关于城市道路排水设计重现期标准的思考

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1前言

城市道路排水系统是否合理安全，关系到能否及时迅速地排除路面降雨积水，保障道路通行安全，维持道路合理使用寿命。城市街道路面积水，会影响行人、车辆通行，造成交通堵塞；路面长期经常积水，还会影响路基，使道路遭受损坏，危及人民生命财产安全。

本文拟从如何合理确定排水管渠设计重现期标准入手，探讨提高道路排水管网排水能力，以减少城市暴雨灾害。

2 道路排水管网雨水流量计算公式

根据GB50014-2006《室外排水设计规范》，雨水流量计算公式为：

      Q=ψ·q·F    …………………………（1）

式中：Q —— 雨水设计流量(L/S）；

      q —— 设计暴雨强度[L/(S·hm²）]；

ψ —— 径流系数，按不同场地情况选用；

F —— 汇水面积（hm²）。

设计暴雨强度公式为：

         ( ………………（2）

式中：t —— 降雨历时（min）,t=t₀+mt₂；

      P —— 设计暴雨重现期（a）；

      A1、C、b、n —— 参数，按各地不同暴雨强度公式采用。

F —— 汇水面积（hm²）

由公式（1）、（2）可知，在设计城市（地区）以及道路周围地形情况确定以后，雨水流量与设计重现期P成一定的正比关系。

3 国内外城市重现期采用情况

《室外排水设计规范》1987版列举的国内部分城市设计重现期如表-1所示；2006年版列举的国内部分城市设计重现期采用情况如表-2。对比表-1、表-2可知，国内部分城市设计排水重现期目前采用的标准比上世纪八十年代有所提高。欧美地区一般采用重现期标准为10a，排水干管甚至达到100a。日本及新加坡等国重现期一般采用5a，必要时可提高到30～50a。香港地区设计重现期一般也为10a，干管采用200a。

 

 

国内部分城市采用的重现期（1987版规范列举）        表-1

城市

重现期（a）

城市

重现期（a）

北京

一般地形的居住区或城市区间道路0.33～0.5

不利地形的居住区或一般城市道路0.5～1

城市干道、区中心1～2

特殊重要地区或盆地3～10，立交路口1～3

上海

市区0.5～1

某工业区的生活区1，厂区一般车间2，大型、重要车间5

济南

1

天津

1

无锡

小巷0.33，一般0.5，新建区1

齐齐哈尔

0.33～1

南京

0.5～1

哈尔滨

0.5～1

杭州

0.33～1

长春

0.5～2

宁波

0.5～1

兰州

0.5～1

广州

1～2，主要地区2～20

西宁

0.33～0.5

长沙

0.5～1

西安

1～3

重庆

小面积小区1～2

面积30～50ha小区5

打面积或重要地区5～10

昆明

0.5

武汉

1

贵阳

3

 

国内部分城市采用的重现期（2006版规范列举）        表-2

城市

重现期（a）

城市

重现期（a）

北京

1～2；特别重要地区3～10

扬州

0.5～1

上海

1～3；特别重要地区5

宜昌

1～5

天津

1

南宁

1～2

乌兰浩特

0.5～1

柳州

0.5～1

南京

0.5～1

深圳

一般地区1；

低洼地区2～3；重要地区3～5

杭州

1; 重要地区2～3; 特别重要地区3～5

 

 

 

我国《室外排水设计规范》1987版和2006版对重现期标准都规定为：“雨水管渠设计重现期，应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期。重现期一般采用0.5～3年，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般采用3～5年，并应与道路设计协调。特别重要地区和次要地区可酌情增减。”2011年《室外排水设计规范》局部修订征求意见稿将雨水管渠设计重现期修改为：“雨水管渠设计重现期，应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期。同一重现期一般采用1～3年，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般采用3～5年，并应与道路设计协调。特别重要地区可采用10a以上。经济条件较好或有特殊要求地区可采用规定的上限，经济条件尚差的地区可逐步提高。”

