□文/張慧芬

天津市靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)雨水排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

□文/張慧芬

通過天津市靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)河道水系梳理項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作，對水系發(fā)達(dá)地區(qū)雨水排放的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了探索，總結(jié)了設(shè)計(jì)過程中遇到的一些問題并提出解決方法。

雨水排放；水系；排瀝河道

天津市靜海區(qū)地處華北平原北部，天津市西南部，距天津市區(qū)40 km。靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)位于靜海中北部，靜海新城和團(tuán)泊新城之間，總體呈南北狹長形。四至范圍：南起崔楊路，北至獨(dú)流減河南路，西起津滄高速，東至京滬高鐵，規(guī)劃面積約39 km2。區(qū)內(nèi)主要用地為工業(yè)、居住及商業(yè)用地。

近年來，隨著當(dāng)?shù)貙﹂_發(fā)區(qū)開發(fā)建設(shè)的大力推進(jìn)，使得開發(fā)區(qū)迅速崛起，開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目如火如荼。但是，區(qū)內(nèi)澇頻發(fā)，暴雨時(shí)積水嚴(yán)重，給區(qū)企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著大量企業(yè)入駐開發(fā)區(qū)，雨水排放設(shè)施與地塊開發(fā)不匹配的問題日益嚴(yán)峻，逐漸引起了相關(guān)部門的高度重視。

本文對靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)河道水系的梳理，以低影響開發(fā)建設(shè)為前提，結(jié)合海綿城市的建設(shè)理念，充分利用周邊河道水系，以河網(wǎng)水系蓄排為設(shè)計(jì)原則，通過對地塊雨水量的計(jì)算、管道的合理布置、排放出路的優(yōu)化等手段，搭建開發(fā)區(qū)雨水蓄排的綠色骨架，降低開發(fā)投資，減少雨水管道工程的規(guī)模，增加景觀效果，使雨水資源化。

1　地域及水系現(xiàn)狀

1.1自然環(huán)境

靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)于1992年6月由天津市人民政府批準(zhǔn)建立。目前區(qū)域內(nèi)約50%路網(wǎng)已基本形成，大量企業(yè)入駐，主要以汽車、自行車的整車及零部件產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為主。靜海屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.4℃，降水量536.4 mm/a，蒸發(fā)量約1 800 mm/a。園區(qū)地面標(biāo)高2.1～3.0 m，總體地勢東西兩側(cè)高，中間低，北高南低。

1.2水系現(xiàn)狀

開發(fā)區(qū)周邊水系發(fā)達(dá)，擁有市管一級河道一條，獨(dú)流減河；區(qū)管二級河道4條，運(yùn)東排干、生產(chǎn)河、迎豐渠及互助渠；開發(fā)區(qū)管骨干排瀝河道4條，南環(huán)河、景觀河、四號路邊溝及津滄高速邊溝。區(qū)內(nèi)雨水均采用重力自流的方式進(jìn)入河道，運(yùn)東排干作為區(qū)內(nèi)主要的排水出路，最終經(jīng)揚(yáng)水站提升排入園區(qū)北側(cè)的獨(dú)流減河。現(xiàn)狀存在3座揚(yáng)水站，設(shè)計(jì)規(guī)模均為2 m3/s，雨季時(shí)將片區(qū)內(nèi)河道的雨水提升排入運(yùn)東排干內(nèi)。

1.3排瀝存在問題

開發(fā)區(qū)的快速發(fā)展，使大量的農(nóng)田和荒地成為工業(yè)、商業(yè)及城市建設(shè)用地，硬地面積急劇增加，同時(shí)開發(fā)過程中將許多坑塘、濕地進(jìn)行了填埋，雨水徑流系數(shù)增大、調(diào)蓄能力下降，在相同降雨條件下，排瀝需求大大增加，現(xiàn)有的排瀝設(shè)施已遠(yuǎn)不能滿足要求。

