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城市化地区市政排水与区域排涝关系研究 【摘要】在我国城市排水规划和设计中，由于市政排水与区域排涝调蓄能力的不同，暴雨资料的选样方法和设计暴雨的历时均存在一定差异，致使城市地区市政排水与区域排涝设计标准之间常常难以衔接。笔者对城市化地区市政排水与区域排涝关系研究做了深入研究，为城市排水规划设计提供了参考依据。 关键字：市政排水；区域排涝；重现期 【 Abstract 】 In Chinas urban drainage planning and design the municipal drainage and regional draining the ability are different, then there is some difference in heavy rains material selection method and the design of the storm lasign between standard often difficult to je a further study on the relationship between the draining of research, for urban drainage planning and design provides the refereeturn period 中图分类号：S607+.2文献标识码：A 文章编号： 引言 长期以来，我国管道排水设计流量计算中暴雨公式的选样方法多采用超定量法，城市及区域河道排涝暴雨公式的选样方法则为年最大值法。此外，两者设计暴雨的历时也有显著差别。其计算结果造成在相同的暴雨重现期条件下，两种选样方法的设计暴雨数值可能存在很大差异；或者对于相同的暴雨设计值，两种选样方法所对应的重现期不同。目前，按我国的规范尚不可能使两种选样方法统一，也没有两种方法所得设计值与重现期之间的定量关系。两种排水体系虽然都负担暴雨带来的排涝任务，但由于涵盖了市政排水和农田排涝两个学科领域，依据的行业规范各有不同，采用的暴雨选样方法、设计标准、频率分布模型、设汁流量计算方法等都有各自的特点，两种排水体系的衔接匹配关系问题常常困扰着规划设计人员。本文针对水利区域排涝和市政排水的特点，研究了不同暴雨选样重现期的衔接关系，并分析了在两种排涝体系的异同性和适用性。 1.市政排水与区域排涝的比较 （1）市政排水主要解决的是小区域地面雨水排水问题。雨水排水系统是将雨水经管网的收集、泵站的提升，排入河道，它是一种强度设计。它根据暴雨强度计算雨水设计流量，确定各级管道和泵站的规模。传统市政雨水排水系统基本上均采用强排的形式，其设计暴雨重现期一般为1a一遇。 （2）区域排涝解决的是大区域河网排水问题。排涝过程中，暴雨产生径流，汇入河道，先在河道内进行调蓄，然后通过大控制水闸或排涝泵站排入外围河道(如果外河水位不高，也可以一边蓄水一边排水)。它是一个水量平衡过程，属于蓄排的形式。它采用明渠非恒定流的计算来预测各种降雨标准、边界条件、控制条件下的河网水位和流量变化，确定河道规模、控制水闸和排涝泵站的规模。比如在上海市，其排涝标准采用20a的面暴雨，24h雨量200mm，其中最大1h雨量36mm，与市政排水中la一遇的暴雨强度相适应。 （3）市政排水与区域排涝虽然都是排水，但各有不同侧重点，归纳起来有很多不同之处，见下表： 市政排水与区域排涝比较表 两种排水 研究对象 独立研究范围 暴雨重现期 暴雨性质 研究方法 排水方式 外河水位影响 市政排水 地面排水 小 15a一遇 短历时点暴雨 强度设计 强排 不考虑 区域排涝 河网排水 大 20a一遇 常历时面暴雨 水量平衡过程 蓄排 考虑 2.不同暴雨选样的重现期衔接关系 区域排涝和市政排水都通过暴雨的重现期水平来衡量工程规模的大小。由于排水任务侧重点的不同，两种排水体系通常采用不同的暴雨选样方法，由此带来暴雨重现期的衔接问题。 2.1暴雨选样 暴雨资料的选样方法主要有年最大值法和非年最大值法两类。其中非年最大值法选样包括年超定量法、超大值法、年多个样法等。