城市内涝综合治理方案探析

城市内涝综合治理方案探析

曹军

武警水电第六支队福建省361004

摘要：暴雨引发城市内涝在国内外都普遍存在，通常归咎于路面吸水太慢、地下排水管网的截面积太小，但许多城市、尤其是周边河湖水位较高城市的已有实践表明：大力建设海绵城市或排水管网的效果并不明显。按照雨水流向进行全程讨论，需要综合建筑、市政、水务等方面的多种因素，明晰内涝的本源机制，才能在有针对性的前提下实现高效治理。

关键词：城市内涝；综合治理；方案

1城市内涝及内涝治理体系

城市内涝指因降水超过城市排蓄能力而造成城市部分区域积水超过一定深度的现象。按照国家标准《室外排水设计规范》的界定，房屋底层进水或道路积水超过15cm积为内涝。内涝是造成城市日常社会经济活动停滞或交通中断的积水状态。城市内涝治理体系分为大系统和小系统。小系统是指由排管网和排水渠系组成的排水系统，大系统则是指包括内涝源头治理、过程治理措施、地表(包括道路)排水、小系统、城市蓄水空间和内涝承泄区(河湖、海洋)在内的蓄、滞、渗、排措施相互结合优势互补的内涝治理体系。最近有一个流行概念—“海绵城市”。海绵城市建设内容主要涉及大系统中雨洪源头、过程消化和蓄水空间拓展等，这些措施因兼具城市内涝防治、水质净化、生态与环境改善和景观美化等功能，而在世界各国城市水管理中得到普遍重视和采纳，被称为城市水问题的“最佳管理实践”。

2城内蓄滞尚存的问题

在具备了城外排水条件的情况下，解决内涝问题应当侧重于城内的排水管网建设和降雨蓄滞研究。其中，排水管网的全面改建或扩充不仅耗资巨大、工期绵长，而且将对城内居民的生产及生活造成很大干扰，容易诱发不安定隐患，须慎重决策。相对而言海绵城市的效益虽然较高，但常规工程蓄水滞流的能力有限，实践已经证明其对暴雨或较长时间大雨的排水调节并不明显，因此有必要在明晰现有措施局限性的基础上，探寻具备更大调蓄容量的技术手段。

2.1地面生态蓄水较少

园林城市的地表绿化率可达30%左右，这似乎不算少，但生态蓄滞设施需要通过重力流来收集雨水，而绿化面积中超过2/3都无法满足这个条件，故通常城内生态蓄水的面积占比ρ≯10%；再由于植物吸附效果和景观制约，扣除各种固体物质占用的空间之后，绿化地表的蓄水净深hm≯150mm。设城市地面的平均主动蓄水深度为h，则在理想条件下的饱和蓄水：h=ρ×hm=15mm。换言之，地面生态蓄水的效果不明显，还不到200mm暴雨量级的1/10；如果虑及城内的许多绿地高于主干道和广场，实际的h值还要小得多。此外，生态蓄水的消耗主要依靠自然蒸发和植物吸收，这是一个冗长的过程，其间若遇降雨，再次蓄水的能力将受很大影响。综上可知，城市绿地的生态蓄水容量不大，对中小降雨量或许具有一些可见的滞流效果，但对于诱发城市内涝的大雨、暴雨、大暴雨而言，这种措施只能算杯水车薪，显然无法从本源上解决问题。

2.2地下蓄滞效益较差

地下蓄滞管廊可视为城市排水管网的一种补充，平时蓄存雨水作为资源，雨季前可以预放排空，暴雨期间调节排水流量以减缓城外河湖的泄洪压力。因此，地下蓄滞手段在城市防涝方面具有较为明显的优势，不足之处主要是综合效益较差。地下蓄存雨水的势能太低，对于生产、生活、园林等绝大多数地面以上的项目而言，利用这一资源需要耗费提升的能量，与屋面蓄水相比既不低碳还会增加长期开支，而这就降低了社会各界主动利用雨水的积极性。

如果容量足够大，地下管廊的蓄水效果确实值得期待，但由于城市面积较大、地下原有的各种管网系统复杂交错，蓄水管廊与排水管道一样坡度将受到制约。由此可知，蓄水管廊在暴雨前的预排速度慢，与较为准确的1-3h暴雨预报配合调度的难度较大，这可能导致城市洼地部分发生内涝。为了顺利吸收雨水和避开原有的管网，地下蓄水管廊的埋深通常较浅，约为地面以下1-1.5m。若仅在荷载较小的绿化带之下设置蓄水管廊，如上节所述容量太小；若大面积设置浅层地下管廊，则只能采用小管+多管的复杂分布交汇方式，否则较大的荷载（渣土车等）就可能引发地表塌陷。而在城内建设集中式地下水库的风险太大：地震波导致的水力振荡和拍击将显著增加破坏力；较大水压的渗透、浮托、润滑、孔隙水压、溶蚀等不利因素长期作用，将大大降低地铁隧道、地下车库、建筑物基础等地下设施的经济寿命。