開發(fā)區(qū)周邊主要排瀝河道均為南北走向，縱向河道水系豐富，缺乏橫向溝通水系。園區(qū)地勢低平，部分地塊地面高程低于河道水位，大雨時(shí)基本需要機(jī)排；河道水流方向與地勢走向相反，加之東西高、中間低的地勢，大雨情況下易造成積水。若區(qū)內(nèi)河道與外圍二級河道溝通閘門不能及時(shí)開啟，嚴(yán)重時(shí)會造成河水倒灌情況?，F(xiàn)狀區(qū)內(nèi)雨水主要通過橫向雨水管道自東向西排入津滄高速邊溝，后經(jīng)揚(yáng)水泵站提升排入運(yùn)東排干內(nèi)，排水最終出路單一，安全系數(shù)低。主要排瀝河道淤積嚴(yán)重，堤防下沉，部分河道段被農(nóng)田、建筑物侵占，致使排水能力下降。

現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)等排水設(shè)施的配套建設(shè)均滯后于城市建設(shè)的發(fā)展，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。地塊雨水均由雨水管道收集后就近排入周邊河道內(nèi)，但管道規(guī)模不足，設(shè)計(jì)坡度偏小，不利于重力自流接入下游河道，暴雨時(shí)積水嚴(yán)重。

2　設(shè)計(jì)原則

1）立足于海綿城市、低影響開發(fā)的建設(shè)理念，結(jié)合雨水排放標(biāo)準(zhǔn)提升需求，對靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)雨水排放系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的梳理及規(guī)劃，全面提高靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的防澇減災(zāi)能力。

2）根據(jù)靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的發(fā)展定位，在深入分析園區(qū)水系及排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)的計(jì)算，提出經(jīng)濟(jì)合理、切實(shí)可行的方案。

3）將天津市城市總體規(guī)劃與靜?？h總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)，以開發(fā)區(qū)防洪排澇安全為基本前提進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4）充分發(fā)揮原有排水設(shè)施的作用，在現(xiàn)有排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，使新規(guī)劃系統(tǒng)與原系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過合理布局解決開發(fā)區(qū)近遠(yuǎn)期的排水需求。

5）由于開發(fā)區(qū)雨水排放均采用重力自流的方式，水系定位為雨季排水明渠（排瀝河道），區(qū)內(nèi)河道兼顧景觀功能，設(shè)計(jì)中采用雨水管渠的計(jì)算公式計(jì)算明渠流量及渠道斷面。

3　工程設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1雨水量計(jì)算

本工程采用天津市暴雨強(qiáng)度公式來計(jì)算雨水量，雨水管網(wǎng)按無壓、滿流計(jì)算。

1）設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期P。根據(jù)《給排水設(shè)計(jì)手冊（第五冊）》，對于城鎮(zhèn)河流流域面積較小（＜30 km2）的地區(qū)，如按城市雨水管道流量計(jì)算公式計(jì)算洪流量，局部一般區(qū)域設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用1～5 a。根據(jù)GB 50014—2006《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（2014年版）》規(guī)定，中等城市和小城市雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用2～3 a，中等城市和小城市中心城區(qū)的重要地區(qū)雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用3～5 a。結(jié)合靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)發(fā)展定位，本次雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用3 a計(jì)算。

2）徑流系數(shù)ψ。參考同類型項(xiàng)目，徑流系數(shù)ψ取0.6。

3）折減系數(shù)m。結(jié)合天津市中心城區(qū)建設(shè)理念，本次雨水管道折減系數(shù)m取2.0，明渠m取1.2。

3.1.2河道計(jì)算（明渠）

式中：v為平均流速，m/s；Q為流量，m3/s；R為水力半徑，m；i為河渠底坡；C為流速系數(shù)（謝才系數(shù)），m0.5/s；w為過水?dāng)嗝婷娣e，m2。

