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李树苑:城市排水系统与内涝风险管控专题研究

2024-05-10 10:26 来源:中国城市规划网

导读

2023年9月24日,2022/2023中国城市规划年会之专题会议十四“城市基础设施规划建设治理”在武汉举办。会上,全国工程勘察设计大师、中国市政工程中南设计研究总院有限公司原总工程师李树苑作题为《城市排水系统与内涝风险管控专题研究》的特邀主题报告。

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李树苑 全国工程勘察设计大师、中国市政工程中南设计研究总院有限公司原总工程师

在全球气候变化和快速城市化的背景下,因暴雨造成的城市内涝灾害频发。由于人口和财产不断向城市建成区聚集,遭遇同等规模暴雨所造成的内涝损失比以往更大。2023年七月京津冀地区遭遇极端强降雨侵袭,九月广东受暴雨极端天气影响,均发生了严重的城市内涝。在此背景下,从水循环与水安全、雨水排放特点、城市排水系统、城市内涝风险评估、科学应对城市内涝风险等五个方面,开展城市内涝风险管控相关研究。

具体研究内容包括:水的自然循环与社会循环、水社会循环对内涝风险的影响;降雨特征分析;城市排水系统、收集系统、雨水排放系统、输送系统、调蓄系统的分析;极端天气与下垫面变化综合作用下的内涝成因分析、管网完善程度与内涝防治系统耦合的内涝风险评估。

研究思路包括:在调研的基础上,分四部走——(1)探原理,现状概况及问题分析;(2)找原因,特征分析及成因分析;(3)做分析,风险评估及分析结论;(4)提对策,给出对策建议。

全国工程勘察设计大师,中国市政工程中南设计研究总院有限公司原总工程师李树苑长期从事城市内涝问题研究工作。他在研究中发现,水循环包括自然循环和社会循环,水循环对城市内涝风险影响分为两个方面。第一是下垫面的改变。城市快速发展,硬化路面与建筑面积增加,地表渗透变差,地表径流形成时间短,流量增加,所以城市低洼地区更容易受到内涝风险的影响。第二是水循环通道的破坏。自然循环时,水落到地面时有自然通道,由于城市的快速发展,可能会破坏原有的通道,所以规划一定要给水留出新的通道,让水有地方去。水循环过程中,必须保证源头降水到水体、海洋,整个过程是顺畅的,这是防治内涝的主要目标。近年来,由于全球气候变化剧烈,极端暴雨洪涝灾害频发,这是影响城市安全的重要风险。极端天气下,要规划好雨水出路。

排水系统包括收集、输送、调蓄、处理、排放等环节。合流制排水系统指污水和雨水采用一根管道,直接排放,主要以满足居民生活环境卫生安全为主,这是排水系统形成的初期阶段。合流制排水系统仍然是目前许多城市正在使用的排水系统,尽管大部分城市都在改为分流制系统,但是长期形成的城市排水管道很难在短时间内完成分流改造。分流制排水系统指污水和雨水采用两根管道分别收集排放的系统。完全分流制排水系统的城市较少,虽然行业一直在朝这个方向努力,但是全国城市经济与环境存在较大差异,尤其在老旧城区实施还比较困难。分流制和合流制共存的城市排水系统仍然是目前排水体制的主体,较少城市为分流制一种体制。没有所谓的混流制排水制度,目前的排水体制只有分流制和合流制两种排水制度。

