杭州GMP純化水設備解讀:城鎮排水防澇與流域防洪體系銜接研究
【上海水處理設備網www.esdzu.com】洪澇災害包括內澇和外洪,兩者既有區別又緊密聯系。對內澇和外洪關系分析的基礎上,借鑒美國在城鎮洪澇災害防治方面的經驗,提出城鎮排水防澇和流域防洪在規范和技術上的銜接,詳細論述并分析了城鎮排水規范、內澇防治標準、治澇規范和防洪規范規定的內容和彼此之間的銜接條件,從規劃和工程兩方面提出了技術銜接的途徑,并提出明確排水防澇與防洪的職責與界限、加強規劃管控、加強信息共享和建立聯防聯控機制等建議,以期為新時代城鎮排水防澇和流域防洪工作提供參考。
0前言
2020年6月1日至7月28日,長江流域平均降水量為528.8mm較終年同期偏多50%為1961年以來歷史同期最多,太湖流域平均降水量為690.1mm較終年同期偏多1倍,為歷史同期第二多,繼續性強降水導致我國局部流域呈現了嚴重的洪澇災害。
洪澇災害包括內澇和外洪,兩者既有區別又緊密聯系。本文擬在對內澇和外洪關系分析的基礎上,借鑒國際上發達國家在城鎮洪澇災害防治方面的經驗,提出內澇和外洪防治在規范和技術上的銜接,并提出建議,以期為新時代城鎮排水防澇和流域防洪工作提供參考。
1內澇和外洪的區別
1.1內澇和外洪的定義
內澇,根據《城鎮內澇防治技術規范》GB51222-2017認為:指一定范圍內的強降雨或連續性降雨逾越其雨水設施消納能力,導致地面發生積水的現象。規范中認為道路積水小于15cm住宅底層不進水不是內澇,只有逾越這一標準,且積水的退水時間逾越一定規范,影響城鎮平安運行才干定義為內澇。
洪災,根據應急管理部認為:指由于江、河、湖、庫水位猛漲,堤壩漫溢或潰決,水流入境而造成的災害。依照成因可分成暴雨洪水(雨洪)山洪、河流洪水、融雪洪水、潰壩洪水、冰凌洪水、泥石流、風暴潮等。
1.2內澇和外洪的關系
1.2.1發生原因不同
內澇主要是由于城鎮外地降雨過多(強降雨或連續性降雨)地表消納能力不足(硬化面積過大、原滯蓄空間被占用)城鎮排水能力缺乏(管道和內河排水不暢)局部地勢低洼等原因導致逾越一定規范的城鎮雨水徑流(內水)城鎮無法排除而造成。外洪主要是由于暴雨、急驟融冰化雪、風暴潮等原因引起流域性河湖水體的水位上漲并逾越流域防洪規范的接受能力而導致堤壩漫溢甚至潰決、洪水(外水)進入城鎮而造成上海工業純水設備。
1.2.2管理空間不同
內澇科學防治的管理空間是城鎮尺度,對城鎮范圍內降雨產流的管理,通過在城鎮規劃建設過程中采用合理的措施,排除一定的城鎮雨水徑流量,防止城鎮在降雨期間的道路積水和房屋進水,保證城鎮的平安運行。外洪防治則是從流域尺度,對流域范圍內(包括干流和支流流經的區域)降雨產流的管理,通過在流域的防洪規劃和工程建設過程中采用合理的措施,確保流域性河道的水位堅持在合理的范圍內,保證沿線城鎮的排水平安。
1.2.3兩者既有聯系又不同
內澇和外洪相互之間存在著復雜的聯系,包括因雨致澇、因洪致澇、因澇致洪等多種情況。因雨致澇,當城鎮遭遇的暴雨量逾越內澇防治設計重現期的規范時,雨水管渠和排澇除險設施不能及時將城鎮雨水徑流排至外河,導致積水逾越一定深度、退水時間逾越規范并影響城鎮秩序和安全運行的現象。因洪致澇,當外洪形成后外河水位上漲,城鎮內河無法順利將城鎮雨水徑流排出,內河水位上漲,對排水系統發生頂托甚至倒灌,導致城鎮徑流不能及時排出造成嚴重積水且退水時間過長的現象。因澇致洪,當沿河城鎮發生的城鎮雨水徑流排至外河,大江大河流域面積大,干流匯集不同支流的洪峰,導致形成歷時較長漲落較平緩的洪峰;或者小河流的流域面積和河網的調蓄能力較小,導致形成漲落迅猛洪峰的現象。
2國際城鎮排水防澇經驗
