關于城市道路排水設計重現(xiàn)期標準的思考

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1前言

城市道路排水系統(tǒng)是否合理安全，關系到能否及時迅速地排除路面降雨積水，保障道路通行安全，維持道路合理使用壽命。城市街道路面積水，會影響行人、車輛通行，造成交通堵塞；路面長期經(jīng)常積水，還會影響路基，使道路遭受損壞，危及人民生命財產(chǎn)安全。

本文擬從如何合理確定排水管渠設計重現(xiàn)期標準入手，探討提高道路排水管網(wǎng)排水能力，以減少城市暴雨災害。

2 道路排水管網(wǎng)雨水流量計算公式

根據(jù)GB50014-2006《室外排水設計規(guī)范》，雨水流量計算公式為：

      Q=ψ·q·F    …………………………（1）

式中：Q —— 雨水設計流量(L/S）；

      q —— 設計暴雨強度[L/(S·hm²）]；

ψ —— 徑流系數(shù)，按不同場地情況選用；

F —— 匯水面積（hm²）。

設計暴雨強度公式為：

         ( ………………（2）

式中：t —— 降雨歷時（min）,t=t₀+mt₂；

      P —— 設計暴雨重現(xiàn)期（a）；

      A1、C、b、n —— 參數(shù)，按各地不同暴雨強度公式采用。

F —— 匯水面積（hm²）

由公式（1）、（2）可知，在設計城市（地區(qū)）以及道路周圍地形情況確定以后，雨水流量與設計重現(xiàn)期P成一定的正比關系。

3 國內(nèi)外城市重現(xiàn)期采用情況

《室外排水設計規(guī)范》1987版列舉的國內(nèi)部分城市設計重現(xiàn)期如表-1所示；2006年版列舉的國內(nèi)部分城市設計重現(xiàn)期采用情況如表-2。對比表-1、表-2可知，國內(nèi)部分城市設計排水重現(xiàn)期目前采用的標準比上世紀八十年代有所提高。歐美地區(qū)一般采用重現(xiàn)期標準為10a，排水干管甚至達到100a。日本及新加坡等國重現(xiàn)期一般采用5a，必要時可提高到30～50a。香港地區(qū)設計重現(xiàn)期一般也為10a，干管采用200a。

 

 

國內(nèi)部分城市采用的重現(xiàn)期（1987版規(guī)范列舉）        表-1

城市

重現(xiàn)期（a）

城市

重現(xiàn)期（a）

北京

一般地形的居住區(qū)或城市區(qū)間道路0.33～0.5

不利地形的居住區(qū)或一般城市道路0.5～1

城市干道、區(qū)中心1～2

特殊重要地區(qū)或盆地3～10，立交路口1～3

上海

市區(qū)0.5～1

某工業(yè)區(qū)的生活區(qū)1，廠區(qū)一般車間2，大型、重要車間5

濟南

1

天津

1

無錫

小巷0.33，一般0.5，新建區(qū)1

齊齊哈爾

0.33～1

南京

0.5～1

哈爾濱

0.5～1

杭州

0.33～1

長春

0.5～2

寧波

0.5～1

蘭州

0.5～1

廣州

1～2，主要地區(qū)2～20

西寧

0.33～0.5

長沙

0.5～1

西安

1～3

重慶

小面積小區(qū)1～2

面積30～50ha小區(qū)5

打面積或重要地區(qū)5～10

昆明

0.5

武漢

1

貴陽

3

 

國內(nèi)部分城市采用的重現(xiàn)期（2006版規(guī)范列舉）        表-2

城市

重現(xiàn)期（a）

城市

重現(xiàn)期（a）

北京

1～2；特別重要地區(qū)3～10

揚州

0.5～1

上海

1～3；特別重要地區(qū)5

宜昌

1～5

天津

1

南寧

1～2

烏蘭浩特

0.5～1

柳州

0.5～1

南京

0.5～1

深圳

一般地區(qū)1；

低洼地區(qū)2～3；重要地區(qū)3～5

杭州

1; 重要地區(qū)2～3; 特別重要地區(qū)3～5

 

 

 

我國《室外排水設計規(guī)范》1987版和2006版對重現(xiàn)期標準都規(guī)定為：“雨水管渠設計重現(xiàn)期，應根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、地形特點和氣候特征等因素確定。同一排水系統(tǒng)可采用同一重現(xiàn)期或不同重現(xiàn)期。重現(xiàn)期一般采用0.5～3年，重要干道、重要地區(qū)或短期積水即能引起較嚴重后果的地區(qū)，一般采用3～5年，并應與道路設計協(xié)調(diào)。特別重要地區(qū)和次要地區(qū)可酌情增減。”2011年《室外排水設計規(guī)范》局部修訂征求意見稿將雨水管渠設計重現(xiàn)期修改為：“雨水管渠設計重現(xiàn)期，應根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、地形特點和氣候特征等因素確定。同一排水系統(tǒng)可采用同一重現(xiàn)期或不同重現(xiàn)期。同一重現(xiàn)期一般采用1～3年，重要干道、重要地區(qū)或短期積水即能引起較嚴重后果的地區(qū)，一般采用3～5年，并應與道路設計協(xié)調(diào)。特別重要地區(qū)可采用10a以上。經(jīng)濟條件較好或有特殊要求地區(qū)可采用規(guī)定的上限，經(jīng)濟條件尚差的地區(qū)可逐步提高。”

