閆海波

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

近幾十年來，中國城市化的進(jìn)展讓世界咂舌，隨處可見城市人口的膨脹和高樓大廈的崛起，但是過快的城市化進(jìn)展帶來的不僅僅是眼前的繁華，一系列的問題也接踵而至，城市的心臟——城市地下給排水管網(wǎng)系統(tǒng)不堪重負(fù)，導(dǎo)致城市內(nèi)澇問題尤為突出，尤其是隨著全球氣溫的變暖，大暴雨或者特大暴雨發(fā)生的越來越頻繁，導(dǎo)致城市的排水量越來越大。自2008年以來，中國351個(gè)城市中有62%面對(duì)暴雨的時(shí)候發(fā)生過內(nèi)澇，雨后習(xí)慣性癱瘓的城市已經(jīng)達(dá)到一百多個(gè)，城市內(nèi)澇為我們帶來了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，目前已經(jīng)成為城市的頑疾之一。外表光鮮亮麗的城市與其面對(duì)暴雨時(shí)的不堪一擊形成了鮮明的對(duì)比，這促使我們對(duì)城市的排水系統(tǒng)進(jìn)行反思，借鑒國外先進(jìn)的排水系統(tǒng)對(duì)我國城市排水系統(tǒng)進(jìn)行完善也顯得尤為重要。

1 我國城市排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國城市的地下排水管道情況錯(cuò)綜復(fù)雜，舊的排水道管網(wǎng)老化嚴(yán)重，新的管道設(shè)計(jì)容量不足。很多老城區(qū)依然沿用舊的排水系統(tǒng)，比如北京依然沿用100多公里的明清遺留舊溝，隨著城市的建設(shè)河流明渠等逐步被改為暗溝，而大多數(shù)新建城區(qū)一般都使用管道排水[1]。但是早期建設(shè)的城區(qū)由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等各方面的原因，大多使用雨污合流制排水，即將雨水和污水排放在同一根管道里面，這其中，最早的雨污合流制甚至將城市的雨水、生產(chǎn)污水、工業(yè)廢水收集起來后直接排放到水體里，這種合流制排水對(duì)水體和環(huán)境的污染比較嚴(yán)重[2]，所以我國逐步將這種直接排放的合流制改造為截流式合流制，就是將雨污排水管收集的雨污水用截流管輸送到污水處理廠進(jìn)行處理后再排放到水體中，這樣改造后的排水系統(tǒng)對(duì)水體的污染大大降低，然而由于雨水也被輸送到污水處理廠進(jìn)行處理，大大增加了污水處理的負(fù)荷，尤其是在強(qiáng)降雨季節(jié)，會(huì)造成污水處理廠污水溢流嚴(yán)重，對(duì)水體污染增加等問題，因此在后來的新城區(qū)建設(shè)中，盡量采用分流制排水，即將雨水和污水分別收集到不同的管道中，對(duì)雨水一般不進(jìn)行處理直接排放到水體中，對(duì)污水則是處理后再排放到水體中。

由于新中國成立初期經(jīng)濟(jì)、規(guī)范、技術(shù)等多方面的原因造成了我國排水系統(tǒng)的建設(shè)沒有能夠一步到位，而且設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上也一直在修改，排水管道在建國初期都是按照0.3～1年一遇的暴雨重現(xiàn)期進(jìn)行設(shè)計(jì)的，后來逐步提高到1～2年一遇的標(biāo)準(zhǔn)，新的管網(wǎng)建設(shè)相對(duì)比舊的管網(wǎng)要好，不同的管網(wǎng)系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，新舊城區(qū)管網(wǎng)無法銜接，無法全面改造，牽一發(fā)而動(dòng)全身。

與我國地下排水管網(wǎng)的改造困難相對(duì)比的是我國城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市化的加快進(jìn)行，然而沒有與城市現(xiàn)代化相匹配的地下管網(wǎng)系統(tǒng)作支持，城市水害、洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生。2007年重慶遭遇115年以來最大的暴雨，濟(jì)南遭遇45年以來的最大暴雨，2008年，成都、綿陽、雅安等地的大暴雨，尤其是2010年7月21日北京的61年不遇的大暴雨，越來越多的城市被淹，這無疑給我們城市的排水系統(tǒng)敲響了警鐘，促使我們對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行審視：我國城市的排水管網(wǎng)有什么問題，應(yīng)該怎樣改進(jìn)？

2 我國城市排水系統(tǒng)存在的主要問題

回顧我國城市排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)展和歷史，我國城市排水系統(tǒng)主要存在以下幾大問題。

