城市暴雨后积水成因分析及建议

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　　摘要： 南通市排涝系统相对滞后于城市发展的速度，除了城市化对城市暴雨强度、产汇流具有明显影响外，特定的城市水系条件是制约城市排涝的重要因素。城市河道功能转换滞后，排水系统规划、设计、管理存在不足，导致城市积水点日益增多。建议开展系统研究，适度超前规划排水系统，打破部门分割状态，建立行之有效的管理、维护系统，才能改变城市排水的被动局面。
　　关键词：城市化、排水系统、影响因素、超前规划、强化管理
　　Abstract: in the drainage system lags behind the relative speed of the city, in addition to city rain intensity, urbanization runoff has obvious influence outside, specific the urban water system conditions is the important factor of restricting city drainage. Urban river function conversion lags behind, the drainage system planning, design, management inadequate, leading to the city water points are increasing. Suggestions for system research, appropriate leading planning drainage system, break departmental segmentation state, establish an effective management, maintenance system, can change the passive state of urban drainage.
　　Keywords: urbanization, drainage system, the influence factors, advance planning, strengthen management
　　
　　
　　中图分类号： S276.3 文献标识码：A 文章编号：
　　1 城市化对城区设计暴雨强度影响明显
　　1.1南通市暴雨类型
　　 南通市暴雨形成的过程比较复杂，从宏观物理条件来说，产生暴雨的主要物理条件是充足的源源不断的东海、黄海水汽、强盛的气流上升运动和大气层结构的不稳定。
　　 大中小各种尺度的天气系统和下垫面的有利组合可产生较大的暴雨。引起南通市大范围暴雨的天气系统主要梅雨、台风雨、局部暴雨等。
　　 （1）梅雨：南通市位于南北暖冷气团经常交错的地带，气旋性降水最为发达，6～7月活跃在我市的“梅雨”是南通地区暴雨的主要组成部分。
　　 （2）台风雨：每年7～9月常受台风或台风倒槽影响而产生台风暴雨。
　　 台风过后，空气湿润，遭遇冷空气南下，形成局部暴雨。
　　 （3）局部暴雨：城市化通过城市热岛效应、阻碍效应、城市凝结核效应等影响城市的降水机制。
　　1.2城市化引起短历时暴雨强度增大
　　 城市化使城市下垫面不透水面积增加，含水量减少，同时城市建筑材料热容量大，易于储热，不利于散热，人类活动也向大气中释放大量热量，形成巨大的人为热源，造成城区气温高于郊区，形成城市热岛。城市热岛效应促使城区上空大气层结构变得不稳定，易于产生热力对流，易于产生对流云及高强度对流性降水。
　　 城市化发展促使城区地面粗糙度增加，当气流由郊区向城区移动时，城区中高低不一的建筑物如同屏障，使空气产生机械揣流，空气运动受到明显影响，导致城区降水强度增大或降水时间延长。
　　 其次，城市化使空气污染物增多，城区空气混浊度高于郊区，尘埃及废气的微小颗粒长期漂浮在空中，易于吸收水汽，形成较多的云凝结核，从而有利于形成云内胶性不稳定，进而起到促进增雨作用。
　　 城市化形成的局部地区热力性雷阵雨造成短历时、小面积的特大暴雨。比较明显的是我市夏季比较频繁的强对流天气引起的局部雷阵雨。
　　 经过对南通市城区主要降雨量站资料历年比较分析，城市化使城区降雨强度明显增强。
　　 城市化使城区地表热容量，地表粗糙度加大、城区空气冷凝核增多，使暴雨几率增加。
　　 近二十年雨量强度与80年代之前雨量强度相比，在不同历时、不同重现期99组数据中，总体偏大17%。
　　 其中历时越短、偏大越多，说明城市化对短历时暴雨影响明显。
　　
　　历时（分钟） 5 10 15 20 30 45 60 90 120