發達國家和地區在城鎮化發展過程中也都遭受過洪澇問題,基于可持續性雨洪管理理念,建立了適合外國國情的暴雨徑流源頭控制規范體系,如美國的低影響開發(LowImpactDevelopment,LID英國的可繼續鄉村排水系統 SustainUrbanDrainagSystem,SUDS和新加坡的低影響鄉村設計和發展體系(LowImpactUrbanDesignandDevelopment,LIUDD等。歐洲城鎮降雨較為平緩,與我國降雨特征不符,且流域面積不大、地勢坡降大,不易發生大面積洪澇災害;新加坡國家面積較小,與我國國情相差較大;分析研究美國的排水防澇經驗對我國的借鑒意義較大。
美國的排澇防洪明確由城鎮排水防澇(UrbanFlood和流域防洪(Flood兩部分組成,其責任主體分別為地方政府(LocalGovern和聯邦政府(FederGovern其中城鎮排水防澇體系大體經歷了水量控制、雨水水量和水質控制偏重以及可持續性雨水管理等階段。發展過程中,逐步形成了目前由低影響開發(LowImpactDevelop或稱源頭減排的微排水系統(MicroDrainagSystem小排水系統(MinorDrainagSystem和大排水系統(MajorDrainagSystem組成的城鎮排水防澇體系。
低影響開發注重源頭徑流控制,包括透水鋪裝、雨水花園、綠色屋頂等綠色基礎設施,可有效削減降雨期間的流量峰值,減輕市政雨水管渠的壓力,降低城鎮內澇發生的頻率和強度。小排水系統包括雨水管渠、排水泵站和調蓄設施等激進雨水排水設施,主要擔負重現期為110年較大概率事件城鎮雨水徑流的平安排放,且不允許地面積水。大排水系統包括城鎮低洼地、坑塘河湖水系、道路、廣場、綠地、體育設施等允許滯澇調蓄、行泄空間,以及管道泵排等灰色設施,主要應對小概率極端降雨事件,大排水系統的設計重現期為50年~100年。低影響開發設施、小排水系統、大排水系統均由城鎮政府進行建設和管理,如在北卡羅來納州,由市政雨水部門(municipStormwatdivis負責市政雨水管渠、調蓄設施的建設和運維管理,與流域防洪管理相銜接。
流域防洪工程包括修建防洪堤、河道整治、開辟滯洪區和泄洪道等工程措施,以及滯洪區管理、洪水安全、洪水預報和預警等非工程性措施。防洪工程建設單位為陸軍工程師團,負責全國主要河道的堤防興建、護岸退建等,以及全國的防洪調度、對泛洪區管理等,堤防建設后交由各州政府運維管理。
美國把全國劃分成13個流域,每個流域均建立了洪澇預警系統,洪澇預報由國家海洋與大氣管理局(NationOceanicandAtmospherAdministr向社會發布,對洪水可能造成的災害進行及時、準確的預測,發布警示信息。城鎮內澇和防洪預警發出后,視災害事件的規模按不同責任主體啟動不同的應急響應。以洛杉磯為例,洪澇響應分為四個層級,包括市級(CitiofLoAngele郡級(CountiofLoAngele州級(StateofCalifornia和聯邦政府級。規模較小的暴雨災害事件中,應急響應的主導部門為市應急管理局。當災害達到一定規模時,由市應急管理局啟動市應急行動中心作為聯絡中心和牽頭單位,以市水務部門作為應急方案主要執行部門協調市水務系統,同時聯合市交通、建筑平安、公共建設、消防、警務、園林、動物管理等部門進行工作部署。當災害逾越市政府的處置能力時,提請郡級、州級乃至聯邦政府支援。郡級政府中參與的主要有消防、公共建設、交通和環境等部門。聯邦政府中參與的部門主要有陸軍工程師團、氣象團、地質調查局、墾務局和聯邦應急管理局(FederEmergencManagAgenci海岸警衛隊等,其中陸軍工程師團的職責是負責區域內Hansen和Sepuulveda兩個大壩以及洛杉磯機場防汛工作上海工業純水設備。
3內澇和外洪的銜接
城鎮內澇防治是一項系統工程,涵蓋從雨水徑流的發生到排放的全過程控制,包括產流、匯流、調蓄、利用、排放、預警和應急措施等,而不只僅只有傳統的雨水排水管渠設施。自2012年北京“721暴雨之后,國住房和城鄉建設部對城鎮內澇防治工作高度重視,多次強調城鎮內澇防治和流域防洪的銜接,規范體系逐步完善,工程建設陸續開展。特別是國家海綿試點鄉村對內澇防治體系的探索和工程實踐,取得了很大成效。比如上海臨港國家海綿鄉村建設試點區經受住了2018年和2019年兩次臺風和暴雨的考驗。
