武 鶴，李海英，葛 琪

(黑龍江工程學院 土木與建筑工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050)

哈爾濱市城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)對策研究

武 鶴，李海英，葛 琪

(黑龍江工程學院 土木與建筑工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050)

以哈爾濱市排水系統(tǒng)現(xiàn)實情況為例，分析哈爾濱市城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)存在的主要問題，提出哈爾濱市城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)規(guī)劃思路與具體的防治對策。分別從實施雨污分流規(guī)劃、科學制定排水系統(tǒng)建設(shè)標準、雨水徑流控制標準及城市內(nèi)澇防治標準等方面對防治對策進行具體分析。

城市內(nèi)澇;排水系統(tǒng);雨污合流;防治對策

近年來，隨著極端惡劣天氣的增加和城市化進程加快，影響城市安全的內(nèi)澇問題日益受到公眾的關(guān)注。例如，2012-08-28至29日，哈爾濱市受臺風“布拉萬”和高空槽共同影響出現(xiàn)罕見強降雨和大風天氣。2012-08-28 21時至30日8時，哈爾濱市區(qū)降雨量為150.5 mm，居1961年全市有連續(xù)氣象觀測記錄以來日降雨量第一位。同日也創(chuàng)造了單日降水最多的紀錄。此次降雨造成市區(qū)內(nèi)一些路段積水超過1 m，出現(xiàn)嚴重內(nèi)澇，車輛無法通行，全市十幾條公交線路停運[1]。傳統(tǒng)的排水策略已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)狀城市的需要，順應時代要求，構(gòu)建更高標準的城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)就顯得尤為重要。

1 哈爾濱市地勢情況與水文現(xiàn)狀

哈爾濱市區(qū)主要分布在松花江形成的三級階地上。第一級階地為松花江漫灘區(qū)，海拔在132～140 m之間，主要包括松花江南岸的道里中心區(qū)、道外區(qū)、群力新區(qū)，地勢較低洼，易發(fā)生城市內(nèi)澇。第二級階地海拔145～175 m，由第一級階地逐步過渡，無明顯界限，在臺地與沿江區(qū)銜接地方坡度較大。主要包括南崗區(qū)和香坊區(qū)的部分地區(qū)；第三級階地海拔180～200 m，主要分布在荒山嘴子和平房區(qū)南部等地[2]。哈爾濱市境內(nèi)的大小河流均屬于松花江水系和牡丹江水系，主要有松花江、呼蘭河、阿什河、拉林河、運糧河等。哈爾濱市主城區(qū)主要分布有“三溝”(馬家溝、何家溝、信義溝)及其支流，“三溝”為城市內(nèi)河。馬家溝、何家溝直接匯入松花江。信義溝匯入阿什河[2]。

2 哈爾濱市城市排水系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

2.1 哈爾濱市雨水排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

哈爾濱市城區(qū)內(nèi)主要有5個匯水區(qū)，下雨形成的地表徑流通過匯水區(qū)進入城市排水系統(tǒng)。圖1為哈爾濱市區(qū)主要匯水區(qū)的分布情況。

哈爾濱市的雨水排水系統(tǒng)按市區(qū)內(nèi)的匯水區(qū)域分布進行設(shè)計。由于匯水區(qū)均位于哈爾濱市老城區(qū)，匯水區(qū)中的雨水排水系統(tǒng)大部分與城區(qū)內(nèi)的污水排水系統(tǒng)公用。表1[3]列出5個匯水區(qū)中雨水排水管線的長度和雨水管道與污水管道公用的情況。