排水系统收集环节可以分成三个阶段,第一阶段是周边环境卫生安全为主的阶段。该阶段环境水体承载力足够大,主要以合流制为主,即生活污水、雨水、小型工业废水全部收集,有组织快速单管排放,保障人类的生活区域周边环境安全,这是合流制排水系统形成的初期阶段,也是社会经济发展初期阶段,基本上是直接阶段或截流排放阶段,仅有少量的污水处理工程。第二阶段是关注周边卫生环境及水环境安全阶段。城市经济的快速发展用水量增加,水环境承载力逐渐减弱,开始大规模建设污水处理设施。第三个阶段是关注周边卫生环境与水环境安全协调发展阶段。生活污水、小型工业废水等以及降雨形成地表径流的污染都是影响水环境污染的重要方面,在生活污水污染和降雨地表径流污染同等重要的新的发展阶段,必然需要达到水环境水安全协调的总目标。雨水排出包括两个系统,小排水系统应对大概率降雨事件雨水的排除和利用,中小雨减排缓排降低雨水管道的压力,尽量留住雨水资源。大排水系统应对小概率大雨暴雨排放,主要应规划雨水出路确保城市安全。高水要高排,低水要低排,高区与低区分别规划,分别排放,避免高低区混排。

排水系统输送系统主要包括三种类型:一是重力输送排放管道,主要适用于合流排水管道以及雨水管渠,依据地形地势靠水位差重力排放。二是压力输送系统,低洼地区以及无法靠水的重力排水区域的雨水必须采用压力排水,需要注意的是规划控制压力排水范围,减小抽排的水量,并尽量避免高低区混排。三是极端暴雨天气雨水的排放,超过雨水管道排水能力时,需要规划城市排水行泄通道,确保城市安全。例如武汉市洪水期间在水位线以下,不靠强排无法保证城市的安全。海绵城市的建设,主要是考虑中小雨,要留住水资源,而不是应对极端天气。极端天气雨水的管理是确保城市居民生命安全的核心,强排和调蓄是安全保障的重要措施。

排水系统调蓄系统分两种类型:水量调蓄型与污染物调蓄型,分别以水安全内涝防治与水环境治理为目标。当水安全的目标为主的时候,需实现调蓄水量最大化,调蓄水量在单位时间内调最大才是性能最优的。如果是以水环境为目标,要实现调蓄地表径流或合流制排水系统溢流污染物的总量最大化。当雨水排除管道能力不能满足排放要求时,需要规划调蓄设施,以保证排水系统的安全。修建雨水调蓄池是非常必要的,可以在不同时间、不同区域采取不同措施,平时作为休闲的功能,在雨时作为调蓄水量的功能。应充分利用城市公园或城市湖泊进行调蓄,增加自然调蓄容积。城市低洼地等具有一定容积的池塘可设置为应急调蓄设施。

城市内涝成因分析与风险评估研究主要包括五个方面:一是极端天气。在全球气候变化影响下,由于温度上升,可导致蒸发增强,水分循环加快,一旦形成降雨,产生暴雨的机会就愈大。二是下垫面变化。随着城镇化快速推进,不透水面积大幅度增加,下垫面变化使得内涝的风险增加,外防洪水的压力叠加后更增加了内涝风险。三是排水管道的完善程度。管网输水能力不足、不配套、破损严重、标准偏低等也是内涝发生的重要影响因素。四是城市排水系统排水能力。在排水防涝设施普查的基础上,使用水力模型对城市现有雨水排水管网和泵站等设施采用城市规划控制标准进行评估,分析实际排水能力。五是退水标准。现行室外排水设计标准、城市内涝防治技术规范等,一般是按城市类别、暴雨重现期、最大允许内涝水深或管道排放标准确定,同一城市的不同区域,也应根据区域的重要性选取退水标准。

科学应对城市内涝风险方面提出五点措施与建议。

第一是控制原则。一是人民至上、生命至上。生命健康为基本要求,在满足生命安全前提下,保障财产的安全。二是标准规范。保障设防标准内的内涝安全,同时加强应急管理,应对超标降雨,城市生命线工程等重要城市基础设施功能不丧失。三是系统应对。各城市应因地制宜建成 “源头减排、管网排放、蓄排并举、超标应急”的城市排水防涝工程体系与应急系统。四是安全底线。强化安全底线思维,把极端天气风险防范应对工作作为城市安全管理的重要内容。