　　偏大比例（%） 25.1 22.2 20.2 18.8 16.7 14.8 13.4 11.7 10.5
　　2城市化使城区产流强度增大
　　2.1城区下垫面透水能力减小
　　 城市化使原有透水地面由大量相对不透水地表代替，如混凝土地面、沥青、砖铺地面等。
　　 混凝土地面、沥青地表主要通过各种形式的裂缝（如施工、使用过程中形成的裂缝）渗透雨水，极易饱满。砖铺地面主要通过砖缝等吸收雨水，进入管网。
　　2.2城区产流总体增大
　　 2.2.1城区产流与一般地面产流的共同点是，均需要满足地表渗透。城市产流系数与降雨强度和降雨历时成正比。
　　 即降雨强度小于下渗强度时不会产流；短历时降雨一般不会产流，较短历时，较小强度降雨首先满足各种地表的渗透；长历时降雨初始阶段不会产流。
　　 2.2.2南通地区为湿润地区，雨季降雨频次较大，土壤相对湿润，产流系数较大。
　　 经过城市化建设后，地表固化比例由原有30%左右提升至70%-80%。暴雨后高强度产流面积增加一倍以上。
　　 由于城区不透水地表比例大幅增加，在满足初始渗透后均为产流，城区暴雨后产流总体增大。
　　 2.2.3城区产流增大，增大比例与城市单位面积建筑物密度成正比。由于产流系数增大，产流总体增加约15-20%。
　　 道路、广场等全固化区域产流系数约为0.8-0.9，产流增加30%以上；
　　 居民小区、办公、厂区等绿化率20-30%，产流系数0.7-0.8
　　 水面产流1.0，产流增加15%左右；
　　 公园等地区产流系数0.5-0.6，产流增加5%左右。
　　3城市化使城区汇流峰值增大
　　3.1城区汇流组成特点
　　 一般区域汇流主要包括坡面汇流和河道汇流。坡面回流分为地表和地下汇流。城市汇流则包括地表、管网、河道三部分，由于入渗与地下的径流比例很小，地下汇流基本可以不计。
　　3.2城区地表汇流普遍加快，进入管网水量增多。
　　 南通市为平原地区，地势平缓，原地表主要为农田、或草地，地表汇流通过田沟、水渠进入河道。城市化后，为了保证设计区域设计暴雨雨后免除积水，部分区域地面人为加高形成一定坡度，使地面汇流速度加快；其次固化地面比例提高，固化地面糙率减小，固化后坡面汇流速度加快。
　　 城区除了少数低洼区域，地表汇流总体加快。
　　 由于城区固化率逐年增大，地表产流增多。其次城市化后原地面部分水塘、水渠、河沟等被填埋，原有地面滞水功能消失，产流直接进入城市管网，使管网接纳水量增多。
　　 雨后单位时间内进入管网、河道的水量逐步增大。
　　3.3城区现有管网壅水、滞水增多

　　 城区现有管网在规划、设计中对城市化产生的产汇流变化考虑不够充分，导致部分区域节点管网汇流速度和流量不能满足城区地面产流、汇流需要，形成局部管网壅水、滞水。
　　 老城区壅水、滞水点主要集中于老管网覆盖区和新老管网衔接区。老管网覆盖区如虹桥等7处，新老管网衔接区主要包括世纪大道与工农路交叉口、外滩北苑等处。
　　 港闸区、开发区10多处管网壅水、滞水区域主要由于对城市化导致的产汇流特点估计不够充分所至。
　　3.4河道蓄、排能力下降，功能转换滞后
　　 3.4.1高低水系分割，排水通道不畅
　　 南通市城区濒临长江，为长江口冲积平原区，城区成陆先后不一，地势高低不同，呈北高南低，分为高、中、低水系。各水系间由涵闸控制。
　　 高中水系排水需要通过低水系河道进入长江，因此低水系泄洪河道排涝压力较大。为了保障低水系防洪、排涝安全，高中水系的洪涝排水受到限制。洪涝期间，首先要腾空低水系河道容量，方可承担高中水系排水。
　　 3.4.2排水受制于潮汐特性限制
　　 长江南通段为长江近河口段，受海洋潮汐响，其潮汐在口门外为正规半日潮，口门内为正规半日潮。南通长江潮每日两起两落，平均潮差1.93m，长江的潮汐特性为城区排水提供了基本的引排水动力条件，但在涨潮段潮位高于内河，限制了排水时间。
　　 3.4.3城市化使河道排涝能力下降
　　 南通市城区现有河道除原有古城濠河外，其余河道为原城郊农业灌溉、排涝河道，排涝设计标准为20年一遇。但随着城区扩展，河道淤积或被占用，复核排涝标准目前均低于20年一遇标准。
　　 导致城市河道排涝标准降低的原有主要有：
　　 ①城市建设、河道老化导致河道过水断面减少。如建设项目占用河坡，梯形断面改为矩形断面或“u”形断面；建设项目临时占用河道，临时涵洞过水能力下降。河道淤积导致河底标高普遍提高。
　　 ②部分河道淤积或填埋，城区蓄水能力下降。如南通市著名的端平桥菜场。
　　4城市排水系统规划、管理相对滞后
　　4.1排水管网规划建设滞后
　　 南通市城区扩张在过去的几十年里基本是以点带块、以块带面的方式，公共基础设施规划或设计，由于特定的历史条件，超前预见不足。往往在区域规模形成一定的规模后才能够进行规划建设。
　　 部分规模较大的新区或开发区虽然有公共基础设施建设规划，但标准相对偏低、建设管理滞后。
