張辰：用系統思維重新審視排水系統與海綿城市 / 給水排水 |張辰大師詳細解讀《城鎮內澇防治技術規范》

摘要

課題組通過開展《城鎮排水系統標準體系研究》，確定源頭減排、排水管渠和排澇除險三段式內澇防治體系。在此基礎上，編制完成了《城鎮內澇防治技術規范》，規范了新建、改建和擴建的城鎮內澇防治設施的建設和運行維護。本文介紹了《規范》的編制背景和思路，明確了內澇防治系統的定義，并對主要技術要求和技術措施等內容進行了說明，有助于《規范》的推廣應用，提升城鎮內澇防治能力。

1 編制背景

由于各種原因，全國各地極端天氣頻發，很多城市出現特大暴雨。大規模城市建設中缺乏應對暴雨的設施和措施，導致城市發生內澇。為有效防治城鎮內澇災害，保障公民生命、財產和公共安全，2012年8月，住房城鄉建設部委托國內12家單位聯合開展《城鎮排水系統標準體系研究》，通過研究，確定了源頭減排、排水管渠和排澇除險的三段式內澇防治體系，以及應急管理措施的要求。

2013年3月，國務院辦公廳頒布了《關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》，要求“合理確定建設標準”。隨后，《室外排水設計規范》GB 50014進行了局部修訂，提高了雨水管渠設計重現期標準，并增加了內澇防治相關規定，但受規范定位和篇幅的限制，仍以雨水管渠設計的規定為主，因此有必要制定一部專門針對城鎮內澇防治的系統性技術規范。2013年4月，住房城鄉建設部下達了國家標準《城鎮內澇防治技術規范》的編制任務。編制組經過數十次修改完善，完成《規范》的制訂工作。住房城鄉建設部2017年1月21日正式發布公告第1444號，《規范》于2017年7月1日起實施，編號為GB51222-2017

2 編制思路

2.1規范定位

《規范》適用于新建、改建和擴建的城鎮內澇防治設施的建設和運行維護，規定了源頭減排、排水管渠和排澇除險的三段式內澇防治體系，和現行國家標準《室外排水設計規范》GB50014均包含雨水管渠設計相關的內容，但側重點有所不同，因此在設計時應按照兩部規范執行。雨水調蓄是城鎮內澇防治的一項重要手段，《規范》還應與《城鎮雨水調蓄工程技術規范》GB51174等其他相關規范配合使用。

2.2 城鎮內澇防治系統的定義

《規范》規定的城鎮內澇是指城鎮范圍內的強降雨或連續性降雨（不包括進入城鎮范圍內的客水、因給水排水等管道爆管而產生的徑流等）超過城鎮雨水設施消納能力，導致地面產生積水的現象。城鎮內澇防治是一項系統工程，涵蓋從雨水徑流的產生到末端排放的全過程控制，包括產流、匯流、調蓄、利用、排放、預警和應急措施等，而不僅僅包括傳統的雨水管渠設施。城鎮內澇防治系統應包括源頭減排、排水管渠和排澇除險等工程性設施，以及應急管理等非工程性措施，并與防洪設施相銜接。應急管理是以保障人身和財產安全為目標的管理性措施，既可針對設計重現期之內的暴雨，也可針對設計重現期之外的暴雨。應急管理還需重點保護既有的河道和明渠等敞開式的雨水調蓄、行泄通道，以及保持雨水調蓄、行泄通道和河道漫灘的暢通，不得非法占用。

3 技術內容

3.1 主要技術要求

（1）內澇防治設計文件

內澇防治設計文件是有關部門對建設項目進行評估和審批的重要技術依據。《規范》規定新建、改建和擴建工程的內澇防治設計文件，應在項目可行性研究報告中編制內澇防治設計篇（章）；項目可行性研究報告論證結論中，應提出初步設計階段編制內澇防治設計報告的要求，對城鎮內澇防治影響較大的工程應編制內澇防治設計報告，其他工程可編制內澇防治設計報告。

（2）內澇防治設計重現期

《規范》規定的內澇防治設計重現期，應根據城鎮類型、積水影響程度和內河水位變化等因素，經技術經濟比較后按表1取值。《規范》明確重現期的同時，提出了相應的地面積水設計標準，即居民住宅和工商業建筑物的底層不進水、道路中一條車道的積水深度不超過15cm，當地面積水不滿足要求時，應采取滲透、調蓄、設置行泄通道和內河整治等措施。還規定對超過內澇防治設計重現期的降雨，應采取應急措施。

