本文進(jìn)一步梳理了大排水系統(tǒng)的概念、構(gòu)成及其與海綿城市相關(guān)子系統(tǒng)的銜接關(guān)系，提出了大排水系統(tǒng)的規(guī)劃方法與地表徑流行泄通道的設(shè)計方法，并以某城市片區(qū)內(nèi)澇防治系統(tǒng)構(gòu)建為例，通過案例介紹了道路徑流行泄通道的設(shè)計，以期為我國大排水系統(tǒng)的合理構(gòu)建提供參考。

1 大排水系統(tǒng)構(gòu)成及其與海綿城市相關(guān)子系統(tǒng)的銜接關(guān)系

大排水系統(tǒng)（major drainage system）是由地面或地下調(diào)蓄、排放設(shè)施組成的蓄排系統(tǒng)，用以應(yīng)對超過源頭減排系統(tǒng)和排水管渠系統(tǒng)承載能力的降雨導(dǎo)致的城市積水災(zāi)害，也稱為超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)。

 大排水系統(tǒng)的設(shè)施可分為“排放設(shè)施”與“調(diào)蓄設(shè)施”兩類，其中，“排放設(shè)施”主要包括具備排水功能的地表漫流（豎向控制）、道路（包括道路路面、利用道路紅線內(nèi)帶狀綠地構(gòu)建的生態(tài)溝渠，詳見本文案例）、溝渠、河道等地表徑流行泄通道，以及轉(zhuǎn)輸隧道等地下徑流行泄通道，實(shí)踐中，往往是幾種設(shè)施的組合，此外，還需重視通過道路低點(diǎn)人行道漸變下凹、小區(qū)低洼處圍墻底部打通等方式，構(gòu)建完整、順暢的地表徑流行泄通道；“調(diào)蓄設(shè)施”則主要包括調(diào)蓄塘/池（含調(diào)節(jié)塘/池）、調(diào)蓄隧道、天然水體等地面和地下設(shè)施。

非常重要的是，城市大排水系統(tǒng)與微排水系統(tǒng)、小排水系統(tǒng)、防洪系統(tǒng)協(xié)同作用，地表和地下調(diào)蓄、排放設(shè)施協(xié)同作用，綜合達(dá)到城市內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)。

本文重點(diǎn)探討大排水系統(tǒng)的規(guī)劃方法，及地表徑流行泄通道的設(shè)計方法與案例。

**2 國內(nèi)外大排水系統(tǒng)構(gòu)建概述**

2.1發(fā)達(dá)國家大排水系統(tǒng)構(gòu)建

長期以來，發(fā)達(dá)國家針對城市大排水系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)已積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。美國交通部聯(lián)邦公路管理局1996年發(fā)布了《城市排水設(shè)計手冊》，在2001年、2009年、2013年分別進(jìn)行了三次修訂，詳細(xì)介紹了城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計要點(diǎn)，其中就包含大排水系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容；美國部分州、城市也針對大排水系統(tǒng)的建設(shè)提出了具體要求，例如科泉市利用Urban Drainage and Flood Control District（UDFCD）發(fā)布的計算工具“Q—Allow worksheet”，計算得出了不同降雨情況下，不同斷面形式、不同縱坡的道路路面的排水能力，用于指導(dǎo)道路作為城市大排水系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計；英國建筑行業(yè)研究與咨詢協(xié)會（CIRIA）2006年重點(diǎn)針對道路徑流行泄通道、地表調(diào)蓄設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計及內(nèi)澇風(fēng)險評估等開展了大量研究，并出版了相應(yīng)手冊；澳大利亞Austroad出版的道路排水設(shè)計規(guī)范，詳細(xì)闡述了包括大小排水系統(tǒng)在內(nèi)的道路排水規(guī)劃設(shè)計要求，澳大利亞公路集團(tuán)有限公司（ARRB，隸屬于澳大利亞政府和維多利亞州政府的官方機(jī)構(gòu)）出臺的道路雨水收集與排放手冊中也詳細(xì)介紹了道路作為大排水通道的規(guī)劃設(shè)計流程及具體設(shè)計要求。