除了對哈爾濱市雨水管線長度及雨污合流現(xiàn)狀進行了解外，還應對雨水排水系統(tǒng)設(shè)計的排水設(shè)計重現(xiàn)期進行分析。排水設(shè)計重現(xiàn)期是指設(shè)計暴雨強度出現(xiàn)的周期，是雨水排水設(shè)計的標準。排水設(shè)計重現(xiàn)期在很大程度上決定了城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的平衡[4]。目前，哈爾濱市內(nèi)主要匯水區(qū)排水系統(tǒng)的設(shè)計重現(xiàn)期均小于1 a，個別匯水區(qū)的重現(xiàn)期為1 a。表2[3]列出了5個匯水區(qū)中雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計重現(xiàn)期設(shè)計標準，以及經(jīng)過調(diào)查后沒有達到設(shè)計重現(xiàn)期的管網(wǎng)長度和達標率。達標率指整個管線中達到設(shè)計重現(xiàn)期要求的管線長度占總管線長度的比例。

表1 現(xiàn)狀雨水管線及雨污合流長度統(tǒng)計

表2 現(xiàn)狀排水灌渠覆蓋統(tǒng)計

2.2 哈爾濱市現(xiàn)有泵站排水現(xiàn)狀

截至到2013年，哈爾濱市主城區(qū)內(nèi)5個匯水區(qū)內(nèi)共有排水泵站46座，多為合流泵站，合計排水能力為216.826 m3/s。如果不計運行維護等原因，基本能夠滿足設(shè)計標準，泵站綜合達標率90%。

3 哈爾濱市城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)存在的主要問題

3.1 雨污合流現(xiàn)象嚴重

由于很多匯水區(qū)在主城區(qū)內(nèi)，新管線的布設(shè)比較復雜，因此，很多匯水區(qū)內(nèi)的雨水排水管線與排污管線公用，形成雨污合流制。根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，沿江(西部)匯水區(qū)中新榆南側(cè)區(qū)修建的雨水排水系統(tǒng)完全實現(xiàn)了雨污分流。何家溝匯水區(qū)也因為新建區(qū)域較大，雨污分離達到70%以上。其他幾個匯水區(qū)中的雨水排水系統(tǒng)基本與污水排水系統(tǒng)公用，雨污合流現(xiàn)象比較嚴重?？傮w上看，哈爾濱市江南主城區(qū)的排水系統(tǒng)中雨污合流灌渠占總排水管渠長度的74.8%，混合污水在雨季直排現(xiàn)象非常嚴重。對于雨污合流的排水管道，更多地考慮雨水的排泄，設(shè)計的水力坡度取值一般較小，導致旱季污水中的沉積物、垃圾、建筑施工的泥漿大量淤塞管道，管道排水孔徑減小，影響雨季雨水的排除，容易形成城市內(nèi)澇。同時，合流地區(qū)在城市內(nèi)河沿線處分布了多處溢流口，應對降雨能力較弱。隨著城市不斷發(fā)展和建設(shè)范圍的拓寬，對污水排放也隨之加大了力度。原有的合流管道截流倍數(shù)大幅度下落，雨季雨水排放能力大幅度削弱，并且污水從溢流口溢出量較大，對城市內(nèi)河道景觀造成了嚴重破壞。

3.2 雨水排水系統(tǒng)設(shè)計標準低

按照我國現(xiàn)行城鎮(zhèn)排水設(shè)施建設(shè)標準《室外排水設(shè)計規(guī)范(GB50014-2014)》的要求，城市一般地區(qū)排水設(shè)施的設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為0.5 ～3 a(即設(shè)計可以抵御0.5 ～3 a一遇的暴雨)，重要地區(qū)可以進行3 ～5 a的暴雨重現(xiàn)期設(shè)計[5]。目前，哈爾濱市現(xiàn)有暴雨重現(xiàn)期設(shè)計的年限一般采取規(guī)范要求的下限，即取重現(xiàn)期為≤1 a(見表2)。暴雨重現(xiàn)期設(shè)計與暴雨強度的計算有直接關(guān)系。較低的設(shè)計重現(xiàn)期的選取將導致計算的暴雨強度過低。隨著城市的不斷發(fā)展以及極端天氣的頻繁出現(xiàn)，按照較低暴雨強度設(shè)計的排水系統(tǒng)應對極端天氣的能力降低，城市內(nèi)澇容易發(fā)生。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，沿江匯水區(qū)、馬家溝匯水區(qū)、阿什河(信義溝)匯水區(qū)由于排水管道老化，即使按重現(xiàn)期均小于1 a的設(shè)計要求，達標率也沒有超過80%。因此，暴雨設(shè)計重現(xiàn)期選用過低以及排水管線的老化，直接影響了排水系統(tǒng)的排水能力，造成城市內(nèi)澇的發(fā)生。此外，極端天氣的不斷發(fā)生(如布拉萬臺風等)也應及時根據(jù)哈爾濱市近年的降雨特點，對已有的暴雨強度公式進行修訂和更新。