由上述可知，“2011年修订稿”对排水重现期无多大变化，与2006年版相比，仅将下限提高了0.5a。

4 国内城市道路排水系统暴露出的主要问题

我国城市道路排水设计标准普遍较低，造成一遇到较大暴雨，街道路面普遍受淹，交通堵塞，市民财产、甚至生命受损。近年来这方面的报道屡见不鲜。如2011年6月23日，首都北京发生2004年以来10年一遇的一场暴雨，1小时降雨量达到128mm。当时正值晚高峰，行人车辆严重受阻，交通大面积瘫痪，部分地铁停运，甚至发生2名青年跌入下水道被雨水冲走的悲剧。同样6月下旬7月初，上海、长沙、杭州、成都等地都发生了因暴雨致使街道成为汪洋，交通一片混乱的现象。我们泰州市区也曾发生过因道路排水不畅，致使雨水流入居民家中、以及倒灌进高层建筑地下室等现象。由于暴雨成灾给各地城市造成的损失恐怕是惊人的。

分析我国城市道路排水系统如此不堪一击的主要原因，笔者以为，主要有如下几条：

(1)作为国家级标准的《室外排水设计规范》对城市排水管渠重现期标准设定太低。如果说上世纪七、八十年代，我国经济相对还比较落后，那时的城市人流、车流、物流都不算密集，规定较低的排水重现期标准，还是可以理解的。即使街道受淹，损失不会很大，影响也不会很严重。但是进入21世纪以来，我国的社会经济水平已经发生了巨大的变化，城市化进程不断加快。城市人流、车流、物流快速增长，城市道路系统也越来越复杂，有立交道路、地铁、隧道、下沉广场等等，如今一座城市如再因暴雨受淹，其受到的影响和损失与数十年前相比不可同日而语。而2006年版的《室外排水设计规范》对排水设计重现期标准仍维持1987年的较低水平，20年不变。即使211年局部修订征求意见稿，也仅作了略微提高。“规范”确定的重现期标准值明显落后于时代发展的要求。

(2)我国过去的城市建设，往往比较重视地上部分，而忽视地下基础设施。问题恰恰是地下市政设施更为重要，一经建成，就很难更新改造，要管用数十年、上百年。如法国的城市下水道，有的运行100多年，至今仍正常使用。

(3)城市排水管网的设计，往往仅满足当前，对长远预见不足。一座城市不是静态的，而是在不断发展、壮大、变化。一条道路排水系统在建成之初，可能道路周围绿地或农田较多，雨水径流系数ψ较低，道路汇水范围也可能较小。这样雨水流量就较低，排水系统也许尚能满足要求。但随着城市建设的推进，原来的绿地、农田可能变成了建筑或硬地，其他排水支管也可能接入。这就造成雨水流量的增加，致使排水管网超设计负荷。

(4)对市政排水管网维护管理的缺失。城市排水管网规划属规划或建设部门，其建设可能分散于建设部门、交通部门或相关开发区、工业园区等等，日常管理维护也多是谁建设、谁管理。形成一座城市排水管网多家管理，管理水准参差不齐。有的对排水管网没有经常清淤疏通；有的排水管道损坏渗漏，造成地下水渗入，甚或流入泥沙堵塞管道等。

5 尽快提高城市道路排水设计标准

上述城市道路排水系统存在的四个主要问题，其中最重要的还是设计标准的问题。如前所述，雨水设计流量与重现期P成正比关系，选择较低的P值，则排水设计流量Q就下降，排水管径也可减小，可以降低工程造价，但存在着排水系统不畅，道路容易受淹的隐患。选择较高的P值，提高了安全性，却也增加了工程造价。这就存在着安全性和经济性二者之间如何取舍平衡的问题。

我们假定以1条长1 Km的城市道路排水设计来分析比较不同的重现期P与降雨强度q、雨水流量Q、排水管径D及工程造价T之间的关系。

暴雨强度公式采用江苏扬州市暴雨公式：

   ( ………………（3）

设道路两侧汇水范围各宽150m，不考虑其他转输雨水量，即总汇水面积为：

F=1000×300=300000m²=30hm²

径流系数设为ψ=0.70，则雨水流量为：

Q=ψ·q·F=0.7×q×30=21q(L/s) ………………（4）

降雨历时：t=t₀+mt₂，起点集流时间t₀=10min，管内延缓系数m=2.0，管内平均流速设为V=1m/s,则管内流水时间t₂=1000s=16.7min。则有：

t=10+2×16.7=43.4min

假设道路雨水管由道路起点至终点单向流动，则可得出道路雨水管末端出口的暴雨强度为：

=    ……（5）

根据式（4）、（5）计算出不同重现期P的q、Q、T值如表-3所示。以及得出p-q、p-T关系曲线分别如图-1、图-2所示。

不同重现期P与相关参数关系一览表           表-3

序号

P(a)

q(L/S·hm²)