2.2我國大排水系統(tǒng)構(gòu)建及存在的主要問題

近年來，隨著我國海綿城市建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)及海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃編制的不斷深入，對城市大排水系統(tǒng)的構(gòu)建提出了更高的要求，相關(guān)新編、修編國家標(biāo)準(zhǔn)提出了大排水系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計要求，但相關(guān)規(guī)劃及“遲來”的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對城市大排水系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計指導(dǎo)仍存在一定不足，城市大排水系統(tǒng)的系統(tǒng)性工程實(shí)例也較少，原因在于：

2.2.1城市規(guī)劃考慮不足

在城市總體規(guī)劃及控制性詳細(xì)規(guī)劃層面偏重傳統(tǒng)用地規(guī)劃，缺乏對河道、溝渠、坑塘等天然蓄排空間的保護(hù)與利用，以及對排放、調(diào)蓄設(shè)施用地、豎向的相關(guān)要求；城市排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃對不同降雨情景下的內(nèi)澇風(fēng)險分析不足，或?qū)こ搪涞氐闹笇?dǎo)性較差；城市豎向規(guī)劃對區(qū)域整體防澇規(guī)劃考慮不足；道路交通、綠地、水系等相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃也缺乏區(qū)域或城市尺度蓄排設(shè)施的用地、豎向及藍(lán)綠線的落實(shí)細(xì)化。目前，各地正在編制的海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃成為在一定程度上彌補(bǔ)上述不足，強(qiáng)化各層級規(guī)劃銜接性的重要機(jī)遇。

2.2.2規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有待完善

《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006，2016年版）給出了我國內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期和積水深度標(biāo)準(zhǔn)，但對道路行泄通道的積水深度、漫幅、流速等設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及多功能調(diào)蓄設(shè)施的設(shè)計方法等仍缺乏，此外，針對道路徑流行泄通道、溝渠、調(diào)蓄公園的應(yīng)急、預(yù)警附屬設(shè)施的設(shè)計等也存在不足。

2.2.3相關(guān)專業(yè)、部門應(yīng)更有效的聯(lián)動

城市大排水系統(tǒng)的構(gòu)建需要城市規(guī)劃、道路、園林、防洪等政府管理者及專業(yè)設(shè)計人員突破傳統(tǒng)設(shè)計理念的制約，建立科學(xué)、有效的溝通及合作機(jī)制，源頭減排系統(tǒng)、多功能調(diào)蓄公園、道路徑流行泄通道、管渠等的運(yùn)行維護(hù)、應(yīng)急預(yù)警、信息管理平臺等的綜合實(shí)施尤其需要各部門建立有效的聯(lián)動機(jī)制，并采用購買服務(wù)、PPP等模式提高政府管理效率和質(zhì)量。

2.2.4已建城區(qū)構(gòu)建難度大

在一些高密度開發(fā)的已建城區(qū)，城市豎向、空間條件已經(jīng)形成，較難通過現(xiàn)有場地豎向、空間條件的調(diào)整解決內(nèi)澇問題，但是，對老城區(qū)現(xiàn)狀管網(wǎng)排放能力、豎向，及區(qū)域整體空間和豎向條件等的評估仍尤為重要，是確定重點(diǎn)改造的區(qū)域和措施，并進(jìn)行多方案比選的基礎(chǔ)。

2.2.5方案設(shè)計系統(tǒng)性較差

區(qū)域大排水系統(tǒng)的構(gòu)建，容易忽視對地表漫流等徑流行泄通道的分析和設(shè)計，對超負(fù)荷（有壓流）運(yùn)行狀態(tài)下排水管渠系統(tǒng)排水能力的評估，以及一定條件下源頭減排系統(tǒng)提升排水能力的評估等，導(dǎo)致調(diào)蓄與排放系統(tǒng)豎向或設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不銜接，難以有效解決區(qū)域整體內(nèi)澇風(fēng)險。

