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关于内涝防治设计重现期的思考

关于内涝防治设计重现期的思考

发布日期:2019-09-29 浏览次数:141

在我国城镇内涝防治规范中,大排水系统设计重现期是按照人口规模确定的,而部分发达国家和地区的城镇一般采用统一的内涝防治标准,或者按照城镇不同地区的重要性、人口聚集程度等因素划分重现期。我国地域广阔,降雨分布不均,每个城镇都有人口密集区和重要地区,如果只按照城镇人口规模确定内涝防治标准,则不利于保证中小城镇的防灾效果、不利于中小城镇按照高标准建设防涝基础设施,建议按照城镇区域的重要性等指标制定内涝防治标准。


近年来,内涝灾害给许多城镇造成了生命财产损失,为提高城镇内涝防治水平,我国参照发达国家的普遍做法,提出针对城镇超常雨情建设大排水系统。大排水系统(Major drainage system)是包括小排水系统在内的广义的内涝防治设施,是应对内涝防治设计重现期以内的超出雨水排放系统应对能力的强降雨径流的排水设施以一定方式组合成的总体。我国近期发布的《城镇内涝防治技术规范》(GB 51222-2017)(以下简称“内涝防治规范”)和《室外排水设计规范》(GB 50014-2006,2016年版)(以下简称“排水设计规范”)分别采用“排涝除险设施”和“内涝防治系统”来表述大排水系统。


在实践中发现,我国大排水系统规划重现期的确定方法有待商榷,在此提出对此问题的理解和思考。


1 我国现行相关规定

1.1 内涝防治规范和排水设计规范的规定

“内涝防治规范”和“排水设计规范”对内涝防治设计重现期做了如下规定(2规范仅有个别名词表述有所差异,但含义基本一致):应根据城镇类型、积水影响程度和内河水位变化等因素,经技术经济比较后按表1的规定取值,并应符合下列规定:


①人口密集、内涝易发且经济条件较好的城镇,宜采用规定的上限;

②目前不具备条件的地区可分期达到标准;

③当地面积水不满足表1的要求时,应采取渗透、调蓄、设置行泄通道和内河整治等措施;

④对超过内涝防治设计重现期的降雨,应采取应急措施。



注:①表中所列设计重现期适用于采用年最大值法确定的暴雨强度公式。②超大城市指城区常住人口在1 000万以上的城市;特大城市指城区常住人口500万以上1 000万以下的城市;大城市指城区常住人口100万以上500万以下的城市;中等城市指城区常住人口50万以上100万以下的城市;小城市指城区常住人口在50万以下的城市(以上包括本数,以下不包括本数)。③本规范规定的地面积水设计标准没有包括具体的积水时间,各城市应根据地区重要性等因素,因地制宜确定设计地面积水时间。


1.2 其他标准规范的规定

水利行业标准《治涝标准》(SL 723-2016)对承接市政排水系统排出涝水的区域设定了排涝标准,按照城镇政治经济的重要性、常住人口或当量经济规模指标设定的城镇设计暴雨重现期分为3档,分别为10年、10~20年和≥20年。此标准的暴雨重现期分档体系基本与《防洪标准》(GB 50201-2014)相对应,而且其设计暴雨历时按照24 h计算,与“内涝防治规范”差异较大,对于城镇内涝防治工作的指导作用十分有限,因此本文不做讨论。


