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1 1 4 防洪排水 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 3 年 5 月第 5 期 新时期城市排水系统设计的生态途径 王宏彦 ， 陈志宇， 郭 云 ( 武汉 市规划 设计研 究 院， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 4) 摘 要： 随着中国城市化进程的加快， 水资源问题将成为社会发展的最主要矛盾之一。介绍了传统城市排水系统设计的现状和 利弊后 ， 结 合武汉市 实际情况提 出了新时期 城市排水 系统设计 的生 态途径 ， 并 分析 了各种 雨洪技术 的利用特 点及适用 范 围 ， 最后 得出结论 ： 城市雨洪利 用将是有效 地解决我 国水资源短 缺和水环境 恶化问题 的最优化途 径之一。 关键词 ： 排水系统 ； 设计 ； 生 态 ； 可持续 性 ； 雨洪 利用 中图分 类号 ： T U 9 9 2 0 3 文献 标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 1 1 4 0 4 1 背景介绍 城市化是 2 1世纪人 口统计发展的最重要趋势 之一 ，与之相应的是 中国的城 市化 进程也在不断 的加快 ， 城市规模越来越大。城市化进程带来 了一 系列 的问题和矛盾 ，而水资源匮乏的矛盾 已成 了 制约 国民经济发展 的重要 因素 。据不完全统计 ， 全 国 6 0 0多个建制城市 中有 3 0 0多个 面临着不 同程 度 的缺水 问题 ； 根据 中国城市可持续发展水资源 开发利用 ( 中国工程院 钱易、 刘昌明等) 对中国城 市水 资源的预测 ，水资源 的供需矛盾今后将进一 步加剧 ， 水环境压力还将越来越大 ， 解决水资源 紧 缺问题 已成为国家和各级政府 的重大攻关课题。 目前， 人口在城市大量的集聚并形成了为数众 多 的居住小区 、 公建楼宇 、 道路广场 等。这些硬质 铺装和不透水面积使得城 市降水 的入 渗量大大减 少 ，而进入到按照传统理论设计的敷设在地下的 暗管和箱涵 中排往下游水体 。因为按照传统理念 设计 的雨水管涵 由于汇流时间较短使得雨洪峰值 增加 ，从而导致城市雨洪危害加剧，水涝灾害频 发，每年因此造成难以计数的巨额损失。与此同 时 ，直接排放 的雨水还导致 了雨水资源 的大量流 失 ，并对下游城市 防洪造成 了巨大 的压力 和雨水 径流污染的加重 。甚至在北方一些地 区和城市 ， 还 使得地下水位下 降造成 了地 面沉 降 ，城市 生态环 境恶化等多种环境危害。 针对这种情况 ，我 国已制定了 “ 节流优先 、 治 理为本 、 多渠 道开源” 的城市水资源可持续利用战 略和建设和谐社会与循环 经济的发展战略 。因而 如何正确对待和有效利用这些既有 巨大潜在价值 又有广泛潜在威胁的雨水 资源 ，已经摆在 了城市 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 1 - 1 9 作者简介： 王宏彦 ( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 辽宁北 票人 ， 工程 师 ， 从 事 给 排水 规划及 设计 工作 。 排水规划设计工作者的面前 ， 它也是一项新的课 题 和紧迫任务 。反之 ， 我们不得不对按照传统理论进 行 的城市排水规划和设计进行总结和反思 ， 并在新 形势下面对这些问题作 出有益的尝试 。 2 传统理念下的城市排水系统设计概述 2 1 传统理念城市排水 系统 所谓城市排水系统 ，是指城市中排水 的收集 、 输送 、 处理和利用 以及排放等设施 以一定方式组合 成 的总体。 通俗一些也可理解成用 暗管加适 当的沟 渠来收集雨 、 污水 的一系列构筑 物 ， 按 照污水 的不 同排除方式可分为合流制 和分流制 。 本文主要探讨 的是分流制排水体制下的雨水排水系统， 污水排放 系统因其特点与传统雨水系统不尽相同， 不在本文 研究之 内。 2 2传统城市排水 系统的优缺点 传统城市排水系统主要设施是 通过在居住小 区、 工厂企业 内布置的屋面的雨水斗或天沟收集屋 面雨水、 用雨水 口收集地面雨水( 山区采用截洪沟 收集雨水 ) 后 流入居住小 区 、 厂 区或街 道下埋设 的 管渠系统后 ， 通过 出水 口或泵站提升后排入 自然水 体或海洋。工程性在其 中扮演这非常重要的角色 。 按照传统理论设计城市雨水管道 ， 是 以极 限暴 雨强度理论公式确定的雨水流量来作为管道设计 的依据 ， 其公式为 ： Q = q 。 F ( 1 ) 式中 ： Q 雨水管道设计 流量( I _ s ) ； 径流系数 ， 其数值小于 1 ； q 设计暴雨强度 L ( S h m z ) ； F 汇水面积 ( h m ) 。 通过上述公式可以看出传统城市排水设计的 目的在于尽快地排除降落在小范围汇水面积上一 定重现期下产生 的全部降雨 。 