排水系统整治工程与评价研究

摘要:城市内涝对城市发展及居民出行带来诸多不利影响，严重影响了城市的发展。基于对新开河主干排水系统现状的分析，将内涝成因进行研究，提出7点成因，基于该成因提出相应的整治工程方案，方案具有较强针对性，同时对主干排水系统进行分区，不同区域采用不同的分流方案。经工程实践证实，整体整治工程质量满足设计要求和行业规范，对相应区域的内涝消除具有较大积极作用，且对其他相似工程具有一定的参考价值。

关键词:城市内涝;排水系统;防洪排涝;整治工程

1工程概况

东莞市位于北纬22°39'22″～23°09'23″，东经113°30'03″～114°14'37″，东西宽76km，南北长40km，位于珠江三角洲中部的广东省中南部东江下游，东面与博罗、惠州相邻，南部与深圳比邻，西部与番禺隔江(珠江)相望，北部连接广州，属于港、深、惠经济走廊的核心区域。从广州通香港的铁路、公路、水路都贯穿境内，水陆交通方便。新开河系统位于东莞市区的北部，区域地形东高西低，两侧高中间低。旗峰山位于系统的东南部，山顶高程为153.80m(85国家高程，下同)，除山体外，东纵大道以南区域的地势标高为12.54～40.12m，北侧区域的地势标高为16.40～22.99m，东纵大道的地势标高为5.70～22.0m，新河北路的地势标高为5.7～6.8m。近年来随着全球气候变化，广东省出现强度较大暴雨的频率变大，东莞市常年4月份便开始进入雷暴、强降水等强对流天气多发的季节，每年都会有几次强度大、历时长、造成损失惨重的大暴雨。东莞市中心城区开发建设需求大(如图1所示)，硬底化面积急剧增加，地面径流量增大，而新开河系统属市区内涝点最多、内涝最严重的系统，加上开发建设水文效应和东莞所在华南地区的亚热带季风气候特有的“龙舟水”暴雨特征，客观上使得该区域在强降雨情况下变得更脆弱。新开河主干系统(如图2所示)的排水能力太小，不能满足已完全城市化的新开河系统的现状排图140年来东莞市中心城区建设用地变化情况水要求，导致该片内涝频繁。根据近几年的管理记录，新开河区域每年淹水的次数约15次，淹水深度0.3～1.0m，严重影响了居民的正常生活及周边的商业，为解决片区严重的内涝现状，必须扩大现状排水管涵的排水能力，保证片区排水通畅。目前大量先进技术通过与实际项目的融合应用，将城市内涝治理提升至一个新的高度［1-3］。基于此，通过对先进管理理念和技术的研究，将城市市政雨水排放系统与排涝系统有机结合，充分利用地形及内河涌水系进行合理分区，完善雨水管网及排涝泵站建设。力争到2030年，基本消除内涝区域［4］。城市建设应充分体现“源头控制”理念，通过生态性措施，有效控制初期雨水污染，保护提高雨水资源化利用水平，同时积极贯彻“海绵城市”建设的理念［5-6］，采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等低影响开发措施，降低综合径流系数，保护城市水文循环。

2主干排水系统现状及成因分析

2.1主干排水系统现状

新开河系统的整体地势为东侧高、西侧低，南北两侧高、中间低，东纵大道为系统内地势最低的主干道，系统内的雨水均从两侧汇至东纵大道的雨水系统后，然后由东向西汇至已经密闭加盖的新开河，最终排入运河。因此系统的主干排水系统为:东纵大道雨水管涵—新开河—运河。东纵大道现状已有雨污水管，且雨污水管均双侧布置，北侧雨水管管径为D1000～4.0×2.1～5.0×3.0，南侧雨水管管径为D1000～3.0×2.5～5.0×3.0。东纵大道敷设2根D2800排水管，接入新开河。新开河已于2003年加盖，由于没有相关排水规划的指引，新开河均在现状河道断面上加盖，导致加盖后的断面规整不一。另外，位于系统东南侧的旗峰山的雨水，在流入山体下面积为55800m2的湖泊后，通过断面为B×H=1.3×1.3m的箱涵排入雨水系统，进而进入东纵大道雨水系统，由于建设时无排水规划作指导，导致沿途存在排水管涵建设无序、大管接小管的问题。