由上述可知，“2011年修訂稿”對排水重現(xiàn)期無多大變化，與2006年版相比，僅將下限提高了0.5a。

4 國內(nèi)城市道路排水系統(tǒng)暴露出的主要問題

我國城市道路排水設計標準普遍較低，造成一遇到較大暴雨，街道路面普遍受淹，交通堵塞，市民財產(chǎn)、甚至生命受損。近年來這方面的報道屢見不鮮。如2011年6月23日，首都北京發(fā)生2004年以來10年一遇的一場暴雨，1小時降雨量達到128mm。當時正值晚高峰，行人車輛嚴重受阻，交通大面積癱瘓，部分地鐵停運，甚至發(fā)生2名青年跌入下水道被雨水沖走的悲劇。同樣6月下旬7月初，上海、長沙、杭州、成都等地都發(fā)生了因暴雨致使街道成為汪洋，交通一片混亂的現(xiàn)象。我們泰州市區(qū)也曾發(fā)生過因道路排水不暢，致使雨水流入居民家中、以及倒灌進高層建筑地下室等現(xiàn)象。由于暴雨成災給各地城市造成的損失恐怕是驚人的。

分析我國城市道路排水系統(tǒng)如此不堪一擊的主要原因，筆者以為，主要有如下幾條：

(1)作為國家級標準的《室外排水設計規(guī)范》對城市排水管渠重現(xiàn)期標準設定太低。如果說上世紀七、八十年代，我國經(jīng)濟相對還比較落后，那時的城市人流、車流、物流都不算密集，規(guī)定較低的排水重現(xiàn)期標準，還是可以理解的。即使街道受淹，損失不會很大，影響也不會很嚴重。但是進入21世紀以來，我國的社會經(jīng)濟水平已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，城市化進程不斷加快。城市人流、車流、物流快速增長，城市道路系統(tǒng)也越來越復雜，有立交道路、地鐵、隧道、下沉廣場等等，如今一座城市如再因暴雨受淹，其受到的影響和損失與數(shù)十年前相比不可同日而語。而2006年版的《室外排水設計規(guī)范》對排水設計重現(xiàn)期標準仍維持1987年的較低水平，20年不變。即使211年局部修訂征求意見稿，也僅作了略微提高。“規(guī)范”確定的重現(xiàn)期標準值明顯落后于時代發(fā)展的要求。

(2)我國過去的城市建設，往往比較重視地上部分，而忽視地下基礎設施。問題恰恰是地下市政設施更為重要，一經(jīng)建成，就很難更新改造，要管用數(shù)十年、上百年。如法國的城市下水道，有的運行100多年，至今仍正常使用。

(3)城市排水管網(wǎng)的設計，往往僅滿足當前，對長遠預見不足。一座城市不是靜態(tài)的，而是在不斷發(fā)展、壯大、變化。一條道路排水系統(tǒng)在建成之初，可能道路周圍綠地或農(nóng)田較多，雨水徑流系數(shù)ψ較低，道路匯水范圍也可能較小。這樣雨水流量就較低，排水系統(tǒng)也許尚能滿足要求。但隨著城市建設的推進，原來的綠地、農(nóng)田可能變成了建筑或硬地，其他排水支管也可能接入。這就造成雨水流量的增加，致使排水管網(wǎng)超設計負荷。

(4)對市政排水管網(wǎng)維護管理的缺失。城市排水管網(wǎng)規(guī)劃屬規(guī)劃或建設部門，其建設可能分散于建設部門、交通部門或相關開發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)等等，日常管理維護也多是誰建設、誰管理。形成一座城市排水管網(wǎng)多家管理，管理水準參差不齊。有的對排水管網(wǎng)沒有經(jīng)常清淤疏通；有的排水管道損壞滲漏，造成地下水滲入，甚或流入泥沙堵塞管道等。

5 盡快提高城市道路排水設計標準

上述城市道路排水系統(tǒng)存在的四個主要問題，其中最重要的還是設計標準的問題。如前所述，雨水設計流量與重現(xiàn)期P成正比關系，選擇較低的P值，則排水設計流量Q就下降，排水管徑也可減小，可以降低工程造價，但存在著排水系統(tǒng)不暢，道路容易受淹的隱患。選擇較高的P值，提高了安全性，卻也增加了工程造價。這就存在著安全性和經(jīng)濟性二者之間如何取舍平衡的問題。