2.1 城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，地下排水管道設(shè)計(jì)容量不足

我國大部分城市排水道直徑都在2 m以下，甚至很多直徑都在1 m以下。按照我國2012年發(fā)布的《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，對(duì)城市快速道、重要的主干路、立交橋區(qū)和短期積水能引起嚴(yán)重后果的道路，宜采用3～5年的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度；其他道路宜采用0.5～3年，特別重要路段和次要路段可酌情增減。然而據(jù)調(diào)查，我國70%以上的城市在設(shè)計(jì)時(shí)都采用偏低的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，都使用低于1年的暴雨重現(xiàn)期，尤其是舊的下水道系統(tǒng)甚至連規(guī)范的最低要求都達(dá)不到[3]。例如，北京地區(qū)普遍采用1年一遇的抗洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，只能夠抵抗35 mm/h的降雨量，一旦遭遇像2010年7月21日的大暴雨是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠抵抗的，城市勢(shì)必被淹。還有一部分原因是中國城市化太過迅速，城市人口的膨脹太快，以至于對(duì)排水系統(tǒng)做規(guī)劃時(shí)預(yù)料不到未來人口基數(shù)的增長速度，所以出現(xiàn)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量不足的現(xiàn)象。

2.2 下沉式立交橋下積水點(diǎn)多

為了解決城市交通擁堵，我國近些年來興建起很多立交橋，包括下沉式立交橋，但是卻沒有設(shè)置足夠容量的排水設(shè)施。由于沒有設(shè)置相應(yīng)的截水設(shè)施、排水渠或蓄水池，下沉路段在面臨暴雨的時(shí)候就會(huì)以立交橋下沉點(diǎn)為中心迅速地積水，北京市2012年7月21日的暴雨災(zāi)害便是這種情況。在北京市29個(gè)積水點(diǎn)中其中下沉式立交橋就占了22個(gè)，這22個(gè)積水點(diǎn)的平均排水時(shí)間都達(dá)到10個(gè)小時(shí)以上，有的立交橋配有排水泵，但是僅僅有一個(gè)排水泵是不夠的，一旦壓力強(qiáng)、排水快的時(shí)候，淤泥和污物都會(huì)被沖到出水口，堵塞排水，立交橋下就會(huì)迅速積水。另外還有一些下挖式通道，由于接線縱斷面一般呈“U”字型，雨季容易造成嚴(yán)重的積水，存在一定的安全隱患[4]。

2.3 城市可持續(xù)性發(fā)展的建設(shè)理念沒有跟上國際的節(jié)拍

隨著中國近幾十年來的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程也加快了腳步，各大城市的急劇擴(kuò)展將土壤鋼筋混凝土化，降低了土地的排水功能。還有很多城市人為地填河造地，進(jìn)一步降低了城市的蓄水能力；還有一些礦業(yè)區(qū)，缺乏規(guī)劃地開采礦場，導(dǎo)致地下采空區(qū)過大，降低城市地面，以至于面對(duì)暴雨的時(shí)候，城市抗?jié)衬芰Ρ幌魅?。城市地面不透氣，不排水，沒有跟上國際綠色設(shè)計(jì)的新理念。

圖1 北京阜石路高架路下的一座下穿立交橋積水

3 國外排水系統(tǒng)特色

針對(duì)國內(nèi)城市地下水排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題，我們對(duì)比借鑒了國外一些發(fā)達(dá)國家做得好的地下排水系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，希望能夠在改造我國城市排水系統(tǒng)時(shí)受到啟發(fā)。

3.1 城市集雨措施

歐洲一些發(fā)達(dá)國家，比如英國和德國采用可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念，盡量采用環(huán)保設(shè)計(jì)，目前比較流行的有“洼地-滲渠系統(tǒng)”。該系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)徑流零增長為目標(biāo)，依托地表的自然地勢(shì)高低設(shè)置明溝和洼地，并將其連接到地下排水系統(tǒng)。整個(gè)排水系統(tǒng)結(jié)合了地上的明渠明溝和地下的排水管道，地上明溝和洼地盡可能多地吸收降雨，循環(huán)利用，及時(shí)地補(bǔ)充了地下水，促進(jìn)了城市水文生態(tài)的良性循環(huán)，而且設(shè)計(jì)地上明溝的時(shí)候一般會(huì)依托地勢(shì)，做成蜿蜒曲折的天然河道，起到了自然景觀的作用；而地下的排水管道則不僅起到排水的作用，還起到儲(chǔ)水的作用，當(dāng)面臨大暴雨時(shí)，可以緩沖洪峰，整個(gè)系統(tǒng)在有效地降低城市排水的壓力之余還改善了自然景觀；此外，建立地下蓄水庫也在歐洲廣為流行，德國漢堡就建有容量很大的地下蓄水庫，蓄水庫在洪水期能起到緩沖洪峰的作用，平時(shí)又可以起到貯水的功能，提高雨水的利用率。

圖2 “洼地-滲渠系統(tǒng)”示意圖

3.2 城市路面及排水可持續(xù)設(shè)計(jì)理念

城市道路和排水設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用透水磚、綠地、洼地等透水鋪裝，增加城市透水率，使得城市路面“會(huì)呼吸”，比如將道路和綠地之間打通，可將地面徑流引到綠地排走；有條件的路面使用透水磚等。在國外，雨水下滲應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛了，在小區(qū)、停車場、廣場、公園、公共活動(dòng)場所等地方隨處可見，最常見的雨水下滲系統(tǒng)包括如下。