**3 大排水系統(tǒng)規(guī)劃**

城市大排水系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)貫穿于城市總體規(guī)劃與專項(xiàng)規(guī)劃、控制性詳細(xì)規(guī)劃、修建性詳細(xì)規(guī)劃各個環(huán)節(jié)，城市規(guī)劃過程中，蓄排系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)亟涤暌?guī)律、地形特點(diǎn)及內(nèi)澇風(fēng)險等分析，統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局。

總體規(guī)劃階段，應(yīng)明確大排水系統(tǒng)控制標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)和合理利用河流、濕地、溝渠等天然蓄排空間，提出用地布局及豎向相關(guān)要求，并通過相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃進(jìn)行細(xì)化、補(bǔ)充。

在修建性詳細(xì)規(guī)劃階段及設(shè)計階段，應(yīng)進(jìn)一步落實(shí)和細(xì)化蓄排設(shè)施的規(guī)模、平面位置及場地高程，保障各系統(tǒng)、各蓄排設(shè)施之間，及其與防洪系統(tǒng)之間銜接順暢。大排水系統(tǒng)規(guī)劃方法如圖2所示。

**4 地表徑流行泄通道設(shè)計**

地表徑流行泄通道的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貎?nèi)澇防治設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，通過水文、水力計算得出。再次強(qiáng)調(diào)，應(yīng)綜合分析源頭減排系統(tǒng)、排水管渠系統(tǒng)、大排水系統(tǒng)、防洪系統(tǒng)在設(shè)計暴雨情景下的耦合作用；此外，地表漫流主要通過豎向規(guī)劃設(shè)計實(shí)現(xiàn)，良好的豎向控制作為“非設(shè)計地表徑流行泄通道”是最簡單、有效的內(nèi)澇防治措施，應(yīng)給予足夠重視。

地表徑流行泄通道的設(shè)計流程如圖3所示，需指出的是，該設(shè)計方法基于手算求解，而當(dāng)匯水面積較大，地形、相關(guān)子系統(tǒng)較為復(fù)雜時，宜綜合采用模型模擬方法進(jìn)行設(shè)計。

4.1確定地表徑流行泄通道

地表徑流行泄通道的選擇應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)厮臈l件、地形地貌分析，并通過不同降雨條件下的內(nèi)澇風(fēng)險評估等綜合確定。

4.2匯水區(qū)域水文分析

匯水區(qū)域水文分析應(yīng)包括下列內(nèi)容：降雨資料分析；匯水區(qū)域邊界、整體豎向、用地構(gòu)成分析，明確地表排水方向；道路路網(wǎng)布局與豎向分析；調(diào)研分析排水管網(wǎng)和雨水口淤堵情況；明確匯水區(qū)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)豎向、斷面控制要求，如匯流路徑交叉點(diǎn)，道路交叉口等；分析其他相關(guān)的水問題，如污染、水資源流失等；子匯水區(qū)劃分，確定道路、溝渠等作為徑流行泄通道的布局。

4.3確定地表徑流行泄通道的設(shè)計重現(xiàn)期與暴雨強(qiáng)度

考慮城鎮(zhèn)類型、積水影響程度和內(nèi)河水位變化等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，內(nèi)澇防治設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)可按照表1的規(guī)定取值。

確定內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)后，根據(jù)設(shè)計降雨資料，確定內(nèi)澇防治、管渠設(shè)計暴雨強(qiáng)度，進(jìn)而計算地表徑流行泄通道的設(shè)計暴雨強(qiáng)度及對應(yīng)的設(shè)計重現(xiàn)期，如式（1）所示。首先，應(yīng)確定設(shè)計降雨歷時，降雨歷時一般按設(shè)計控制斷面的匯流時間確定，比如，將道路路面概化成排水明渠，匯流時間為徑流從匯水面遠(yuǎn)端流至道路路面的地面流行時間，通常采用運(yùn)動波計算公式計算。PIt1=P總It1-P管It1（1）式中PIt1——地表徑流行泄通道對應(yīng)的設(shè)計降雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；