式中：n為糙率，干砌塊石護(hù)面取0.025。

3.2雨水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中，應(yīng)推廣和應(yīng)用低影響開發(fā)建設(shè)模式，加大城市徑流雨水源頭減排的剛性約束，優(yōu)先利用自然排水系統(tǒng)，建設(shè)生態(tài)排水設(shè)施，充分發(fā)揮城市綠地、道路、水系等對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用。

開發(fā)區(qū)水系較為發(fā)達(dá)，地塊呈狹長型，縱向的運(yùn)東排干和迎豐渠、生產(chǎn)河可作為區(qū)域的排水出路。本設(shè)計(jì)考慮充分利用自然排水系統(tǒng)，雨水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用重力自流的方式，雨水通過雨水管網(wǎng)收集后就近排入周邊的河道內(nèi)。

根據(jù)現(xiàn)狀管網(wǎng)及河道的分布情況，將園區(qū)雨水分為7個(gè)雨水系統(tǒng)，見圖1。其中，1#雨水系統(tǒng)匯水面積643 hm2；2#雨水系統(tǒng)匯水面積700 hm2；3#雨水系統(tǒng)匯水面積346 hm2；4#雨水系統(tǒng)匯水面積693 hm2；5#雨水系統(tǒng)匯水面積437 hm2；6#雨水系統(tǒng)匯水面積665 hm2；7#雨水系統(tǒng)匯水面積406 hm2。

圖1　雨水系統(tǒng)分區(qū)

根據(jù)雨水管網(wǎng)計(jì)算，本次規(guī)劃范圍內(nèi)設(shè)計(jì)雨水累計(jì)總流量約為193 m3/s。

3.3水系總體設(shè)計(jì)

水系的梳理工作應(yīng)充分結(jié)合規(guī)劃區(qū)域的地勢現(xiàn)狀、規(guī)劃路網(wǎng)布局及地塊標(biāo)高進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃，使區(qū)域形成河網(wǎng)密集、水系發(fā)達(dá)、水流清澈的城市環(huán)境。在充分利用現(xiàn)有河道的基礎(chǔ)上，最大限度的溝通河道，使園區(qū)河道聯(lián)網(wǎng)成片、互聯(lián)互通，提高河網(wǎng)調(diào)洪蓄澇的能力，改善河道水體水動(dòng)力條件，保障水質(zhì)。

開發(fā)區(qū)南北狹長，利用現(xiàn)狀縱向河道作為雨水排水主要出路，同時(shí)新建或改造貫通開發(fā)區(qū)東西的河道，溝通迎豐渠，減小運(yùn)東排干的壓力。運(yùn)東排干作為現(xiàn)狀開發(fā)區(qū)的主要排水出路，同時(shí)承載靜海新城片區(qū)的雨水排放，河道水位較高，暴雨時(shí)易造成倒灌。本次設(shè)計(jì)將生產(chǎn)河，迎豐渠及運(yùn)東排干作為開發(fā)區(qū)排瀝出路，通過泵、閘調(diào)節(jié)開發(fā)區(qū)雨水排放，實(shí)現(xiàn)雨水排放調(diào)度有序。通過水系梳理，使開發(fā)區(qū)內(nèi)形成“四橫三縱”的水系格局，“四橫”即四號路邊溝、金海道河、南環(huán)河及互助渠?！叭v”即津滄高速邊溝、景觀河及東環(huán)河。汛期時(shí)河道作為防洪排澇的通道，非汛期的河道兼具景觀美化功能，提升開發(fā)區(qū)城市形象。

靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)需疏浚和拓寬改造河道有3條，分別為四號路邊溝、津滄高速輔道邊溝、東環(huán)河（七號路—八號路）；需新建河道3條，分別為金海道河、東環(huán)河、景觀河（十里長街—金海道河）；南環(huán)河與互助渠維持現(xiàn)狀并進(jìn)行護(hù)砌。新建雙排DN2 000 mm雨水管道溝通景觀河與南環(huán)河，保障雨季排水暢通。本次規(guī)劃新建河道約7.2 km，拓寬整理河道約10.8 km，護(hù)砌河道約4.2 km，疏浚河道約8.8 km。

