净水技术|城镇排水标准与区域除涝标准衔接的研究进展
目前，国内各城市的排水系统和河道排涝系统分属于不同的管理机构，遵循不同的标准规范。该文研究了城镇排水标准和排涝标准在设计暴雨选样方法、设计流量方法、设计暴雨历时、设计重现期等方面的差异，并围绕设计流量相当、水位衔接和模型评估等三种方法，梳理分析了排水标准和排涝标准衔接的研究进展，为城镇排水防涝研究和规划的有效开展提供重要基础研究。
据住房和城乡建设部统计，2010年发生内涝的城市多达211个，包括北京、广州、武汉、南京等大城市，城市内涝问题已成为影响居民生活的关键问题。城镇排水防涝工程体系是由城镇排水系统和水利排涝系统共同组成，其中，城镇排水则是解决城镇范围内的各产业废水、生活污水和雨水等对城镇的威胁；而水利排涝是解决城镇范围内径流过多（含外来径流）对城镇的威胁。由于管理体制原因，我国市政管网排水一般由城建部门负责，而水利排涝一般由水利部门负责，两者分别遵循不同的行业标准及规范，各有特定的适用范围和局限，导致国内各城市采用的排涝标准与排水标准之间缺乏合理衔接。因此，对影响城镇排水标准与水利排涝标准的因素及其差异进行综合对比分析，研究城镇排水与水利排涝标准相互衔接关系，对协调城镇排水与水利排涝设计标准，保证城镇管网和外排河道涝水的顺利排除具有重要意义。
城镇排水标准和水利排涝标准虽然均是城镇排水防涝工程体系的重要组成部分，但是两者的标准组成存在一定的差异。
1.1设计暴雨选样方法
设计暴雨选样方法有年最大值法、年多个样法等。目前，城镇排水设计中设计暴雨选样多采用年多个样法，低重现期时可较为真实地反映暴雨的统计规律。尽管2014年版《室外排水设计规范》规定“具有20年以上雨量记录的地区，排水系统设计暴雨强度公式应采用年最大值法”，但目前大部分城市仍沿用年多个样法推算的暴雨强度公式。而水利排涝设计中设计暴雨的选样方法则为年最大值法，这种方法在推算高重现期时的设计暴雨比较准确。
1.2设计流量方法
目前，我国城镇排水设计与水利部门在推求设计流量时仍主要采用推理公式法。推理公式设计方法只能计算得到管渠的最大峰值流量，对于涉及到与管网排出口或受纳水体相连和大面积的开发区域的项目，其适用性较差。对于无调蓄设施（区）的区域，城镇排水与排涝没有较大的差异，城镇排水（涝）流量和泵站排涝流量都可按照城镇暴雨强度公式来计算；对有调蓄设施（区）的区域，管道汇流直排（无调蓄设施的区域）的排涝流量按短历时暴雨强度公式计算，因为河湖、沟塘的调蓄作用，决定排涝设施规模大小的降雨多为长历时暴雨，此时，短历时的暴雨强度公式在计算有调蓄设施（区）的区域的设计排涝流量时不再适用。
1.3设计暴雨历时
城镇排水对应的小排水系统，即常规城镇雨水管渠收集与排放系统，目标是快速排除雨水管渠汇水范围内的雨水。由于各级城镇排水管道的汇水区较小，地面集流时间一般在数十分钟以内，因而城镇排水的降雨历时一般采用5、10、15、20、30、45、60、90、120、150min和180min共11个历时。水利排涝对应的大排水系统，由城镇内河、沟渠、小湖泊等组成，目标是排除整个城镇汇水区域内的涝水。排涝河道由于位于城镇排水管网的下游，将汇集一定数量的城镇排水管网服务范围的来水，汇水面积相对较大，汇流路程较长，并且在运输涝水的过程中存在一定的调蓄容积，使得在形成河道的最高水位相应调蓄控制的历时相对较长，因此水利排涝的统计历时一般采用60min、3h、6h、12h以及24h共5个历时。
1.4设计重现期
由于城镇排水工程的服务对象较小，为雨水管渠的服务范围，当其遭受超标暴雨时其影响范围和损失均较小，而当地面积水消退时，其造成的影响能较快恢复，因此，城镇排水工程主要用于解决城镇常规降雨问题，其设计标准相对较低，根据2014年版《室外排水设计规范》对雨水排水管道的设计标准的规定，“雨水管渠设计重现期大城市中心城区应为2~5年，其非中心城区为2~3年；特大城市中心城区3~5年，其非中心城区为2~3年”。而进行城镇防洪排涝工程的规划建设时，由于其工程服务对象为大的汇水区域，当区域遭受超标暴雨时，对汇水区域的负面影响巨大，并且在短期内难以恢复，因此，水利排涝工程的设计标准较高，重点是用于应对城镇的超标暴雨，一般采用10年~20年。
2013年6月，住建部印发了《城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲》，其中要求在“城镇防涝系统规划”考虑“与城市防洪设施的衔接”，其中涉及了城镇排水和水利排涝标准的衔接问题。目前，国内针对城镇排水标准和排涝标准的衔接研究主要集中在如下三个方面，分别为设计流量相当分析、水位衔接法和模型评估法。