3.3 排水工程設(shè)計精細度較差

早期的排水工程施工設(shè)計存在精細度不夠的問題，在道路的最低點沒有設(shè)置雨水口，或者雨水口數(shù)量不足，排水性能不強；河道邊緣道路路邊石與綠化部分將道路與河流完全隔離，陸地上的積水難以自行排入河道，當管道排水能力較弱時，容易在低洼地帶形成大面積積水。

4 哈爾濱市城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)規(guī)劃與對策

4.1 系統(tǒng)規(guī)劃思路

建立小、中、大、管四套系統(tǒng)相結(jié)合解決內(nèi)澇問題的思路。

1)小源頭控制系統(tǒng)。借鑒低影響開發(fā)(Low Impact Development，LID)理念，分別針對不同下墊面采用低勢綠地、透水鋪裝等措施對區(qū)域和道路進行雨水滲蓄，從根本上解決由于雨水徑流量過大可能對城市內(nèi)澇產(chǎn)生的不良影響[6]。

2)城市排水管道系統(tǒng)。按照高要求規(guī)劃改造雨水管道系統(tǒng)、泵站及城市內(nèi)河等系統(tǒng)，設(shè)置排水力度較強的大型泵站，進一步改善城市排水系統(tǒng)。

3)大區(qū)域中江河湖的聯(lián)系。

4)基于各種完善數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一的管理信息系統(tǒng)。合理規(guī)劃建設(shè)流程，擬定暴雨時的交通導改方案，完善法規(guī)和標準，在規(guī)劃設(shè)計、審批、驗收及運行維護等各環(huán)節(jié)增強管理措施。

4.2 哈爾濱市城市內(nèi)澇防治對策

4.2.1 實行雨污分流規(guī)劃

哈爾濱市排水防澇規(guī)劃的重要組成部分是實行雨污分流規(guī)劃。為了維護城市水環(huán)境，改善城市排水，需要更加完善的城市管網(wǎng)及雨水設(shè)施。逐步在合流制地區(qū)新建雨水管道，進行雨污分流的改造，從而實現(xiàn)完全分流的排水體制；在分流不徹底的地區(qū)，為了逐步地實現(xiàn)徹底分流，需要摘除混接管線。根據(jù)現(xiàn)階段排水泵站、雨水管線的散布，以及地勢條件、鐵路、高速等自然屏障，按照雨水終端出口，規(guī)劃形成沿江匯水區(qū)、馬家溝匯水區(qū)、運糧河匯水區(qū)及信義溝匯水區(qū)等幾大雨水系統(tǒng)。聯(lián)系近、遠期建設(shè)，采取相應的干線構(gòu)造方式以針對差異性較大的系統(tǒng)。

4.2.2 科學制定設(shè)計標準

哈爾濱市內(nèi)澇防治系統(tǒng)設(shè)計標準包括：哈爾濱市降雨過程強度變化的標準雨型、管道和泵站建設(shè)標準、雨水徑流控制標準及城市內(nèi)澇防治標準。