　　 其次，在城市扩张的过程中原有的排水系统被破坏，但新的排水系统尚未建成。
　　4.2河道功能转换滞后
　　 南通近几十年新建城区河道基本为原农村灌溉、排涝河道，防洪、排涝标准相对较低。城市化后，地表固化比例加大，产流增多，其次排水压力加大。
　　 在城市扩张的过程中，河道标准大部分不仅没有得到提高，由于建设项目的占用，河道淤积、使河道的排涝设计标准反而较大下降。
　　 适应城市排涝、防洪标准的河道体系尚未建立。
　　4.3城市管网设计城村分离、 新老分割、项目分割
　　 城市扩张建设一般以点、线、块的方式推进，在设计建设过程中，由于投入机制的限制，难免出现新建区域公共设施与周边农村地区分割或与尚未改造建设的老区分割。
　　 部分建设区域由于行政区划或投入主体差异的原因，项目设计标准不一，造成项目分割。
　　4.4管网设计与河道设计分离
　　 城市排水管网设计由市建设部门主管，河道排涝及防洪设计由水利部门主管。各行业采用的规范、标准不同，衔接不当，采用不同行业标准计算的排涝设计差异较大。特别是河道排涝标准相对滞后，不能适应城市河道功能的特点。
　　4.5河道、管网建设管理维护滞后
　　 城市河道、管网均存在重建轻管的现象，河道、管网没有相应稳定的维护、监管机构或监管维护力量薄弱，不能解决面广量大的河道、管网运行过程中问题。
　　5对城市排水系统规划建设的建议
　　5.1开展城市暴雨及产汇流研究
　　 城市化对城市暴雨特性影响显著，近年的研究结果表明，南通市城区随着城市化的进一步发展，城市暴雨强度逐步增强。经过近三十年的暴雨资料分析，已经初步率定了南通市城市暴雨强度推荐公式。
　　 南通市城区下垫面变化显著，雨后产流简单采用过去的水文或市政设计经验公式计算产流量，误差大，不能合理确定产流量。其次南通市城区水系组成复杂，水工建筑物控制较多，汇流特点与小流域天然河道汇流差异显著。建议设立代表性产汇流小区进行专题研究。
　　5.2全面合理定位城市河道功能
　　 南通市土地资源十分紧缺，城市化建设过程中，道路改造拓宽、景观建设、房地产开发等，占用河道、水面现象时有发生。 城市河道是城市生态系统主要组成部分，是城市正常运行不可或缺的系统。必须对南通市现有城区河道用地进行有力的保护和恢复。
　　 南通市城市建设近十年发展较快，特别是城市河道水环境整治取得了显著效果，特别是对南通市古城环河濠河进行了封闭式治理，城市河道成为了城市景观的主要组成部分。
　　 但对河道功能的定位缺乏全面性，对河道分段封闭治理的方式使河道的蓄、排水功能没有得到发挥。
　　5.3适当超前、统筹规划城市排水系统
　　 南通市是一个新兴发展城市，社会经济发展滞后苏南同类型城市10左右，随着沿海开发进程的推进，城市化的进程还将加速推进，并持续较长时间。所以需要适当超前规划公共基础设施建设，特别是排水系统要结合南通的气候、水文条件，超前10-20年规划。
　　 在暴雨强度公式重新率定的基础上，提高排水系统设计标准。
　　 根据城市规模扩大的现状，改变小城市特点的北引南排的单一排水线路和方式，减轻低水系地区排水压力，增加排水线路和方式。
　　 其次排水系统规划建设，需要国土、城市建设、水利、环保等部门需要相互配合、综合规划。
　　5.4会诊易积水区域，采取综合措施。
　　 南通市城区现有十多处易积水区域，成因复杂。每年暴雨期极易形成雨涝、积水，对区域交通、居民生活、商业经营等造成较大影响，阻碍了区域城市功能的发挥。
　　 对于不同地区积水成涝的原因及治理方案要全面分析，根据不同情况，提出不同的治理方案。对于老城区以疏通水系、还原河道，更新、改造、排水系统为主，低洼地区增建排涝泵站；新建新区以提高规划设计标准，强化管理为主。
　　5.5强化管网、河道等排水设施管理维护
　　 南通市新旧城市排水管网、河道普遍存在管理维护薄弱的问题，部分新建管网、新近疏浚河道，在很短时间内被破坏、堵塞，但没有相应机构或机制查处、恢复。要建立类似供电、通讯、道路等公共设施的监管、维护机制，对于功能复合的河道体系，不仅纳入水利、航道工程管理范围，还要纳入国土、城建、环保等管理范围，相关部门保证相应功能的正常发挥，相应部门就有责任进行相应功能的监管和维护。
　　参考文献：
　　 [1] 夏宗尧 ，评城市暴雨公式统计中若干问题,《中国给水排水》,1997.05
　　 [2] 卜继勘，关于城市防洪规划中若干问题的探讨，《城市道桥与防洪》，2003.05
　　 [3] 刘 伟，城市暴雨地面积水量分析研究，【学位论文】，长安大学，2006
　　 [4] 张 彤，提高城市排涝管理水平，《北京观察》，2011,08
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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