（3）主要設計方法與參數

設計降雨歷時不同，得出的設計雨量和平均雨強有顯著差別。根據水文計算原理和方法，設計降雨歷時應不小于流域匯流時間，流域匯流時間主要取決于流域特性，包括匯水面積、流域形狀、地面坡度、土地利用性質、河網密度、河道特性、河湖調蓄容積等。對于城市化地區的雨水管渠系統，一般采用暴雨強度公式推求設計雨強，其中設計歷時是指匯水區域最遠點的水質點流到設計斷面所需時間。內澇防治設計重現期校核時需要計算滲透、調蓄等設施對雨水的滯蓄作用，因此宜采用較長歷時降雨，且應考慮雨型的影響。

《規范》規定“進行城鎮內澇防治系統設計時，應采用符合當地氣候特點的設計雨型。當缺乏設計雨型資料時，可采用附近地區的資料，也可選取當地具有代表性的一場暴雨的降雨歷程，采用同倍比放大法或同頻率放大法確定設計雨型。當設計降雨歷時小于3h時，可根據暴雨強度公式人工合成雨型”。我國大部分地區的暴雨強度公式是根據2h以內的降雨資料確定的，近幾年，有不少城市根據《室外排水設計規范》GB50014的規定編制了180min芝加哥雨型作為城市雨水管渠的設計雨型，但采用同頻率分析法編制1440min雨型的城市則較少，大多仍采用各城市水利系統規定的雨型。目前僅北京、江蘇、廈門等地區據此建立并發布了1440min的暴雨強度公式或對應的設計雨型。

《規范》規定“當匯水面積大于2km2時，應考慮區域降雨和地面滲透性能的時空分布的不均勻性和管網匯流過程等因素，采用數學模型法確定雨水設計流量，并校核內澇防治設計重現期下地面積水深度等要素”。主要考慮推理公式法適用于較小規模排水系統的計算，當應用于較大規模排水系統時會產生較大誤差，而內澇防治系統一定是區域范圍的，所以作此規定。

（4）強制性條文

《規范》共有強制性條文2條。其中：

第3.2.2條 “當地區整體改建時，對于相同的設計重現期，改建后的徑流量不得超過原有徑流量。”按照海綿城市建設要求，強調徑流量控制在地區整體改建時的重要性，與《室外排水設計規范》GB50014相應條款一致，并在條文說明中增加“本條所指的徑流量為設計雨水徑流量峰值，設計重現期包括雨水管渠設計重現期和內澇防治設計重現期”。

第4.1.9 條“嚴禁在地表污染嚴重的地區設置具有滲透功能的源頭減排設施”。加油站、修車廠、危險廢物和化學品的儲存和處置地點、污染嚴重的重工業場地等，嚴禁采用滲透設施，以免污染物質滲入地下，造成土壤和地下水污染。

（5）城鎮河道在內澇防治中的定位

城鎮河道是雨水的重要出路和受納體，因此是內澇防治系統的重要組成部分。傳統上，我國的河道規劃設計是以城鎮防洪排澇標準為主要依據，缺乏與市政排水系統的有效協調和銜接，兩者在設計暴雨和暴雨參數推求時的選樣方法等方面均有較大差異。市政排水管渠關注的是短歷時強降雨后地面積水的排除速度，各級排水管渠的管徑主要取決于短歷時暴雨強度；而河道排澇關注的是長歷時（一般為24h~72h）的降雨總量，并根據河道應承擔的調蓄容積確定河道和相關排澇設施的規模。因此，《規范》規定，城鎮河道應按當地的內澇防治設計標準統一規劃，并與防洪標準相協調。

3.2主要技術措施

源頭減排設施包括滲透設施、轉輸設施和調蓄設施，這里規定的轉輸設施是指生態轉輸設施；排水管渠設施包括管渠系統和管渠調蓄設施；排澇除險設施包括城鎮水體、調蓄設施和行泄通道；運行維護包括日常維護和應急管理。

生物滯留設施：目前海綿城市建設中使用較為廣泛，可用于源頭徑流污染和徑流峰值控制，設計目標不同時，計算得到的調蓄量也不同，相應的生物滯留設施面積在服務匯水面積內的比例也不同。生物滯留設施自上而下宜設置蓄水層、覆蓋層、種植層、透水土工布和礫石層，應設置溢流裝置、雨水徑流預處理設施、水位觀察井（管）。