2.2内涝成因分析

2.2.1缺乏排水能力那些早期建设的主干排水系统随着城市的不断建设，已经明显地改变了下垫面的条件，剧增了雨水径流量，加之最近频发的极端气候，导致主干排水能力严重下降，难以满足不断增加的排水需求。2.2.2建设尚待完善内涝整治工程措施设有南北侧分流措施，目前只实施了北侧分流措施，按设计本应该汇入南侧分流区域的雨水，现状仍排至北侧分流区域，增加了北侧排水系统的压力，导致北侧排水系统仍存在一定的水浸现象。2.2.3调蓄功能并未开启根据北侧设计方案，暴雨期间，应开启2#水闸，湖泊参与径流洪水的调蓄，减轻新开河下游的排水压力。但是，工程实施后，发现由于市区的截污并不够彻底，仍有部分区域未敷设污水管网，或者部分用户污水未能与污水管网良好对接，致使仍有污水流入雨水系统当中，影响了湖泊的水质，因此并未开启调蓄。2.2.4排水设施管理维护水平低排水管道清淤长效机制尚未建立，市场化进程较缓慢，出现严重的淤塞和损坏部分排水管渠的现象，逐渐缩小了过水断面，内涝程度日趋严重。2.2.5破坏排水设施行为严重城市雨污水管网混接、道路改造及道路两旁的建筑工地不文明施工，排水户排水不规范，大量的建筑余泥和垃圾堵塞排水管渠等破坏城市排水设施行为较严重，影响排水设施正常排水，极易形成内涝。2.2.6部分道路雨水口偏少目前，道路的雨水口偏少，雨水沿道路快速汇集到低洼地区，无法顺利地收集至现状主干管中，从而形成路面积水。2.2.7下垫面环境随着不断扩展的城市建设，变化最明显的是汇水区域内的下垫面条件，主要是不断增加的硬化程度，大大增加了雨水径流量，导致排水灌渠超负荷。

3排水系统整治方案设计

3.1排涝标准及参数选择

3.1.1排涝系统流量计算方法暴雨水量设计和计算公式见式(1)。3.1.2选择暴雨重现期P值重现期P值属于某特定暴雨强度值，具体来说是暴雨强度容易产生的一次平均间隔时间，前提是等于或大于该值的强度，单位用年表示［7-8］。在暴雨水量计算方法中，计算参数暴雨重现期P的取值对最终暴雨量计算结果影响最大，如果重现期利用较高的设计，得出的暴雨强度的计算结果就大，雨水流量设计也大，以及相应变大的灌渠断面，导致工程建设费用高，反之则低。根据相关规范［9］，必须按照汇水区气候特征、地形特点等条件进行雨水管渠重现期的设计，相同的排水系统既能选择相同的重现期，也可以选择不同的重现期。通常情况下，可以选择2～5年的时间间隔作为大城市中心城区的重现期，中心城区重要地区一般采用5～10年。考虑到东莞市的城市特性，在对工程经济影响不大的前提下，主干管渠的暴雨重现期P取5年。3.1.3其他参数的选择(1)径流系数径流系数是降水量和径流量的比值，前提是同一时段和同一流域面积内的径流和降水。根据不同的时段获取不同径流系数。最稳定的数值是多年的平均径流系数，可以全面体现出流域内自然地理因素影响降水形成径流的程度，所以区域性鲜明。洪水期的降水径流关系通常是通过洪水径流系数反映出来，可以有效地预估洪水。计算径流系数的公式为φ=R/P，其中径流系数设定为φ，利用百分数显示，径流深度设定为R，降水深度设定为P。如果在0～1之间显示φ值变化，那么φ大值在湿润地区，干旱地区φ相对小。通常要根据地面覆盖情况、路面铺砌、地面坡度、地形、建筑密度布置等进行不同的设计。地面覆盖种类的透水性是影响φ值的主要因素，其他影响因素还包括降水历时、暴雨雨型和暴雨强度。由于是诸多因素的影响，不容易取得精确的数值。当前，在设计雨水灌渠的过程中，一般会根据地面覆盖类型确定净流系数的经验数值，按照其范围［10］，径流系数见表1。在设计中，也可以采用区域综合径流系数。根据规范［，综合径流系数见表2。由以上分析，本工程综合径流系数基本取0.8。(2)粗糙度系数n值选择渠道的粗糙度根据以往设计经验并参考《给水排水设计手册》相关章节，钢筋混凝土管渠取0.013，管渠要求定期维护，以免滋生杂草或泥砂淤积。(3)排水渠道控制标高确定由于新开河、分流管涵均需接入东莞运河内，而东莞运河属于人工运河，其与自然江体之间依靠运河沿线多个闸孔连通。因此运河对市区排涝系统起着更大的排放和调蓄作用。晴天时关闭闸孔，运河全线蓄有一定水量。暴雨天时，下游闸门开启，将河道内收集的雨水排入自然江体。因此渠道末端控制高程取决于运河的洪水位高程。根据运河综合整治规划，管涵出口处运河洪水位为3.69m。(4)最小设计坡度按照最小充满度下计算不淤流速控制的最小坡度见表3。