其他相关规范标准对内涝防治设计重现期的规定基本以“排水设计规范”为基础,一般均按照城镇规模划分设计重现期(见表2)。



2 其他国家和地区的相关规定

2.1 美国

美国土木工程协会对内涝防治重现期做了统一规定(见表3),其中大排水系统设计重现期为100年。



美国各地方政府对内涝防治重现期一般为100年,仅在细节处有所差异,但是均未按城镇人口加以区分。密歇根州Washtenaw县规定,再开发地区的雨量控制措施应满足100年重现期降雨的需求,场地开发单位须证明在泛洪区所进行的任何活动将不会减少其对100年重现期降雨的滞洪能力;佐治亚州规定,对于新开发地区或二次开发地区,超标洪涝事件的推荐最低标准是实现重现期为100年、历时24 h降雨的控制和安全转输;佐治亚州首府亚特兰大市规定,开发后与开发前的径流峰值流量在100年重现期降雨条件下不允许增加;宾夕法尼亚州费城雨水管理指导手册规定,所有雨水处理设施可在重现期高至100年的条件下实现安全溢流,溢流雨水须以可控方式输送至受纳水体或排水管,避免涝灾、危及公共安全或侵蚀现象的发生;华盛顿州西部地区雨水管理手册规定,须采用水力模型计算100年重现期降雨时雨水管理设施的出口流量,根据计算结果采取应对措施,包括设置雨水滞流控制措施、调整自然排水系统出口形式等;西弗吉尼亚州雨水管理和设计指导手册规定,未经当地政府允许,100年重现期的泛洪区内不得建设生物滞留设施。在出现超标洪水(重现期为100年降雨)时,雨水调蓄利用设施可在不受侵蚀的模式下安全传输径流;田纳西州Mt.Juliet市规定,大排水系统对天然开放式排水通道的改造应保证通过100年重现期径流时不对渠道产生损害;人工渠道也应保证具有排放100年重现期径流的能力。在计算大排水系统时,应假设小排水系统全部失效且采用与小排水系统相同的集水时间,如果在以上假设条件下没有建筑物进水则可认为满足要求;伊利诺斯州Kane县规定,小排水系统的重现期一般为10年,大排水系统的设计应满足100年重现期降雨的排水要求;加利福尼亚州的防涝标准高于美国联邦应急管理局100年重现期的标准,对于位于中央山谷的城区和正在实施城市化的地区,需要满足200年重现期的排涝标准。


2.2 加拿大

加拿大一些地方政府将内涝防治重现期设定为100年。加拿大安大略省Barrie市规定,大排水系统设计应满足应对100年重现期降雨和飓风的能力,保证居民财产不会受到内涝影响。大排水系统通往雨水处理设施的路径应设计为可安全传输100年重现期的地表漫流,水流深度不超过0.3 m或流速不大于0.65 m/s;加拿大安大略省Ganaraska地区规定,大排水系统设计流量应不小于重现期为100年和5年的设计流量之差,大排水系统中道路允许积水深度如下:路缘石不应被淹没、对于地方道路水流可以没过路拱;对于非主干路必须保证一条车道不积水;对于主干路必须保证双向各有一条车道不积水。


2.3 欧盟

欧盟按照地区的重要性设定了对应的内涝控制重现期(见表4),但是欧盟中的部分国家仍然设定了统一的大排水系统标准。



爱尔兰都柏林地区规定,新开发地区的地表漫流系统应保证在重现期不小于100年的降雨条件下不出现内涝;雨水涵洞应保证至少100年重现期的降水顺利通过。为了应对气候变化,降雨量应设置1.1的系数;挪威规定大排水系统的设计重现期为100年。


2.4 英国

目前英国尚未规定统一的大排水系统重现期,建议大多数情况下采用30~100年甚至是200年的重现期,表5汇总了英国相关规定中的设计重现期。



2.5 澳大利亚

澳大利亚各地方政府对大排水系统设计重现期取值为100年甚至更长年限。在新南威尔士州Ryde市的控制性规划中,根据本州洪涝设计手册的规定,按照重现期为100年的降雨强度设定洪涝水位。根据洪水影响的风险不同,规划对大排水系统按设施分类规定提出要求;维多利亚州政府在1975年颁布了土地排水法案,规定20世纪70年代末之后新开发地区的排水系统应可安全应对100年重现期降雨产生的地表径流。目前,100年的重现期仍然是1989年水法规定的洪水判定和采取控制措施的基础,也是1993年建筑法规定的建筑基本要求的基础;昆士兰州Gladstone地区规定,在中央商务区、商业区、工业区和城市高密度居住区,应保证建筑在100年内涝水位之上,而且在出现100年重现期降雨时,不受外源(上游)汇水导致的地表漫流影响。城区大排水系统和郊区道路大排水系统的设计重现期均为100年;昆士兰州城市排水设计手册对大排水系统的推荐设计重现期按照设施类型分类,其中关键设施的设计重现期远大于100年(见表6)。


2.6 新西兰

新西兰用于评估内涝风险和保护居民住房免于进水的内涝设计重现期为50年或100年,建筑法采用50年的设计重现期,但是大部分地方政府将重现期定为100年。奥克兰地区政府对内涝峰值流量控制标准为:在2年和10年重现期降雨强度下,地块开发后的峰值流量不应大于开发前;若下游存在洪水风险,则地块开发后的峰值流量不应大于开发前100年重现期降雨时的峰值流量。