2.1设计流量相当分析
针对特定区域，不同重现期的水利排涝和城镇排水的设计流量有着数值上相当的关系，但由于各汇水区域的调蓄空间、下垫面性质等水文条件存在差异，因此造成不同区域的城镇排水系统和水利排涝系统的设计重现期的对应关系也存在差异。可分别采用排水流量公式法和水利推理公式法，计算区域的设计流量，从而衔接城镇排水标准和水利防涝标准。对于城镇小区域的雨水汇流，应按城镇的暴雨强度公式和流量公式来计算确定；而对于内河、较大排水沟渠的涝水流量，应根据当地水文的相关公式计算确定；而针对郊区的涝水流量，可采用排涝模数法、径流系数法、平均排除法等方法计算确定。
范立柱等通过计算并对比城镇排水和水利排涝的设计流量，研究结果表明广州市城市建筑密集区的水利排涝20年一遇设计标准与城镇排水2年一遇的设计标准相对应，城市建筑稀疏区的水利排涝20年一遇设计标准与城镇排水的10年一遇的设计流量相对应。范威等对东莞市新开河流域的内涝整治工程进行设计流量相当的计算分析，结果表明城镇排水系统的5年一遇排水流量等量于水利排涝的20年一遇推理公式法计算的洪峰流量，且当汇流面积越小，两者数值越接近。陈斌对某市2.9km2的集水片区分别按水利排涝的推理公式法与城镇排水流量公式分别计算排水（涝）流量，结果如表1所示。
表1某城市片区的排涝流量与排水流量比较
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水利部门排涝流量（m3/s） |
城建部门排水流量（m3/s） |
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5年一遇 |
20.6 |
1年一遇 |
19.3 |
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10年一遇 |
26.9 |
2年一遇 |
22.7 |
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20年一遇 |
35.5 |
5年一遇 |
27.1 |
2.2水位衔接法
水位衔接法是将城镇排水管网出水口水位和内河水位进行衔接，并以管网出水口处和内河可承受的最高水位（临界水位）为城镇排水系统和排涝系统的边界，以保证两个系统的标准合理衔接，组建的城镇排水（防涝）工程体系合理有效。
梁小光等基于Infoworks CS 模型，综合考虑城镇排水和水利排涝之间的关系，模拟评估了宁波市某区不同内河水位下不同设计暴雨重现期时系统的排水能力，结果表明，现状雨水管网基本能够抵御1年一遇降雨，但在3年一遇和5年一遇降雨情况下积水严重。当内河水位在1.36~1.90米时，对管网系统的排水能力影响不大；当其超过1.9米后，系统排水能力受到显著影响，模拟地面积水点显著增加，且与历史积水点吻合度较高；研究区域管道重力排水的临界内河水位约为1.90米。
2.3模型评估法
20世纪60年代，一些发达国家已开始对于城镇排水模型、雨洪模型等方面进行研究。目前全世界使用较广的水力模型软件有SWMM 模型、Mike 系列、Inforworks系列等。
模型评估法是基于城镇雨水管理的总体目标，利用产汇流模型和管网内河耦合模型对城镇排水标准和排涝标准进行衔接，是一种较先进理念的方法。对于开发强度较大的城镇区域，首先需对其现状城镇排水能力进行综合评估，并根据评估结果，通过制定相应管理策略实现城镇排水的安全，最终与目标进行衔接；待开发或开发强度较低的区域，首先需根据传统推理公式法形成基本的排水防涝规划方案，再采用数学模型法对方案进行评估和校核，再根据评估结果调整规划方案或制定相应策略，最终实现衔接目标。
（1）城镇排水标准与水利排涝标准在设计暴雨选样方法、设计流量方法、设计暴雨历时、设计重现期等方面存在差异，导致国内各城镇采用的城镇排水标准和水利排涝标准缺乏合理衔接。
（2）目前，国内关于城镇排水标准和排涝标准的衔接研究主要集中于设计流量相当分析、水位衔接法和模型评估法。建议各城市在进行城市内涝防治规划时，通过系统分析本地的区域范围、水文状况、降雨资料等资料来确定适合于本地区的排水和水利的重现期的转换关系，从而为城镇排水标准与水利排涝标准的统一提供依据。
本文选自《净水技术》2016年第三期“经验交流”栏目，作者：住房和城乡建设部标准定额研究所/张惠锋。原文可登录此网址进行下载：http://www.cnki.net/KCMS/detail/31.1513.TQ.20160628.1055.046.html