洪水位為3.69m。(4)最小設計坡度按照最小充滿度下計算不淤流速控制的最小坡度見表3。

3.2排水系統分區

新開河系統內的地勢為南北兩側高、中間低，兩側的雨水均排入中間地勢最低的東縱大道，根據原設計方案，新開河系統雨水方案設計本著高水高排的原則，以東城大道為界在南北兩側均設置分流、整治措施，保證流域的排水安全問題，通過創業路—八達路排入運河，同時收集創業路—八達路以南市橋河系統的雨水。因此南側分流工程的分區具體如下:(1)新開河南側分流系統:服務范圍為旗峰路、東城大道、翠峰路圍合的區域，總服務面積295.41hm2。(2)新開河北側分流系統:服務范圍為除去南側分流系統其余新開河系統，統服務面積為897.19hm2，本系統的分流措施已經實施。(3)市橋河南側分流系統:服務范圍為市橋河系統創業路—八達路以南范圍，服務面積為93.51hm2。北側分流工程已全面施工竣工并投入使用。主要工程內容是:(1)沿東縱大道上設置分流管涵，分流管涵管徑為D2800，共設有兩根，排水能力為41.20m3/s，雨水排入新開河，排水管道總長度約3.94km(1.97km×2)。(2)針對兩處地勢低洼地段，設計采用泵站強排。泵站出站管管徑為D2800，通過新河北路排入運河。(3)利用人民公園的湖泊進行調畜。為了完善內澇三期系統，防止東城大道南側原設計自排的雨水進入北側區域，減少北側排水系統的壓力，杜絕北側排水系統的水浸現象。必須對南側排水系統進行設計。

3.3分流方案

通過現場踏勘，南側分流措施主要沿東城南路、東城大道、八達路、創業路敷設分流管涵。該方案截流新開河系統內旗峰山以北(含旗峰山)、東城大道以南的區域直接排入運河，同時，沿途還截流原屬于其它排水系統的匯入八達路、創業路的雨水，解決了澳南路、圓嶺路的內澇問題。本分流管涵總的匯水面積約388.92hm2，分流水量為72.88m3/s，其中分流屬于新開河系統的排水面積約295.41hm2，暴雨量為59.8m3/s，屬于市橋河南側系統排水面積為93.51hm2，暴雨量為13.08m3/s。分流主管總長6203m，分流管管徑為D1500～D5400。

4結語

目前城市發展迅速，許多城市均受到不同程度的內澇影響，極大地牽制了城市的發展。隨著海綿城市的理念不斷深入城市管理者和工程師的腦中，城市內澇的治理方式也在不斷改變和提升。基于新開河主干排水系統的現狀，提出7種成因類型，針對7種成因類型，需要采取針對性的設計措施。通過對排澇系統流量、暴雨重現期P值、徑流系數、粗糙度系數等參數的分析，同時將排水系統進行分區，繼而采取不同的分流方案。這一系列措施經工程實踐檢驗，極大地提升了新開河主干排水系統的排水能力，解決了城市內澇的難題，同時整體整治工程質量滿足設計要求和行業規范，對其他相似工程具有一定的參考價值。

參考文獻

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作者：陳楚喬 單位：東莞市水務局