第二是规划管控。一是统筹兼顾。保障水安全、保护水环境、恢复水生态、营造水文化,提升城市人居环境,以城市排水防涝为主,兼顾城市初期雨水的面源污染治理。二是系统协调。系统考虑从源头到末端的全过程雨水控制和管理,与道路、绿地、竖向、水系、景观、防洪等相关专项规划充分衔接。三是先进性。突出理念和技术的先进性,因地制宜,采取蓄、滞、渗、净、用、排结合,实现生态排水,综合排水。规划目标为:(1)发生城市雨水管网设计标准以内的降雨时,地面不应有明显积水;(2)发生城市内涝防治标准以内的降雨时,城市不能出现内涝灾害。(3)新建地区的硬化地面中,透水性地面的比例不应小于40%。(4)发生超过城市内涝防治标准的降雨时,城市运转基本正常,不得造成重大财产损失和人员伤亡。主要措施包括:(1)规划标准内的降雨:应强化源头减排、排水管渠、蓄排结合、强排保底能力,通过系统控制内涝的发生;对经常性产生内涝的区域应从规划上提出解决方案。(2)超出降雨标准的降雨:规划大暴雨的涝水应急雨水行泄通道,确保安全;充分利用城镇区域内的自然调蓄设施,让涝水有地方蓄,雨水有出路,必要时及时强排;超出降雨标准的应急排水应利用信息化等管理手段,确保城市居民生命权得到保证;要提高暴雨预测预警的水平和能力。

第三是排水设施。一是源头减排设施。贯彻海绵城市建设理念,中小雨留住雨水资源,降低对下游排水管渠设施的负担。二是雨水管渠系统。及时复核雨水管渠排水能力,汛前做好管渠的清通维护。三是雨水调蓄设施。汛前做好调蓄设施的性能维护,保证调蓄容量。四是压力排水设施。汛前应做好维护保养工作,确认水泵能够正常运行启动。五是建设信息化、智能化、智慧化管理系统。信息化是内涝防治的重要技术手段,应做好易涝风险点的监控和预警。六是按标准协同推进系统能力配套建设。内涝治理是系统防治过程,应从系统上采取应对措施,做好系统能力匹配。

第四是应急管理。加大对天气预报和灾害预测预报方面的投入,提升预报预测水平。完善预警预报的宣传和发布机制,建立现代化手段全覆盖的预警预报发布路径。科学编制应急预案,将刚性要求层层传递,确保在基层应急预案落实,增强应急预案的科学性和可操作性,加强培训,责任到人。

第五是强化信息化建设。建设智慧化管理系统,包括降雨预报监控及预警,监测源头减排设施、收集输送管道及闸门等、调蓄设施、泵站输送能力、排口以及易涝点风险管理及预测预警预报、应急物资的储备等。在监测数据的基础上构建信息化数字化管控平台,并实现设施的设备控制。

在内涝风险管控方面,具体有以下五点建议:

第一是明确目标。坚定自然灾害面前生命第一的原则,保证在极端天气下,城市在超出城市内涝防治标准的降雨条件下,生命线工程等重要城市基础设施功能不丧失,基本保障城市安全运行。第二是预警预报。极端暴雨事件的预报能力有限,预测预报预警水平是防治内涝风险的基础和前提,特别要加强和完善短时预报能力。第三是系统能力。从源头减排、管网排放、蓄排并举、预报预警、超标应急等全流程按标准统筹协调管理。第四是应急管理。应急管理是防御超过设计标准雨水流量的重要手段和措施,要将责任落实到人。第五是标准能力。内涝防御是有标准的,不是无限的,应加强对极端暴雨的认识,加快韧性城市建设,提高应对极端暴雨灾害的防御能力。

李树苑总结指出,城市内涝是现象,排水系统硬件是手段,而管理是核心。在确定内涝防治目标与标准后,通过加强极端天气的预警预报,充分发挥排水系统各环节的应对能力,加强应急管理措施,才能科学应对城市内涝问题,有效管控内涝风险。

供稿单位:中国城市规划学会工程规划专业委员会

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