P總It1——內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的設(shè)計降雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；

P管It1——管道對應(yīng)的設(shè)計降雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）。

需注意的是，該方法未考慮管道匯流時間與徑流行泄通道匯流時間的差異，以及暴雨情景下，管道壓力流時的實(shí)際排水能力會大于其滿管流時的設(shè)計排水能力等，也未考慮分散式源頭減排設(shè)施對徑流雨水的蓄滯作用，所以該方法計算結(jié)果較為保守。

4.4地表徑流行泄通道水力計算

對于道路路面，其排水能力根據(jù)道路斷面形式、縱坡等確定，可采用地表漫流和道路邊溝流，通過修正后的曼寧公式進(jìn)行計算。對于溝渠，其排水能力計算可參照明渠均勻流計算公式，道路路面與溝渠組合使用時，需對二者排水能力進(jìn)行疊加計算。道路路面過水?dāng)嗝嫜氐缆房v向發(fā)生變化時，應(yīng)根據(jù)其變化情況分段計算。若過水?dāng)嗝孀兓^于復(fù)雜，可簡化并選擇最不利斷面進(jìn)行保守計算。

4.5計算地表徑流行泄通道最大服務(wù)匯水面積

根據(jù)上述計算得出的徑流行泄通道排水能力Q和設(shè)計暴雨強(qiáng)度I，可計算徑流行泄通道的最大服務(wù)匯水面積A，如式（2），然后與實(shí)際的道路匯水面積進(jìn)行對比，分析是否滿足要求。需指出的是，式（2）適用于小匯水區(qū)域（一般小于2 km2）的設(shè)計計算，匯水面積較大時可利用模型模擬進(jìn)行輔助分析。A=Q/(ψP×It1）（2）式中 A——道路/溝渠排水服務(wù)面積，hm2；

Q——道路/溝渠流量，L/s；

ψ——綜合徑流系數(shù)。

值得注意的是，實(shí)際情況下，當(dāng)暴雨發(fā)生時，匯水區(qū)域內(nèi)的超標(biāo)徑流并非全部匯入市政道路中，而是更多滯留在了匯水區(qū)域內(nèi)部，即匯水區(qū)域內(nèi)部的積水在一定程度緩解了外圍市政管道和道路路面的排水壓力，起到了“被動調(diào)蓄”或“非設(shè)計調(diào)蓄”的功能。

4.6編制水力計算表

按照劃分的計算斷面，計算每個子匯水區(qū)域內(nèi)的地表徑流行泄通道是否滿足設(shè)計要求，并編制水力計算表。

4.7設(shè)計校核

當(dāng)?shù)乇韽搅餍行雇ǖ赖倪^水能力不滿足設(shè)計要求時，需對縱向坡度、斷面進(jìn)行調(diào)整，或設(shè)計新的徑流行泄通道，并重新進(jìn)行水文、水力計算，確保滿足設(shè)計要求。

5 道路徑流行泄通道案例

5.1片區(qū)概況及問題分析

該項(xiàng)目位于某北方城市生態(tài)新區(qū)，區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)已形成，現(xiàn)狀基本建成占地約1 km2的棚改回遷居住區(qū)及中學(xué)等，其余地塊已基本出讓。管網(wǎng)為雨污分流，雨水管網(wǎng)就近接入河道與湖泊。

區(qū)域地形平坦，排水、排澇條件差，現(xiàn)狀雨水管渠末端排放口均為淹沒出流。如何利用規(guī)劃公園綠地（現(xiàn)狀為沙坑）構(gòu)建末端多功能調(diào)蓄水體，并結(jié)合片區(qū)整體豎向條件，選取適合的既有道路作為徑流行泄通道，成為該片區(qū)內(nèi)澇防治系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵。