新建3座揚(yáng)水站，規(guī)模均為10 m3/s，滿足一晝夜（24 h）內(nèi)完成排澇準(zhǔn)備工作。規(guī)劃1#揚(yáng)水站位于四號路邊溝與迎豐渠交匯處；規(guī)劃2#揚(yáng)水站位于金海道河與生產(chǎn)河交匯處；規(guī)劃3#揚(yáng)水站位于互助渠和生產(chǎn)河交匯處，見圖2。

圖2　水系規(guī)劃

同時(shí)，運(yùn)營管理單位應(yīng)做到密切監(jiān)視雨水情信息，雨前提前騰空管道及河道，起到雨水調(diào)蓄的作用。雨中泵站滿負(fù)荷運(yùn)行，雨停車不停［1］。

3.4河道斷面選擇

隨著工業(yè)化、城市化步伐的加快，河道整治將不再局限于河道水利功能，同時(shí)還要根據(jù)地區(qū)規(guī)劃的功能性、多樣性，具備景觀、旅游、生態(tài)等功能。整治河道、改善水環(huán)境，現(xiàn)已成為社會觀眾的焦點(diǎn)，在河道治理中，綜合考慮各方面因素選擇適當(dāng)?shù)臄嗝嫘问?，使人類充分利用水資源，是一項(xiàng)十分重要的工作。

河道應(yīng)根據(jù)不同的功能要求，設(shè)計(jì)不同的河道斷面形式。一般河道斷面形式分為3類，復(fù)合式斷面、梯形斷面和矩形斷面。矩形斷面和梯形斷面占地面積少，可用于城鎮(zhèn)中的河道。復(fù)合式斷面占地面積大，適用于河灘開闊的山溪性河道，不需修筑防洪堤。對于違規(guī)占用河道、改變河道斷面及河道形式的問題，在占地條件允許的條件下，盡量可以將占用或改變河道部分向外側(cè)拓展至原斷面形式，只有在此情況下，河道才與原河道斷面過水能力保持一致。若占地條件不允許，采用矩形斷面更節(jié)省占地。

津滄高速邊溝及東環(huán)河位于開發(fā)區(qū)外圍，用地充裕且無較高景觀要求，采用不護(hù)砌的梯形斷面結(jié)構(gòu)。四號路邊溝、南環(huán)河及互助渠均為現(xiàn)狀河道，位于開發(fā)區(qū)內(nèi)部，河道斷面較寬，維持原梯形斷面，考慮到景觀要求需進(jìn)行護(hù)砌。新建金海道河及景觀河位于開發(fā)區(qū)內(nèi)部，河道沿線用地有限制，采用矩形斷面。

4　結(jié)語

靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的快速發(fā)展，增加了區(qū)域排瀝的強(qiáng)度，使得區(qū)域排瀝難度大大提高，現(xiàn)有的排瀝設(shè)施已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足排瀝要求。本文結(jié)合靜海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)雨水排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，從雨水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化、河道梳理兩個(gè)方面對區(qū)域排瀝能力進(jìn)行提升，將海綿城市的設(shè)計(jì)理念貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程，提出河網(wǎng)水系蓄排方案，實(shí)現(xiàn)雨水資源化，為河道水系設(shè)計(jì)工作的開展提供了參考和借鑒。

［1］王國良，張望來.天津2012年城鄉(xiāng)排瀝問題反思與對策［J］.中國防汛抗旱，2012，22（6）：4-5.

TU992

C

1008-3197（2016）03-67-03

2015-12-18

張慧芬/女，1982年出生，工程師，上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院天津分院，從事給排水設(shè)計(jì)工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.03.024