滲透管渠：可用于雨水轉輸和臨時儲存，宜采用穿孔塑料、無砂混凝土等透水材料。滲透管渠開孔率宜為1%~3%，無砂混凝土管的孔隙率應大于20%；滲透管渠應設置預處理設施，地面雨水進入滲透管渠處、交匯處、轉彎處和直線管段每隔一定距離處應設置滲透檢查井；滲透管渠四周應填充礫石或其他多孔材料，礫石層外應設置透水土工布，土工布搭接寬度不應小于200mm。

隧道調蓄工程：主要設置于內澇易發、人口密集、地下管線復雜、現有排水系統提標改造難度較高的地區，調蓄容量應根據內澇防治設計重現期或其他要求確定。

行泄通道：城鎮易澇區域可選取部分道路作為排澇除險的行泄通道。應選取排水系統下游的道路，不應選取城鎮交通主干道、人口密集區和可能造成嚴重后果的道路；應與周邊用地豎向規劃、道路交通和市政管線等情況相協調；行泄通道不應設置轉彎，應設置行車方向標識、水位監控系統和警示標志；行泄通道上的雨水應就近排入水體、管渠或調蓄設施，設計積水時間不應大于12h，并應根據實際需要縮短；當達到設計最大積水深度時，周邊居民住宅和工商業建筑物的底層不得進水；宜采用數學模型法校核道路作為行泄通道時的積水深度和積水時間。

4 技術說明

4.1關于分期達到標準

《規范》規定“目前不具備條件的地區可分期達到標準”。內澇防治系統是一項系統工程，對不滿足內澇防治設計重現期標準的地區，應結合地區整體改建，一次規劃，分期達到標準；對于城市低洼地段、人口密集區域、立交橋等道路集中匯水區域、地鐵和重要市政基礎設施等易澇點和易澇區，應率先達到標準。

4.2 關于地面積水標準的確定和校核

《規范》規定的內澇防治設計重現期條件下地面積水標準有兩點，一是“居民住宅和工商業建筑物的底層不進水”，二是“道路中一條車道的積水深度不超過15cm”。其中道路積水深度是指靠近路拱處的車道上最深積水深度，根據調查，路面積水深度不超過15cm時，不會造成機動車熄火，此規定是為了保證城鎮道路不論寬窄，在內澇防治設計重現期下都保證道路至少一條車道的通行能力。在《規范》編制過程中，曾有專家希望能對積水時間也有所規定，但中國地區差異大，不同城市的經濟水平和承災能力不一，甚至一座城市不同交通流量的道路的承災能力也不一樣，因此，《規范》要求“各城市應根據地區重要性等因素，因地制宜確定設計地面積水時間”。

在《規范》條文說明中，對我國部分城市類似的規定進行介紹，如上海市關于判定市政道路積水的標準有兩個：一是積水深度超過道路立緣石（側石），上海市規定立緣石高出路面邊緣一般為10cm~20cm；二是道路中心雨停后積水時間大于1h；上海市還規定下穿式立體交叉道路在積水20cm時限行，在積水25cm時封閉；公共汽車超過規定的涉水深度（一般電車23cm、超級電容車18cm、并聯式車輛30cm、汽車35cm）且積水區域長達100m以上時，車輛暫停行駛。

《規范》附錄規定了內澇防治設計校核的方法和步驟。《規范》推薦采用數學模型法模擬內澇防治設計重現期條件下，設計范圍內的產匯流情況，如果有條件建立二維模型，可以比較清晰地得到最不利情況下，不同下墊面的積水情況，包括積水深度和積水時間；如果只有一維模型，可以根據最大溢流點的溢流量及其周邊下墊面的標高，推算溢流點周邊最不利情況下積水深度，并得到積水時間。當只能采用手工計算時，《規范》也規定了具體的步驟，可以較好地幫助規劃設計人員掌握內澇防治設計的校核方法。

4.3關于路面積水寬度的計算

我國城市道路的路拱曲線一般采用直線型路拱，其邊溝形式如圖1所示，圖中T為路面積水寬度，Sx為路拱橫坡度，H為側石邊水深。

路面積水寬度T是《規范》提出的新術語，是指路緣石到道路中心方向的積水寬度。《城市道路工程設計規范》規定，瀝青混凝土路面的路拱橫坡度Sx一般為1.0%~2.0%。當Sx為2%時，對于雙向兩車道的次干路或支路而言，如按《規范》達到內澇防治設計重現期的要求，即“道路中一條車道的積水深度不超過15cm（道路積水深度是指靠近路拱處的車道上最大積水深度）”，則此時道路的積水寬度為7.5m。