3.1規范銜接
2013年我國內澇規范提出以前,國僅有城鎮排水和水利的治澇、防洪規范。這些規范隸屬于不同學科,考慮問題的角度、計算方法的選擇等方面存在不一致之處 近年來我國城鎮排水規范、內澇防治規范和水利的治澇標準、防洪規范已基本實現統籌,形成統一的城鎮內澇防治和流域防洪體系。
3.1.1相關規范
1排水規范。室外排水設計規范》GB50014-2006,2016版)規定,雨水管渠設計重現期應根據匯水地區性質、城鎮類型、地形特點和氣候特征等因素確定,并應明確相應的設計降雨強度,如表1所示。上海中心城區雨水管渠設計重現期確定為5年,其對應的設計降雨強度為58mm/h當發生小于該雨強的降雨時,不應發生地面積水上海工業純水設備。
2內澇防治標準。室外排水設計規范》GB50014-20062019年全面修訂時提出內澇防治規范包括三方面,一是設計重現期,二是積水深度,三是退水時間。
內澇防治設計重現期應根據城鎮類型、積水影響水平和內河水位變化等因素確定,并應明確相應的設計降雨量,如表2所示。
最大允許退水時間如表3所示。人口密集、內澇易發、特別重要且經濟條件較好的城區,最大允許退水時間應采用規定的下限。此外,交通樞紐的最大允許退水時間應為0.5h
積水深度設計規范,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本規定能保證城鎮道路不論寬窄,內澇防治設計重現期下,至少有一車道能夠通行。
上海作為超大鄉村,確定內澇防治設計重現期為100年,其對應的設計降雨量為24小時275mm中心城區的退水時間為1h
3治澇標準。治澇標準》SL723-2016規定,鄉村澇區的設計重現期應根據其政治經濟地位的重要性、常住人口或當量經濟規模指標確定,如表4所示。
4防洪規范。防洪規范》GB50201-2014規定,鄉村防護區應根據政治、經濟地位的重要性、常住人口或當量經濟規模指標確定,如表5所示。
3.1.2規范銜接
從上述不同類型規范的規范值看,同一級別城鎮對應的重現期差異較大,比如對于某一特大城市,雨水管渠設計重現期是35年,內澇防治標準是50100年,治澇標準是20年,防洪規范是200年。但是這些規范由于針對的對象不同,所以對應的降雨歷時和強度、水文數據統計方法、設施計算方法都不一樣,不能單純從規范值上看是否可以銜接。
排水規范針對排水分區,應對1h短歷時強降雨,排水規范的降雨下不允許地面出現積水。內澇防治規范針對城鎮范圍,應對324h長歷時強降雨,允許地面出現一定深度積水,并根據城鎮能承受的水平明確最大允許退水時間,一般為0.54h這兩個規范針對城鎮管理尺度,一般以水量控制。
治澇規范針對城鎮內河流域范圍,應對24h或更長的長歷時降雨,要求雨后24h排除。防洪規范針對流域范圍,應對數日至數月的長歷時降雨。這兩個規范針對流域尺度,一般以水位控制。
雨水管渠設計采用的強度法,計算的流量的概念,注重“排”內澇防治、治澇和防洪工程設計采用的都是容積法和強度法相結合的方式,除了計算流量,還要計算總水量和水位,注重“蓄排結合”
城鎮排水規范和治澇標準的銜接,通過城鎮內河、湖泊等“蓄”作用減緩城鎮排水峰值流量對排澇流量的影響。內澇防治規范和治澇標準的銜接,主要依靠措施的不同,內澇防治是城鎮范圍內的陸域水域協同,通過在陸域設置有調蓄功能的綠地、廣場等開放空間和調蓄池等工程設施,控制排入城鎮水域的徑流總量和徑流峰值,實現與城鎮內河治澇標準的銜接,并確保區域滿足地面積水規范和退水時間要求。內澇防治規范和流域防洪規范的銜接,則主要是通過對相應規范條件下洪水位的分析,建立確定的設計水位線,作為城鎮內澇防治系統設計的邊境條件和城鎮防洪工程實施的規范。