3.2.1 地面滲透系統(tǒng)

最常見的地面滲透系統(tǒng)包括下凹綠地、淺溝與洼地、地面滲透池塘以及透水鋪裝地面等。這一類滲透系統(tǒng)建造費(fèi)用低廉，維護(hù)簡單易行，適用范圍較廣，也比較容易推廣。一些常見的地面滲透系統(tǒng)參照數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 地面滲透系統(tǒng)

圖3 德國停車場的透水路面設(shè)計(jì)

3.2.2 地下滲透系統(tǒng)

最常見的地下滲透系統(tǒng)包括埋地滲透管溝、埋地滲透渠、埋地滲透池。這一類系統(tǒng)造價(jià)也不高，而且在有些情況下可以兼做排水管道，一舉兩得，但是使用范圍有限，受到路面承載能力和施工的一些限制。一些常見的地下滲透系統(tǒng)參照數(shù)據(jù)如表2所示。

4 我國城市排水系統(tǒng)的改造建議

雖然現(xiàn)在城市內(nèi)澇問題已經(jīng)引起了人們的重視，而且一些城市也已經(jīng)開始了對(duì)城市給排水系統(tǒng)的改造，但是由于我國排水管網(wǎng)復(fù)雜的現(xiàn)狀，牽一發(fā)而動(dòng)全身，進(jìn)行全面的改造是不可能的，只能是采取逐步的改造，借鑒國外的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國的國情，具體建議有如下幾點(diǎn)：

表2 地下滲透系統(tǒng)

a）老城區(qū)盡量將合流制先改造為截流式合流制，即用截流干管將雨污管道收集到的雨污水輸送到污水處理廠進(jìn)行處理后再就近排放到水體里。這樣較之于老城區(qū)直接將雨污水合流制直接排放到水體里的系統(tǒng)，減少了對(duì)水體和環(huán)境的影響，又不至于對(duì)現(xiàn)有的管道進(jìn)行大規(guī)模的改動(dòng)；較之于直接將合流制改為分流制，先改造為截留式合流制，再改造為分流制的做法，能夠節(jié)約初期投資，縮短施工周期，見效快。研究表明，這種做法能夠在短期內(nèi)用最低的成本解決排放水體的污染問題，滿足社會(huì)需求，適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)階段的發(fā)展現(xiàn)狀，是比較推薦的一種改造方法。

b）雖然我國設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，但是對(duì)比英國的設(shè)計(jì)，普遍存在管道設(shè)計(jì)偏大的問題。英國排水設(shè)計(jì)時(shí)，雨水管道225 mm起，污水管道150 mm起，但是我國設(shè)計(jì)時(shí)是300 mm起，表面上看起來，管道設(shè)計(jì)的偏大，安全系數(shù)大，但是事實(shí)上，由于起始管道管徑偏大，往往導(dǎo)致暴雨來臨時(shí)，上游管道還是空的，下游就已經(jīng)洪澇了，這樣一來起始段管道的容量非但沒有被充分利用，反而還加速了水流向下游沖擊，導(dǎo)致下游擁堵加速。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，不建議起始管段管徑過大。

c）學(xué)習(xí)國外先進(jìn)理念的同時(shí)應(yīng)該結(jié)合中國的具體實(shí)情。比如說要增加城市透水率，很多時(shí)候就算是采用國外先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念來設(shè)計(jì)，也是名存實(shí)亡，比如說在很多公園都鋪設(shè)了透水磚，其本意是能夠增加水的滲透率，并且能夠?qū)崿F(xiàn)雨水的循環(huán)再利用，一方面降低了地下排水管道的排水壓力，另一方面能夠最大限度地利用降雨，可是事實(shí)上，由于后期的維護(hù)跟不上，使得透水磚難以清理維護(hù)，時(shí)間長了根本起不到透水的作用，所謂的透水地坪名存實(shí)亡。設(shè)計(jì)下凹式綠地時(shí)也應(yīng)該綜合考慮各種因素，首先綠地必須是耐淹型，其次如果是在城市主干道上長期吸水太多的話會(huì)造成路基下沉。而且由于垃圾和污水會(huì)隨著雨水一同排到地下，如果后期的維護(hù)跟不上，會(huì)造成綠地成活率降低，最后綠地變成垃圾場，效果適得其反。

5 結(jié)語

結(jié)合我國城市排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀，不難看出城市內(nèi)澇頻繁發(fā)生的必然性，雖然政府對(duì)于城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃改造很重視，能夠建立一套新興的現(xiàn)代化的智能排水系統(tǒng)以及管理體制是解決問題的根本辦法，但是考慮到我國城市建設(shè)過程中新老城區(qū)管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)狀，全面進(jìn)行改造排水管網(wǎng)需要一定的時(shí)間，目前先采取舊管逐步改造比較切合實(shí)際，在借鑒國外先進(jìn)理念的時(shí)候也應(yīng)該充分考慮我國的具體情況，不可生搬硬套，適得其反。