5.2片區(qū)建設(shè)目標(biāo)

（1）片區(qū)通過源頭減排、末端調(diào)蓄綜合實(shí)現(xiàn)年徑流總量控制率85%（設(shè)計降雨量24.6 mm）。

（2）通過源頭減排、現(xiàn)狀雨水管渠、末端調(diào)蓄綜合實(shí)現(xiàn)小排水系統(tǒng)設(shè)計重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)狀1年一遇提高到2～3年一遇。

（3）通過道路徑流行泄通道、末端多功能調(diào)蓄水體等大排水系統(tǒng)的構(gòu)建，結(jié)合源頭減排與雨水管渠系統(tǒng)，綜合達(dá)到20年一遇內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)。

5.3道路徑流行泄通道設(shè)計方案

結(jié)合區(qū)域水文條件分析，并利用上述設(shè)計方法對區(qū)域內(nèi)不同類型道路路面的排水能力進(jìn)行評估，最終分別選擇橫五路的路面與縱十三路兩側(cè)帶狀綠地作為徑流行泄通道，如圖4所示。

橫五路道路徑流行泄通道（路面）通過漸變下凹式人行道與下游縱十三路徑流行泄通道（生態(tài)溝渠）銜接；縱十三路路面徑流同樣通過道路低點(diǎn)漸變下凹式人行道與路旁生態(tài)溝渠銜接，以便于路面暴雨徑流順暢排入行泄通道。周邊小區(qū)暴雨徑流則通過小區(qū)出入口道路漸變下凹并護(hù)欄打開、小區(qū)低洼處圍墻底部打通的方式，與周邊道路徑流行泄通道順暢銜接。

5.4道路徑流行泄通道設(shè)計過程

5.4.1設(shè)計降雨強(qiáng)度計算

匯流時間取15 min，內(nèi)澇防治系統(tǒng)、雨水管渠系統(tǒng)、大排水系統(tǒng)的設(shè)計降雨強(qiáng)度計算如表2所示，根據(jù)內(nèi)澇防治和現(xiàn)狀管渠設(shè)計重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)，保守計算得到道路徑流行泄通道設(shè)計降雨強(qiáng)度，如式（3）所示。PI15=20I15-1I15=178 L/(s·hm2)（3）式中 PI15——道路徑流行泄通道設(shè)計降雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；

20I15——內(nèi)澇防治設(shè)計降雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；

1I15——雨水管渠設(shè)計降雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）。

由表2可知，道路徑流行泄通道的設(shè)計重現(xiàn)期約為2年一遇。

5.4.2水力計算

橫五路和縱十三路地下管網(wǎng)、道路徑流行泄通道及其匯水面積如圖7所示，對道路徑流行泄通道的A、B、C過水?dāng)嗝孢M(jìn)行水力計算，得到最大服務(wù)匯水面積，通過與實(shí)際匯水面積進(jìn)行對比，判斷是否滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，水力計算如表3所示，并據(jù)此進(jìn)行相應(yīng)的斷面調(diào)整。

 橫五路與縱十三路徑流行泄通道的水力計算斷面如圖8、圖9所示。

 **6 結(jié)語**

 合理構(gòu)建海綿城市綜合系統(tǒng)，城市大排水系統(tǒng)是關(guān)鍵之一，而對于大排水系統(tǒng)的構(gòu)建，整體豎向用地規(guī)劃與水文水力分析是關(guān)鍵。本文雖梳理了城市大排水系統(tǒng)的構(gòu)成及其與海綿城市相關(guān)子系統(tǒng)銜接關(guān)系，提出了大排水系統(tǒng)的規(guī)劃及地表徑流行泄通道的設(shè)計方法，但如何更好地指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計人員進(jìn)行大排水系統(tǒng)構(gòu)建，用地空間布局與豎向規(guī)劃銜接、匯水區(qū)水文計算、徑流行泄通道的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)蓄設(shè)施的規(guī)模計算等仍需進(jìn)一步研究和梳理。