我們假定以1條長1 Km的城市道路排水設計來分析比較不同的重現(xiàn)期P與降雨強度q、雨水流量Q、排水管徑D及工程造價T之間的關系。

暴雨強度公式采用江蘇揚州市暴雨公式：

   ( ………………（3）

設道路兩側(cè)匯水范圍各寬150m，不考慮其他轉(zhuǎn)輸雨水量，即總匯水面積為：

F=1000×300=300000m²=30hm²

徑流系數(shù)設為ψ=0.70，則雨水流量為：

Q=ψ·q·F=0.7×q×30=21q(L/s) ………………（4）

降雨歷時：t=t₀+mt₂，起點集流時間t₀=10min，管內(nèi)延緩系數(shù)m=2.0，管內(nèi)平均流速設為V=1m/s,則管內(nèi)流水時間t₂=1000s=16.7min。則有：

t=10+2×16.7=43.4min

假設道路雨水管由道路起點至終點單向流動，則可得出道路雨水管末端出口的暴雨強度為：

=    ……（5）

根據(jù)式（4）、（5）計算出不同重現(xiàn)期P的q、Q、T值如表-3所示。以及得出p-q、p-T關系曲線分別如圖-1、圖-2所示。

不同重現(xiàn)期P與相關參數(shù)關系一覽表           表-3

序號

P(a)

q(L/S·hm²)

Q(L/s)

D(mm)

造價T（%）

備注

1

0.3

81.81

1718

1400

75

 

2

0.5

99.27

2085

1500

100

 

3

1.0

122.96

2582

1600

138

 

4

1.5

136.82

2873

1700

175

 

5

2

146.65

3080

1700

175

 

6

3

160.51

3371

1800

183

 

7

4

170.34

3577

1800

183

 

8

5

177.96

3737

1900

190

 

9

8

194.03

4075

1900

190

 

10

10

01.65

4235

2000

205

 

11

15

215.51

4526

2000

205

 

12

20

225.34

4732

2000

205

 

13

30

239.20

5023

2100

215

 

注：工程造價系按P=0.5a時造價為100%基準。

 

圖-1   P-q變化關系圖

圖-2   工程造價變化關系圖

 

由圖-1可知，P-q關系近似于1條上拋物線，當P＜5a時，曲線較陡，隨著P的上升，q增加較快，相應地工程造價增加幅度也較快，如P=2a時，q值是P=0.5a時的約1.48倍，造價約增加75%；P由0.5a提高到5a時，q增加約0.79倍，工程造價增長約90%。P＞5a時，P-q、P-T之間的變化曲線漸趨緩，如P由5a提高至30a，工程造價增長約25%。在道路工程中，雨水管渠的造價約占道路總造價的15%左右，也就是說P由0.5a提高至2a時，道路工程總造價增加約為：75%×15%=11.25%；P由0.5a提高至5a時，道路工程總造價增加約為：90%×15%=13.5%。與此相比，雨水管網(wǎng)的排水能力卻分別增長了48%和79%。

上述計算假設了一些前提條件，實際情況可能變化多端。但表-6及圖-1、圖-2基本上能說明重現(xiàn)期P與q、Q、T之間的對應關系。

《室外排水設計規(guī)范》2011年局部修訂“征求意見稿”雖然對雨水管渠設計重現(xiàn)期也作了調(diào)整，但該條文規(guī)定的依據(jù)卻是“系根據(jù)我國各地目前實際采用的數(shù)據(jù)，經(jīng)歸納綜合規(guī)定”，僅將重現(xiàn)期下限由0.5a提高至1.0a，其余同2006年版規(guī)范基本未變,同1987年版規(guī)范相比也未有多大變化。然而我國工程設計人員在確定排水管渠設計重現(xiàn)期時，本身就是依據(jù)國家《室外排水設計規(guī)范》選用的。國家規(guī)范是工程技術人員必須遵守的“憲法”，規(guī)范的先進合理與否決定了工程建設的先進合理與否。針對我國城市排水設施落后的現(xiàn)狀，各地有不少人大代表、政協(xié)委員提出議案、建議，要求提高城市排水設計標準。有識之士提出“向一個多世紀之前就已解決城市排水問題的巴黎取經(jīng)永遠都不晚。”進入21世紀以來，我國的城市化進程不斷加快，綜合國力不斷提高，人民生活水平逐步小康。應該說完全有能力提高對城市地下基礎設施的投入。

因此，筆者認為，現(xiàn)在是到了及時調(diào)整提高我國排水管渠重現(xiàn)期標準的時候了。筆者建議，我國的排水重現(xiàn)期標準，應該與國外先進標準看齊，即將重現(xiàn)期標準下限值提高到5年左右。建議將雨水管渠重現(xiàn)期標準修改為：“一般地區(qū)采用5年，重要地區(qū)為5～10年，特別重要地區(qū)或短期積水會引起較嚴重后果的地區(qū)，可采用10年以上。”并可作為強制性條文來執(zhí)行。如果能提高標準，其實對整個道路工程造價影響并不大，卻能大大提高排水管網(wǎng)的泄水能力，減少城市內(nèi)澇發(fā)生。

6 結(jié)語

城市雨水管渠設計，看似小問題，卻與老百姓的生活息息相關，已成為重大的民生問題。地下排水管網(wǎng)是百年大計，一經(jīng)實施，要更新改造就非常困難。因此，我們一定要以超前的眼光和對未來負責的態(tài)度來確定城市雨水管渠設計重現(xiàn)期標準，以免給歷史留下遺憾，給后人制造困難。