1)暴雨降雨過程標準雨型確定。雨型是降雨強度隨時間變化的過程[7]。暴雨強度變化過程(雨型)必須在大量暴雨資料統(tǒng)計規(guī)律基礎(chǔ)上選用當?shù)刈钣写硇缘挠晷妥鳛樵O(shè)計雨型。哈爾濱市目前使用的暴雨強度公式為1983年按數(shù)理統(tǒng)計法編制的，采用的是1950—1983共計34 a的數(shù)據(jù)。降雨過程可以分為短歷時暴雨過程和長歷時暴雨過程。短歷時暴雨過程的設(shè)計雨型為2 h的設(shè)計降雨雨型；長歷時暴雨過程設(shè)計雨型是降雨歷時24 h的設(shè)計降雨雨型。文獻[3]在哈爾濱市現(xiàn)有暴雨公式的基礎(chǔ)上(見式1)，推導建立了步長為5 min、不同暴雨設(shè)計重現(xiàn)期下2 h芝加哥暴雨雨型(短歷時設(shè)計雨型)，綜合雨峰位置取0.5(見圖2)。同時，文獻[3]根據(jù)哈爾濱站日降雨統(tǒng)計資料(1961—2013)、哈爾濱站2013年時降雨資料、哈爾濱站“布拉萬”臺風時降雨資料，參考《黑龍江省水文圖集》計算并繪制了哈爾濱市的長歷時暴雨強度過程曲線(見圖3)。并采用哈爾濱站位置的“布拉萬”臺風降雨強度曲線作為哈爾濱市長歷時典型強度曲線，建立步長1 h的長歷時設(shè)計雨型(見圖4)。暴雨降雨過程標準雨型的確定為暴雨設(shè)計重現(xiàn)期的選取提供了可靠依據(jù)。

(1)

式中：q為暴雨強度，P為設(shè)計重現(xiàn)期，t為降雨歷時，t=t1+t2，其中，t1為地面集水時間，t2為管內(nèi)流行時間。式(1)中其他數(shù)字均為按地方降雨資料統(tǒng)計分析得到的統(tǒng)計參數(shù)。

圖2 重現(xiàn)期1 a短歷時暴雨強度設(shè)計雨型

圖3 哈爾濱市不同重現(xiàn)期長歷時暴雨強度過程曲線

圖4 哈爾濱市不同重現(xiàn)期長歷時暴雨強度設(shè)計雨型

2)雨水徑流控制標準確定。借鑒低影響開發(fā)(Low Impact Development，LID)理念，強調(diào)通過源頭分散的小型控制設(shè)施，維持和保護匯水區(qū)中的自然水文功能，有效緩解城市不透水面積增加造成的地表徑流量的增大。采用以徑流系數(shù)作為城市規(guī)劃的控制性指標，增加城市綠化率，減少城市不滲水體塊面積，推廣下沉式綠地。根據(jù)哈爾濱市現(xiàn)狀，要求新建地區(qū)綜合徑流系數(shù)指標不超過0.5；原貌治理后綜合徑流系數(shù)應該比原系數(shù)低，二環(huán)內(nèi)平均徑流系數(shù)控制在0.5～0.6之間。

3)管道和泵站建設(shè)標準提高。選用合理的暴雨設(shè)計重現(xiàn)期可以有效提高城市排水管道和泵站的建設(shè)標準。采用較高的重現(xiàn)期設(shè)計，得到的暴雨強度就會大，相應的雨水設(shè)計流量較大，進而排水管道的斷面也相應增大，這對城市排水是有利的。對于那些城市內(nèi)澇頻發(fā)的城市，提高設(shè)計重現(xiàn)期的取值會減少城市內(nèi)澇的發(fā)生，同樣也增加了工程造價的支出；如果選用較低的重現(xiàn)期，得到的暴雨強度小，設(shè)計的排水管道斷面相應減小，減少了工程造價。但是可能會導致排水不暢，出現(xiàn)城市內(nèi)澇的幾率變大。所以，重現(xiàn)期的選擇必須結(jié)合當?shù)貧夂?、地形等的實際情況，從經(jīng)濟與技術(shù)兩方面充分考慮。根據(jù)國內(nèi)大部分城市設(shè)計標準規(guī)劃，對設(shè)計參數(shù)進行技術(shù)分析，最終確定哈爾濱市重現(xiàn)期設(shè)計標準：一般地區(qū)雨水規(guī)劃設(shè)計重現(xiàn)期為3 a，重點地區(qū)為5 a，新建及改造地道橋不低于10 a。