以上海市中心城區為例,排水規范為5年一遇,1h降雨量為58mm治澇標準為30年一遇,不同水利片最大24小時面降雨量有所差別,如蕰南片為222.5mm淀北片為223.2mm最大1h降雨量取總降雨量的24.7%為55mm左右,結合水利片內河湖的蓄水空間基本實現與排水規范相銜接。內澇防治規范為100年 一遇,其中蕰南片24h面降雨量為286.7mm淀北片為282.6mm最大1h降雨量為70mm左右,規劃通過藍綠灰結合、增設源頭減排設施和深層調蓄隧道的方式,控制逾越內河排澇能力的徑流量,實現內澇防治規范和治澇標準的銜接。而上海黃浦江防汛墻的防洪(潮)設計規范為千年一遇,就是保證流域發生千年一遇洪(潮)位時,防汛墻不會發生漫溢或者潰壩,同時,內澇防治系統的設施能在設計條件下正常運行。
3.2技術銜接
內澇防治和流域防洪均為系統工程,兩者在規劃上需要有效銜接,工程手段上有共通之處。
3.2.1規劃邊境銜接
內澇防治系統和流域防洪系統在規劃上應統籌計算洪澇水量,實現空間布局和豎向規劃的銜接。流域(區域)防洪規劃、城鎮總體規劃和鄉村防洪規劃的基礎上,洪、澇、潮災害統籌治理,合理布置防洪工程布局和規模,充分考慮城鎮排澇除險能力,以確定合理的設計洪峰流量、時段洪量和洪水過程線,為洪水流經城鎮提供內澇防治系統規劃的邊境。城鎮內澇防治系統以洪水過程線為規劃邊界,合理布局源頭減排設施系統、市政雨水排水管渠系統和排澇除險系統,并與城鎮內污水處置和合流制溢流污染控制等系統有機銜接,實現對城鎮雨水徑流總量、峰值和污染等多重目標的控制。豎向高程規劃是實現城鎮排水通暢重要前提上海工業純水設備。
3.2.2工程手段銜接
內澇防治系統和流域防洪系統均采用“蓄排結合”工程技術手段。城鎮內澇防治系統統籌地面地下,結合陸域水體,協調包括源頭減排、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。流域防洪亦強調工程措施與非工程措施相結合,統籌治理洪、澇、潮災害,針對較為罕見的江河洪水防治,工程措施以堤防為主,配合水庫、分(滯)洪、河道整治等,構建蓄排結合的完整防洪體系。
因此,城鎮建設中應加強湖泊、水塘、濕地等天然水域保存,充分發揮其在內澇防治系統中源頭減排和排澇除險的蓄排作用,以及其在流域防洪系統中的防洪滯澇作用。
4建議
4.1明確排水防澇與防洪的職責與界限
城鎮排水防澇屬于地方事權,城鎮建設是系統工程,排水和內澇防治更是系統工程,地方政府應在住建部指導下開展相應工作,其針對的城鎮范圍內發生的降雨事件,包括35年的大概率和20100年的小概率事件;流域防洪則屬于中央事權,由水利部主管,針對的流域范圍內的小概率降雨事件,設計重現期一般為100200年一遇甚至更大。
4.2加強規劃管控
規劃層面加強空間分配和豎向銜接的統籌是解決城鎮排水防澇和流域防洪的核心問題。以流域為單位編制防洪規劃,確定流域防洪規范和相應的洪(潮)水位,合理分配流域上下游城鎮的外排水量,并科學布局滯洪區域,為流域洪水留出足夠的空間。以城鎮為單位編制排水防澇規劃,首先要為城鎮“留白”最大限度維護山水林田湖草的基本生態格局,最大限度適應地形地貌,對沿江沿河岸線留出一定距離、不予開發;確定城鎮排水防澇規范,科學劃分排水分區,規劃各類排水設施的布局和規模,做好豎向銜接,包括源頭減排設施、雨水管渠和排澇除險設施的銜接,以及排澇除險設施和外河設計洪水位的銜接。
4.3加強信息共享,建立聯防聯控機制
加強對降雨統計、氣象預報、降雨產匯流、河湖水位等重要水文特征和數據的信息共享,共建數據感知體系和預警預報系統。針對不同范圍和程度的降雨,建立流域層面和城鎮層面的聯防聯控機制,加強多部門聯合的應急預案編制以及應急裝備和物資的儲藏。
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