传 统理论设计 的城市 雨水系统 的优点也是显而易见的 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 5 月第 5 期 城 市道桥 与防洪 防洪排水1 1 5 ( 1 ) 由于雨水管径的确定是根据极 限强度理论 来确定设计流量的最大值 ，故降雨时它能及时地 汇集并排 除暴雨形成 的地 面径流 ，防止城市居 民 区和工业企业等受淹 ，有效的保障人民财产生命 的安全 、 保护居 民健康安全 、 提高生活质量使城市 日常生活正常运转。 ( 2 ) 传统按照理论设计 的城市排水管道系统属 于重力流管道 ，有排除超设计标准的一定重现期 的雨水能力 。 其弊端主要体现在以下几个方面 ： 第一 ， 这种以尽快排 除城市小范围区域内的雨 水设计理念使得下游城 市防洪压力骤 增 ，以武汉 市为例 ，长江武汉段的洪水 经常受 到上游地 区的 洪水影响 ( 武汉段洪水 主要 由长江上 游重庆等地 区洪水 、 洞庭湖流域洪水 、 湖北境 内沿江支流洪水 组成 ， 并受 鄱阳湖流域洪水 的顶托影响 ) ， 反过来 ， 武汉段的洪水又会 给九 江 、 安庆 、 南京等地区带来 上游洪水 的压力 。 第二 ， 随着研究 的不断深人 ， 这些未经任何形 式处理的雨水直接排入受纳水体 ，会对受纳水体 造成严重的污染 ， 有些甚至到 了不能容忍的程度 。 有些资料证明 ，雨水径流特别是初期雨水径流对 水体 的污染相当严重。 第三 ， 由于排水系统的管径确定是按照最大流 量来确定的 ， 无形 中会增加一部分排水管道基础设 施的资金投入 ， 这会给城市建设带来资金上的压力。 3 可持续城市排水系统设计 的理念和途径 介绍 3 1 可持续城市雨水 系统 它也称为“ 生物一生态雨水系统” ( B I O E C O D S ) ， 所谓可持续城市雨水系统设计是指 以生态工程原 则为基础 ，以保存 自然存水形式 和模仿 自然水循 环 的为 目的 ，采用工程和非工程措施 相结合的集 成手段来达到排除降水 、避免雨洪威胁 同时减少 地表径流 、 贮存水资源 ， 保护 自然环境和生态性 和 多样性 ， 以实现雨水资源化 ， 节约用水 ， 修复水环 境和生态环境 ， 减轻城市防洪排涝威胁。 3 2 开展“ 可持续城 市排水系统设计” 研究的意义 2 0 0 7年 1 2月初 ， 国务 院正式批 复了武汉 1 + 8 城市圈成为 “ 全 国资源节约型和环境友好型社会 ( 简称“ 两型社会” ) 建设综合配套改革试验 区” 。武 汉城市圈综合配套改革试验 的主要 内容是 ：按照 建设资源节约型 、 环境友好型社会 的总体 目标 ， 以 武汉市 为主体 ，发挥武汉在城市圈 中的龙头和辐 射作用 。这就要求我们 的城市发展必须走绿 色生态发展之路 ， 走可持续发展 之路 。 3 3 雨水径 流源头控 制策 略在可持续城市排水 系 统设计 中的作用 在源头( 水量和水质两个方面) 防止和缓解降 雨径 流 勾难题 是设 计 可持 续 排水 系统 的关键 原 则 ，实施 源头控制 的一个 主要优 点就是可 以减少 径 流量 ( 包括 总经 流量和径流 峰值 ) ， 这样也就 降 低了下游雨水基础设施的投资和下游城市的雨洪 防护压 叻 ， 从控制雨水径流 的观点出发 ， 它包括使 用雨水 渗设施和雨水利用 ，从 而有 利于改善地 下水循坏和减少水需求量。 3 4 几种主要的可持续性城市排水设计方法 ( 1 ) 屋面雨水收集 城市雨水径流利用越来越受 到人们的重视 ， 许 多干旱城市 的缺水形势也使得那里 的人们开始 收 集利用屋面雨水径流 。即使在水资源相对丰 富的 武汉市 ，由于降雨时空分布不均也会给屋 面雨水 径流收集利用带来广 阔的前景 。具体应用如下 ： a 在家庭 使用方面 ，屋面雨水收集在雨水桶 中可供 给家庭生 活 以外 的其 他低质 用水 ， 如浇 花 、 冲厕 、 衣物洗 涤等方面 ； b 在公共用水方面 ， 更大范 围的 公共建 筑群或地 区的屋面雨水 被收集到雨水存储 罐中或调蓄池 中 ，经 过撇 流初期雨 水和简单的沉 淀消毒 处理即可用 于更 大范围内的市政杂质用水 ( 如洗车 、 冷却 、 消防等低质用水 ) 、 灌溉用水 、 景观 用水 、 家禽用水或回灌到地下等 。雨水利用不仅可 以降低城 市供配水管 网在用水 高峰时 的用水量 ， 还可 以有效缓解暴雨洪峰流量 。同时减少 降雨径 流的污染负荷 ， 此外， 屋面雨水利用也是城市径流 综合管理的一个重要组成部分。 ( 2 ) 雨洪人渗 在土壤具有 良好 的通透性并 且径流水质不会 造成地下水污染的情况下 ，将雨水直接入渗地下 也是雨水生态设计的一个重要策略 。相对无污染 的雨水径流人渗可以减少径流的量和速率 ，并能 补充地下水从而维持河流基 流 ， 提供供水水源 ， 对 维持地 区水系平衡 发挥着重要作用 。虽然依靠人 渗系统无法阻止大的洪涝灾害的发生 ，但是却可 以有效降低雨水 管道系统的水 力负荷 ，这有助于 缓解 洪水问题并在减少合 流制管道溢流方面使城 市收益 。雨洪入渗的这些特点 ， 特别适用于那些采 取截 流制合 流制 的地 区一一如武 昌和汉 口的一些 老城 区 ， 多数采用 的都是截流制合流制 这些地区 相对都是城市 的核 心地 区 ，历史 文化保 护重点地 区 ， 对城市形象 、 环境保护的要求 也 比较 高。他 们 进行 大规模分流制改造 的可能性并不 大 ，故 可以 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m