城市的区域排涝通常是在原有农田排水系统的基础上形成，负担较大区域暴雨涝水排除，综合考虑了河、沟、田、塘等的凋蓄，其暴雨通常以24h、72h为控制时段，城市化区域设计暴雨多以24小时最大暴雨为控制。水利部门进行防洪排涝设汁时，考虑的是年发生一次超标准暴雨的概率。适宜采用年最大值法选样。年最大值法选样简单。独立性强，在水文统汁中应用最广泛。但该法会遗漏一些数值较大，在年内排位第二或第三的暴雨，使小重现期部分(重现期l5年)的暴雨强度明显偏小。由于水利排涝中通常采用的重现期较大(10年以上)。用年最大值来计算能够满足水利排涝要求。采用非年最大值法通常能够在小重现期部分比较真实地反映暴雨的统计规律，可以获得重现期小于1年的设计暴雨。 2.1.重现期的衔接关系 由于暴雨选样方法的不同，对于相同量级的暴雨，水利部门和市政部门得到经验频率和重现期各不相同。当资料年份足够长时，年超大值法选样和年多个样法的前几个选样与年最大值法选样分布特性相同，存在相互衔接转换的内在关系。通过二项几率原理和其概率内涵可以得到相互之间的衔接关系。 3.市政雨水排水与区域排涝相结合的方式 市政雨水排水要利用河道调蓄就必须控制河道的密度和河网水位，为自排创造条件，否则，排距过长、水力坡降不够，地面的雨水就无法安全排出。因此，做好区域排涝规划工程、控制河道的密度和河网水位是市政雨水排水与之相结合的基础，其中的“关键”就是控制河道的密度和河网水位。下面介绍两种结合方案。 方案一：市政雨水排水与城市圩区排涝相结合。在各新城镇的开发过程中，防汛保安需要同步建设，所以，最直接有效的办法是建立城市圩区。圩区建立后，可充分利用圩区内河道的调蓄能力，减少泵站的流量配置，节省市政雨水系统的工程投资；充分利用泵站的排水能力降低并控制河网的最高水位，减少防汛墙建设投资。经过水力模型计算，一般城市圩区内的水面率超过5，排涝模数就小于2。5m3Skm2。城市圩区的特点是范围小、建设周期短、见效快。但城市圩区内的要求较高，在规划标准暴雨下，控制水位比大控制片要低(否则没有建圩的意义)，这必然将涝水排向大控制的片内河道或片外河道。这样，要么抬高大控制片内河道的水位，要么增加外围泄洪通道的压力(除非扩大本区域内河道的调蓄能力，将当地降水自我消化)，势必增加其他区域防洪排涝的投资。如果每个开发地块都采用这种办法，就会造成大控制片内泵闸林立、排水通道水位越逼越高的局面。因此，在水利大控制片区内部建立城市圩区不宜大面积推广。 方案二：市政雨水排水与大控制区域排涝相结合。如果能在大控制片内保留(或开挖)适当密度的河道，将排涝泵站布置在大控制外围，降低并控制各大控制片的水位，那是解决这个“关键”问题最彻底的办法。这样做就是把城市圩区扩大到大控制的范围，这不仅避免了建立城市圩区带来的新矛盾，而且更能发挥市政雨水排水与区域排涝相结合的优势。 （1）进一步节省泵与闸的建设投资。形成城市圩区建闸是必不可少的，能降低并控制大控制片内河网的水位，则可以进一步节省圩区建闸的投资和管理运行费用。 （2）减少防汛墙建设的投资。控制并降低大控制内河网的水位，可以使片内河道不设防，减少防汛墙建设的投资；也为道路、桥梁等市政建设带来方便，并有利于生态环境的建设。 （3）大大减少泵站日常运行费用。如果用强排的形式，即使是较小的局部的暴雨，市政泵站也需要开泵排水，而两者结合后，用整个大控制的河网来调蓄和扩散局部暴雨，对河网的水位不会有明显影响，不必启动外围排涝泵站；另外，大控制片的控制水闸的排水能力比泵站要大，在外围水位较低时可以开闸排水，这样大大减少了泵站日常运行费用。 （4）可以化较少的投资提高市政雨水排水标准。例如上海市的排涝规划是按20a一遇标准的24h面暴雨来考虑的，而市政雨水排水通常是用一年一遇的短历时暴雨来设计的。采用市政雨水排水与区域排涝相结合的方式后，区域内的各级河道就相当于市政排水系统中的总管和支管。 （5）提高抗风险的能力.两者结合后，一方面，可以通过水位预降情况增加调蓄库容，提高抗风险的能力；另一方面，缩短了排水的距离与时间，增强了排水效果，提高了抗风险的能力。 因此，推荐方案二，它在排水、排涝上显得更加合理，是解决排水问题最经济合理的办法，符合可持续发展的要求。 4.结束语 城市化地区市政排水与区域排涝关系研究是一个非常值得探讨的领域，城市暴雨采用年最大值法选样，可以解决现行年多个样法资料不易取得，统计工作量大等缺点。随着城市化步伐的日益加快