3我国城市内涝治理建议

3.1隔离通风杜绝室内污损

对较多屋顶自来水增压池进行的抽检表明，即便在水深3倍于500mm的长期压力作用下，采用三十年前防渗技术的水池亦未出现滴漏现象，仅在部分底面和下侧找到一些不太严重的渗浸水渍，对其下的屋面板并未产生渗透水源，这应主要应归功于隔离和通风。自来水增压池并非直接放置在屋面板之上，水池底部与屋面板之间均有数十厘米厚的隔离通风层，渗浸水在表面被持续蒸发或者风干，无法积聚成对屋面板产生实质影响的水滴。聚乙烯、聚氯乙烯等防渗膜的渗透系数≯10-12cm/s，即便最密实的混凝土防渗墙，也要近百米厚度才能与1mm厚的高分子薄膜拥有同等的防渗能力。如果采用这类高密度卷材按规范铺设在水池的内表面防渗，再按结构计算用最小的墩子在水池与屋面板之间留出足够的蒸发通风空间，即可彻底杜绝暴雨蓄滞水池长期渗浸对顶层室内装饰的污损。在经费较为宽裕的前提下，建议采用较薄的不锈钢板来设计屋面的暴雨蓄滞水池，并规范为若干固定的标准尺寸在工厂中统一制造。在钢材产能过剩的大背景下，如此不仅使大量的屋顶蓄滞水池安装快捷、施工干扰很小，而且质量更加可靠、不会因长期干燥而龟裂，对屋面板的附加荷载更小。

3.2分区蓄水控制屋面荷载

为了预留足够的安全通道和必要的检修通道，屋面的蓄滞水池应当分区布置，并尽可能覆盖更多屋面板以增加暴雨蓄调能力。各蓄滞水池在下侧全部用管道连通，便于雨水的利用和迅速排空。作为资源化和防涝的平衡点，建议平时水池蓄积雨水至约200mm深即自动溢流，经由屋面的常规路径排入地下管网；大雨或暴雨前1-3h排空全城的屋面水池，预留最大容量蓄滞雨水，即可显著减轻城内管网及城外河湖的排水压力。按照大暴雨的降水量并计入较大的安全系数，建议屋面蓄滞水池的净深为500mm，对若干屋面板、梁柱进行计算后认为，附加的分布荷载尚在其承载能力范围内。在项目实施之前，应当查阅建筑物的竣工资料或进行相关计算，分区蓄滞水池的净深设计必须满足各构件的承载力要求。

3.3防涝调度和资源化建议

将屋面各蓄滞水池的下侧出水管连通，各单元均采用大口径管道引至地面附近，串联总阀再引入地下排水管网。1-3h的暴雨预报已经较为准确，城市的通讯设施也趋于完善，大雨或暴雨前可短信群发给物业公司乃至若干居民，通知其即刻开启屋面蓄滞水池的排水总阀，暴雨过程中依据排水监测数据及时通知关闭或开启总阀。条件具备时，还可采用远动、遥控技术统一启闭阀门，由此就能够充分发挥大量屋面蓄滞水池的防涝功能。对中水需求量最大的居民生活设施就是便池或马桶。蓄滞水池的大口径下水管在外墙的适宜位置开口，转换成小管分别入户，串联阀门后接入冲水箱的进水口作为水源之一。无须利用其浇花或洗车，由于能够长期节省水费，许多居民平时会开启雨水阀门用于便池冲洗，各屋面共同积蓄的雨水用尽后才会使用自来水冲洗，这就达到了利用雨水、节约淡水资源的目的。

4结论

按照水力学原理，如若城内的洼地高程与排水口的河湖水位之差太小，形成淹没出流必然显著降低排水的流速，继续恶化还将导致无法自流排水乃至在城内低洼处发生倒灌现象。这种情况应当确定周边排涝的控制水位，侧重于城外河湖的疏浚和流量调度。在排水出口始终高于河湖水面的时候，管网才能较好地发挥排水功效，这种情况下海绵城市蓄滞工程的优势凸显，但防涝能力仍在很大程度上取决于城市的蓄雨调节容量。由此可知，有关城外河湖整治和城内蓄雨扩容的研究，对于根治城市内涝均具有重要意义。

参考文献：

[1]夏军，石卫，王强，等.海绵城市建设中若干水文学问题的研讨[J].水资源保护，2017，33（1）：1-8.

[2]贾绍凤.我国城市雨洪管理近期应以防涝达标为重点[J].水资源保护，2017，33（2）：13-15.