3.2排水系统分区

新开河系统内的地势为南北两侧高、中间低，两侧的雨水均排入中间地势最低的东纵大道，根据原设计方案，新开河系统雨水方案设计本着高水高排的原则，以东城大道为界在南北两侧均设置分流、整治措施，保证流域的排水安全问题，通过创业路—八达路排入运河，同时收集创业路—八达路以南市桥河系统的雨水。因此南侧分流工程的分区具体如下:(1)新开河南侧分流系统:服务范围为旗峰路、东城大道、翠峰路围合的区域，总服务面积295.41hm2。(2)新开河北侧分流系统:服务范围为除去南侧分流系统其余新开河系统，统服务面积为897.19hm2，本系统的分流措施已经实施。(3)市桥河南侧分流系统:服务范围为市桥河系统创业路—八达路以南范围，服务面积为93.51hm2。北侧分流工程已全面施工竣工并投入使用。主要工程内容是:(1)沿东纵大道上设置分流管涵，分流管涵管径为D2800，共设有两根，排水能力为41.20m3/s，雨水排入新开河，排水管道总长度约3.94km(1.97km×2)。(2)针对两处地势低洼地段，设计采用泵站强排。泵站出站管管径为D2800，通过新河北路排入运河。(3)利用人民公园的湖泊进行调畜。为了完善内涝三期系统，防止东城大道南侧原设计自排的雨水进入北侧区域，减少北侧排水系统的压力，杜绝北侧排水系统的水浸现象。必须对南侧排水系统进行设计。

3.3分流方案

通过现场踏勘，南侧分流措施主要沿东城南路、东城大道、八达路、创业路敷设分流管涵。该方案截流新开河系统内旗峰山以北(含旗峰山)、东城大道以南的区域直接排入运河，同时，沿途还截流原属于其它排水系统的汇入八达路、创业路的雨水，解决了澳南路、圆岭路的内涝问题。本分流管涵总的汇水面积约388.92hm2，分流水量为72.88m3/s，其中分流属于新开河系统的排水面积约295.41hm2，暴雨量为59.8m3/s，属于市桥河南侧系统排水面积为93.51hm2，暴雨量为13.08m3/s。分流主管总长6203m，分流管管径为D1500～D5400。

4结语

目前城市发展迅速，许多城市均受到不同程度的内涝影响，极大地牵制了城市的发展。随着海绵城市的理念不断深入城市管理者和工程师的脑中，城市内涝的治理方式也在不断改变和提升。基于新开河主干排水系统的现状，提出7种成因类型，针对7种成因类型，需要采取针对性的设计措施。通过对排涝系统流量、暴雨重现期P值、径流系数、粗糙度系数等参数的分析，同时将排水系统进行分区，继而采取不同的分流方案。这一系列措施经工程实践检验，极大地提升了新开河主干排水系统的排水能力，解决了城市内涝的难题，同时整体整治工程质量满足设计要求和行业规范，对其他相似工程具有一定的参考价值。

参考文献

［1］侯爽．城市绿地产流过程的影响因素及径流系数研究［D］．北京建筑大学，2021．

［2］薛润生，宋沛林．基于开源WebGIS的河道设备管理系统开发［J］．水利技术监督，2021(12):91-5．

［3］张佳鸿，陈兴晖．南山区智慧水务系统及大数据清洗模型的构建与应用［J］．水利技术监督，2021(12):32-5，121．

［4］王静．东莞拟用10年彻底整治城市内涝［J］．给水排水，2015，51(5):146．

［5］陈逸，周亚超．基于Mike模型的海绵城市内涝整治方案效果分析［J］．智能建筑与智慧城市，2020(10):63-5．

［6］刘龙志，马宏伟，杜垚，等．基于Mike模型的海绵城市内涝整治方案效果分析［J］．中国给水排水，2019，35(12):13-8．

［7］周梦洁．我国典型城市的短历时暴雨强度公式计算与分析［D］．华东师范大学，2020．

［8］李豫虎．甘肃省礼县暴雨强度公式推求研究［D］．长安大学，2018．

［9］上海市政工程设计研究总院，北京工业大学，上海市政交通设计研究院有限公司，等．室外排水设计规范［Z］．国家质检总局．2006:247P．;B5．

作者：陈楚乔 单位：东莞市水务局