Q(L/s)

D(mm)

造价T（%）

备注

1

0.3

81.81

1718

1400

75

 

2

0.5

99.27

2085

1500

100

 

3

1.0

122.96

2582

1600

138

 

4

1.5

136.82

2873

1700

175

 

5

2

146.65

3080

1700

175

 

6

3

160.51

3371

1800

183

 

7

4

170.34

3577

1800

183

 

8

5

177.96

3737

1900

190

 

9

8

194.03

4075

1900

190

 

10

10

01.65

4235

2000

205

 

11

15

215.51

4526

2000

205

 

12

20

225.34

4732

2000

205

 

13

30

239.20

5023

2100

215

 

注：工程造价系按P=0.5a时造价为100%基准。

 

图-1   P-q变化关系图

图-2   工程造价变化关系图

 

由图-1可知，P-q关系近似于1条上抛物线，当P＜5a时，曲线较陡，随着P的上升，q增加较快，相应地工程造价增加幅度也较快，如P=2a时，q值是P=0.5a时的约1.48倍，造价约增加75%；P由0.5a提高到5a时，q增加约0.79倍，工程造价增长约90%。P＞5a时，P-q、P-T之间的变化曲线渐趋缓，如P由5a提高至30a，工程造价增长约25%。在道路工程中，雨水管渠的造价约占道路总造价的15%左右，也就是说P由0.5a提高至2a时，道路工程总造价增加约为：75%×15%=11.25%；P由0.5a提高至5a时，道路工程总造价增加约为：90%×15%=13.5%。与此相比，雨水管网的排水能力却分别增长了48%和79%。

上述计算假设了一些前提条件，实际情况可能变化多端。但表-6及图-1、图-2基本上能说明重现期P与q、Q、T之间的对应关系。

《室外排水设计规范》2011年局部修订“征求意见稿”虽然对雨水管渠设计重现期也作了调整，但该条文规定的依据却是“系根据我国各地目前实际采用的数据，经归纳综合规定”，仅将重现期下限由0.5a提高至1.0a，其余同2006年版规范基本未变,同1987年版规范相比也未有多大变化。然而我国工程设计人员在确定排水管渠设计重现期时，本身就是依据国家《室外排水设计规范》选用的。国家规范是工程技术人员必须遵守的“宪法”，规范的先进合理与否决定了工程建设的先进合理与否。针对我国城市排水设施落后的现状，各地有不少人大代表、政协委员提出议案、建议，要求提高城市排水设计标准。有识之士提出“向一个多世纪之前就已解决城市排水问题的巴黎取经永远都不晚。”进入21世纪以来，我国的城市化进程不断加快，综合国力不断提高，人民生活水平逐步小康。应该说完全有能力提高对城市地下基础设施的投入。

因此，笔者认为，现在是到了及时调整提高我国排水管渠重现期标准的时候了。笔者建议，我国的排水重现期标准，应该与国外先进标准看齐，即将重现期标准下限值提高到5年左右。建议将雨水管渠重现期标准修改为：“一般地区采用5年，重要地区为5～10年，特别重要地区或短期积水会引起较严重后果的地区，可采用10年以上。”并可作为强制性条文来执行。如果能提高标准，其实对整个道路工程造价影响并不大，却能大大提高排水管网的泄水能力，减少城市内涝发生。

6 结语

城市雨水管渠设计，看似小问题，却与老百姓的生活息息相关，已成为重大的民生问题。地下排水管网是百年大计，一经实施，要更新改造就非常困难。因此，我们一定要以超前的眼光和对未来负责的态度来确定城市雨水管渠设计重现期标准，以免给历史留下遗憾，给后人制造困难。