《規范》采用了美國交通運輸部聯邦公路局2009年版《城市排水設計手冊》（水利工程第22號通報）的部分計算方法，規定了具有單一橫向坡度和復合橫向坡度的路面積水寬度T和道路表面流量Q0的計算方法。積水寬度確定后，可通過路邊過水斷面的幾何關系求得積水深度。路面積水寬度概念的引入可指導雨水口的合理設置，如果路面積水寬度T大于設計允許值，則應重新選擇雨水口位置，減少匯水面積和距離。同樣，如果路面積水寬度T遠小于設計允許值，也可適當增加雨水口的間距。同時，通過路面積水寬度，還可核算在內澇防治設計重現期條件下，超過雨水口截流能力的路面縱向流量Qs，以此設計道路行泄通道的過流能力。

4.4 關于徑流總量控制

徑流總量控制是海綿城市建設的重要內容之一，根據國內研究和實踐，《規范》規定“當源頭減排設施用于徑流總量控制時，應按當地相關規劃確定的年徑流總量控制率等目標計算設施規模，并宜采用數學模型進行連續模擬校核。當降雨小于規劃確定的年徑流總量控制要求時，源頭減排設施的設置應能保證不直接向市政雨水管渠排放未經控制的雨水”，并在條文說明中強調年徑流總量控制率的“控制”，指的是“總量控制”，即包括徑流污染物總量和徑流體積。源頭調蓄設施的設計容積，應根據當地的內澇防治設計標準、其他源頭減排設施的有效容積和位于下游的排水管渠、街道、內河、湖泊等受納體的調蓄能力等因素，經技術經濟比較后確定，并應符合《城鎮雨水調蓄工程技術規范》GB51174的有關規定。

5結語

《城鎮內澇防治技術規范》是基于對發達國家和地區內澇防治系統技術標準的研究和借鑒，在分析我國現行城鎮排水系統標準的不足之處和發展方向的基礎上，通過對內澇防治系統的源頭減排、排水管渠、排澇除險和應急管理等方面技術措施的研究和標準的制定，建立適應我國國情的城鎮內澇防治技術規范，以期科學指導我國內澇防治系統的建設、運行和管理，全面推動我國排水事業的發展，減少減輕我國城鎮暴雨內澇的發生，保障人民生命財產和城鎮的安全運行。

微信對原文有刪減，本文由微信小編整理后發布，原文標題：《城鎮內澇防治技術規范》解讀，作者：張辰, 呂永鵬, 陳嫣，刊登在《給水排水》2017年08期。

近年來，“海綿城市”成為基建領域的熱詞。在上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司 黨委書記/總工、全國工程勘察設計大師張辰看來，這是一個重新審視城市排水系統的機會，需要用系統理念統籌協調。8月22日，在2017（第九屆）上海水業戰略論壇中，張辰向與會人員詳細闡述了“排水工程建設的系統思維觀”。

本文根據嘉賓發言內容整理，未經本人審閱。

我在上海市政總院從事工程設計三十多年，但目前來看，我們的城市基礎設施還是很落后。我曾經要求提高我們的排水標準、提高污水處理廠的標準等，但是很多領導聽了以后，都會提出疑問：要投入多少？取得的效果是多少？因此這些提議都被放在了后邊。好在總書記提出海綿城市建設的理念，如何抓住這個機遇、趁勢而為，提高整個排水行業標準，建立內澇防御體系等，是我們需要重點思考的問題，也是實現排水工程建設系統思維觀的一個抓手。

海綿城市建設是系統理念

無論是李克強總理，還是習近平總書記，都提出了“讓城市有面子，更要有里子”的建設宗旨，現在到了注重里子的時候。如何注重里子？我認為需要注意以下幾點。

樹立三段論觀念：包括源頭減排設施、排水管渠設施、排澇除險設施。源頭控制方面，國家標準體系做了一個很重大的修訂，現在國家基建標準有1200多項，做工程建設，怎么能想到這么多規范？為此，我們也參照了國外的一些室內和建筑小區的排水規范。排水管渠方面，大家都在說黑臭水體整治，其中管網是最大的問題，這方面要進行大量的探索和改造。另外，我們還要構建一個排澇除險設施，今年頒布的內澇防治技術規范，確定超大城市排水建設標準是一百年一遇，特大城市標準是五十年到一百年一遇。這方面，都給我們做城市排水工作創造了很好的前提。