4)城市內(nèi)澇防治標準。城市內(nèi)澇防治標準體系已經(jīng)在大多數(shù)國家建立，而在中國還沒有建立這樣的標準。為了我國未來的城市發(fā)展良好，為把哈爾濱市建設(shè)成國家中心城市、生態(tài)城市等發(fā)展目標的實現(xiàn)，哈爾濱市需要盡快找到適合的內(nèi)澇防治標準體系。

此外，哈爾濱市在出現(xiàn)一定規(guī)模的城市內(nèi)澇時，應把避免車輛擁堵、城市基本可以正常運轉(zhuǎn)、不發(fā)生重大損失作為主要目標。通過學習運用國外各城市的處理方法，結(jié)合哈爾濱市的實際條件，將哈爾濱市的內(nèi)澇防治標準制定為能有效應對50 a一遇的降雨，在遇到同樣強度的降雨時要保證道路積水深度不大于0.3 m，積水時間不能大于2 h。

5 結(jié)束語

針對近年來城市暴雨導致城市內(nèi)澇問題，本文以哈爾濱市排水系統(tǒng)現(xiàn)實情況為例，分析了哈爾濱市城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)存在的主要問題，提出了哈爾濱市內(nèi)澇防治系統(tǒng)規(guī)劃思路與具體的防治對策。形成的哈爾濱市城市內(nèi)澇防治對策科學性強、實踐性強，對哈爾濱市城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)建設(shè)起到了很好的指導作用。

[1] 臺風“布拉萬”入侵哈爾濱．http://roll.sohu.com/20120831/n352018680.shtml

[2] 中華人民共和國中央人民政府門戶網(wǎng).上海百年一遇強暴雨致中心城區(qū)150多條馬路積水[EB/OL].[2008-08-25].http://www.gov.cn/jrzg/2008-08/25/content-1078983.html.

[3] 哈爾濱市水務局，哈爾濱市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院，哈爾濱市水利規(guī)劃設(shè)計研究院．哈爾濱市城市排水防澇綜合規(guī)劃報告(初稿)[R]．[出版者不詳]，2014

[4] 韓洋．城市內(nèi)澇與排水管網(wǎng)規(guī)劃研究[D]．西安：長安大學，2014．

[5] 住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.室外排水設(shè)計規(guī)范:GB50014-2006[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[6] 鞠寧松，龔坤．城市內(nèi)澇的成因及破解方法探討[J]．江蘇建筑，2011(144):90-93.

[7] 寧靜．上海市短歷時暴雨強度公式與設(shè)計雨型研究[D]．上海：同濟大學，2006．

[8] 謝英霞．從城市內(nèi)澇災害頻發(fā)看排水規(guī)劃的發(fā)展趨勢 [J]．城市規(guī)劃，2013(2)：45-50.

[9] 王磊，周玉文．國內(nèi)外城市排水設(shè)計規(guī)范比較研究 [J]．中國給水排水，2012(8)：23-27.

[10] 車伍，李俊奇．城市雨水利用技術(shù)與管理 [M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006

[責任編輯：郝麗英]

Research on preventions and countermeasures against urban waterlogging in Harbin City

WU He, LI Haiying, GE Qi

(College of Civil and Architectural Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050, China)

The urban waterlogging problems are discussed based on the rainwater drainage system in Harbin City. A series of waterlogging prevention system planning ideas and specific countermeasures are proposed. The prevention and countermeasures such as the implementation of rain and sewage diversion planning, the formulation of reasonable drainage system construction standard, the rainwater runoff control standard and urban waterlogging control standard, are discussed respectively.

urban waterlogging; drainage system; rain and sewage confluence; prevention and cure strategy

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.06.001

2016-06-01

哈爾濱市優(yōu)秀學科帶頭人項目(2013RFXXJ020)

武 鶴(1963-)，男，教授，研究方向：土木工程.

TU99

A

1671-4679(2016)06-0001-04