2.7 南非

南非政府规定,房屋最底层地板高程应在预期最高洪涝水位之上,同时留有超高和气候变化的余地;不鼓励在重现期为100年的泛洪区内进行开发,而且开发不应提高周边地区产生洪涝灾害的风险。


2.8 中国香港

中国香港的内涝设计重现期按照用地性质进行分级(见表7)。此外,排涝泵站按照200年重现期校核,规定要检查水泵及雨洪调蓄设施在50年和200年重现期降雨条件下正常工作时低洼处的积水深度,若积水深度达到了不可接受程度,则应增加调蓄设施容积。



3 我国现行规定存在的问题

从发达国家和地区情况看,城区大排水系统的设计重现期一般设定统一标准,或者按照地区的重要性、人口的聚集程度等因素来设定数值,未发现按照城镇人口规模大小划分重现期的案例。我国现行规范标准对内涝防治设计重现期是按照城镇人口规模划分的,由此可能产生如下问题。


3.1 不利于中小城镇保证防灾效果

从现况角度考虑,不论城镇规模大小,每座城镇都会有商业区、人口密集居住区、学校、地下通道等区域,内涝灾害发生时,各规模城镇中人民生命财产密集地区均存在安全风险。按照现行标准,人口规模较小但降雨量却较大的城镇,其抵御内涝灾害的能力就弱、人民生命财产安全所面临的风险就大,这就不符合当前提倡的城乡基础设施一体化和公共服务均等化的新型城镇化建设方针。


若以北京市和广西北海市为例,北京市现况人口2 000多万,属超大城市,年均降雨量570 mm,按照《室外排水设计规范》(GB 50014-2006,2016年版)的规定,其内涝防治设计重现期为100年;北海市现况人口65万人左右,属中等城市,其内涝防治设计重现期为30年(20~30年,假设取上限30年),而北海市年均降雨量为1 664 mm,是北京市年均降雨量的2倍多。


从发展角度考虑,大排水系统包括城镇水体、调蓄设施和行泄通道等设施,是一项涉及多专业的综合体系,若在中小城镇发展初期设置较低的内涝防治重现期,今后城镇规模增加后,将受现况行泄通道所限,难以进一步提高中心城区的排涝标准。


此外,由于中小城镇管网投资力度较小,小排水系统的雨水排除能力不足,更应该保证大排水系统的排涝能力,通过调蓄设施和行泄通道排除超标雨水。


3.2 不利于中小城镇按高标准进行基础设施建设

虽然现行内涝防治规范考虑到技术经济条件,对不同规模城镇的防涝标准设置了不同取值区间,但是我国城镇发展迅速,当前人口规模较小的城镇有按照高标准建设基础设施的需求,在进行项目报批时受限于规范限值规定,高于规范设计重现期的项目投资可能无法获得上级批准。


若以北海市和南宁市为例,北海市中心城区2020年规划人口为95万,属中等城市(50万~100万),按照排水设计规范,内涝防治设计重现期为20~30年,最大按上限取30年,年均降雨量为1 664 mm;南宁市中心城2020年规划人口为290万,属大城市(100万~500万),按照排水设计规范,内涝防治设计重现期为30~50年,可按上限取50年,年均降雨量为1 303 mm。根据2个城市的总体规划计算,2020年北海市中心城规划人口密度为0.90万人/km²,南宁市中心城规划人口密度为0.97万人/km²。虽然北海市与南宁市人口密度十分接近,而且前者的年降雨量更大,但是由于人口规模较小,导致北海市在按照本地的实际情况以更高的标准建设排涝设施方面存在一定困难。


4 结论与建议

综合以上分析结果,得到以下结论并提出相应建议:


(1)发达国家的城镇一般采用统一的内涝防治标准,或者按照城市不同地区的重要性、人口聚集程度等因素划分重现期,并不考虑城市人口规模。


(2)人民生命财产安全不应因所在城镇人口规模而面临不同大小风险。


(3)当前的规定为提高防灾水平和按照各地实际情况建设防涝基础设施带来了一定困扰。


(4)建议取消目前按照人口规模划分重现期的做法,可按照城镇区域的重要性等指标制定内涝防治标准。


作者:黄鸥、徐浩宇、关春雨;作者单位:北京市市政工程设计研究总院有限公司。刊登在《给水排水》2019年第9期。


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