達到四大目標：城市排水工作一定要有系統的理念，考慮到方方面面的工作，達到系列綜合目標，即：小雨不積水，大雨不內澇，河道不黑臭，熱島有緩解。

協調五大專業：海綿城市建設需要規劃、建筑、綠地、道路、水務等專業共同協調。海綿城市不僅是給排水行業的事情，但我們沒有跨界的條件，無法指揮道路怎么設計、綠地怎么做。只有各個專業相互協同、相互配合，才能夠把海綿城市的系統理念建立起來。

牢記六字箴言：分別為滲、滯、蓄、凈、用、排。其中，構建系統的理念，更要牢記后四字。

同樣，黑臭治理也要有一個系統治理的體系，需要控源截污、內源治理、生態修復、活水保質、長治久清等各方面工作的配合。我們在上海做臨港海綿試點，總面積79個平方公里，是全國30個試點城市中最大的一個。剛開始，我們發現小區里雨污混接非常嚴重，不光是底樓，甚至二樓的洗滌廢水也都排到雨水管道，流入河道中。而臨港是雨污分流的地區，如何體現我們的分流制排水體制優勢？我認為應當正視問題，以問題為導向，用系統思維來一步步推進工作建設。

海綿城市規劃是系統方案

水生態目標：要有水生態的目標，從源頭提出年徑流總量控制率的計算。但現在排水工程的上游——管網方面，還沒有健全這些理論，應該與時俱進，推進完善。

水安全：提到水安全，管網是重點。從內澇防治設施三段論角度而言，源頭控制有滲透、轉輸，包括植草溝、滲透管渠等多種手段；源頭污染也要盡量在源頭控制，排水管渠也要發揮排澇除險功能。應急管理方面，不僅僅要提高水務自動化程度，建設信息化平臺，還要思考如何將下水管道各種信息提供給市民，包括各個排水系統內澇情況、水位信息等。

水環境：在水環境治理中，從污染物的調查評估到水環境容量的計算，以及水質的模擬到污染控制，要形成整個系統理念。比如面源污染消減了多少、對整個水體的改善是多少，都要建立體系。用模型把整個城市虛擬建造好以后，才能夠把系統工作一步步推進。

在這些理念的指導下，我們編制了上海海綿城市規劃，包括到2020年，按1000km2計的建成區中，完成約200km2區域的海綿城市建設；到2030年，80%建成區實現海綿城市建設要求。在這個規劃中，也有聚焦和系統思想的體現。如針對上海臨港 79平方公里的海綿建設工作，其中老城區7.35km2，主城區建成區44.08 km2，其它為生態建設用地及備用地。目前，建成區年徑流總量控制率只有58%，目標是要達到80%。這就有考慮到各方面的工作配合。

在上述因素的考量下，我們確定了從中心到周邊的示范分區類型，包括湖泊水體生態保護凈化示范區、商務街區海綿工程建設示范區等7種。原來我們用傳統的理念做，現在考慮的是如何海綿化，如用一個綠化隔離帶和臨港森林相結合，形成了生態廊道雨水自蓄凈化池。

內澇防治是海綿城市建設重要組成

內澇防治是海綿城市建設的重要組成部分。這一塊，過去我們一直詬病國家的標準、規范師出多門，但其實美國也是這樣，美國聯邦法律1972年頒布了清潔水法，從點源污染、面源污染等方面做了一些控制，但其他多個聯邦政府部門，如環保署、陸軍工程兵團、高速公路管理署等，也都制定了相應的法律。所以說不要僅詬病法規，只要相互協同好，都能夠取得很好的效果。

在美國，規劃和設計階段后期，項目排水系統的設計計算和圖紙都要接受嚴格的審批，否則整個項目都不能獲得施工許可。不同地區的排水標準，往往存在很大的差異，但只要這些差異與聯邦政府制定的強制性法律法規沒有沖突，地方標準就是有效的。我國現行標準也做了這方面的轉變，以后可能只有37本強制規律法規，其他非強制的標準靈活度較高。