道路暴雨內(nèi)澇積水改造分析與道路雨水設(shè)計

黃玲芳

（廈門市政管廊投資管理有限公司，福建 廈門 361000）

0 工程概況

湖濱南路是廈門老城區(qū)的一條主干道，于20 世紀(jì)80 年代建成，因路面沉降，形成低洼地帶，由于地下排水系統(tǒng)沉降淤塞以及筼筜湖水位提高等原因，湖濱南路中心血站及污水處理廠路段雨天積水很深，嚴(yán)重阻礙車輛通行及行人出行。因此，對湖濱南路進(jìn)行積水整治勢在必行。

1 現(xiàn)狀雨水系統(tǒng)概況

1.1 現(xiàn)狀排水問題

湖濱南路屬于廈門城市中心的一條主干道，道路兩側(cè)高樓林立，是廈門的商業(yè)及住宅中心之一。道路上車輛通行，輕則造成交通滯留，重則車輛熄火趴窩，交通癱瘓。同時，路面積水形成的“水塘”（現(xiàn)場圖如圖1 所示），也給行人及非機(jī)動車通行帶來困難，干擾市民出行、生活，由此給市民的生產(chǎn)生活帶來不便甚至造成直接或間接損失。因此，只有找出積水形成的原因，才能有效整治道路積水。

圖1 現(xiàn)狀積水現(xiàn)場圖

1.2 現(xiàn)狀排水系統(tǒng)

湖濱南路原始地貌為海灣，由于城市建設(shè)需要，回填整平，現(xiàn)狀為瀝青路面，地面平坦、開闊，做為老城區(qū)東西向交通要道，車流量很大。筼筜湖排水區(qū)域已建1～10 號排洪溝，由南向北穿越湖濱南路后排入筼筜湖。筼筜湖常水位為0.0m，汛期則結(jié)合外海潮位及強(qiáng)排降低水位。經(jīng)測算，大部分排洪溝按設(shè)計斷面及坡度能滿足重現(xiàn)期1 年時的排水要求。1）道路沉降，路下排洪溝也相應(yīng)下沉并在湖濱南路形成凹底。2）現(xiàn)狀排洪溝系早期建設(shè)，存在淤積，泄洪能力達(dá)不到設(shè)計要求。3）湖濱南路以內(nèi)段排洪溝內(nèi)底低于筼筜湖常水位，排洪溝有效過水?dāng)嗝婕斑^水能力均低于原設(shè)計，若突降大雨，而筼筜湖水位受潮位等影響未能及時下降，則雨水來不及排除，積于低洼地從而形成內(nèi)澇。4）筼筜湖水域面積相對較小，山洪從周邊匯水區(qū)域沿30 余條溝渠匯集到湖區(qū)，由于周圍地勢坡度大，地面硬化程度高，降水匯流速度快，洪峰流量大，洪峰到達(dá)時間短，暴雨期間，由于洪水匯流時間短，特別是受海潮頂托作用，湖區(qū)水位上升很快。5）有一些溝渠在湖區(qū)的出口位置較低，洪水期的高水位大大削弱了它的泄洪能力，區(qū)域洪水無法很快匯集到湖區(qū)，甚至從下水道反冒出地面，造成湖濱南路中山醫(yī)院段、郵政局段等多處地段被淹，市區(qū)交通中斷，威脅人民生命財產(chǎn)安全。

現(xiàn)狀湖濱南路路面雨水通過雨水箅子匯入就近排洪溝，最終排入筼筜湖。因路下排洪溝在湖濱南路下沉，同時排洪溝內(nèi)淤塞，使排洪溝內(nèi)沿程及局部水頭損失增大，由此造成排洪溝總水頭損失大增。而湖濱南路路面不斷下沉，最低點已下沉至0.5m，同時筼筜湖常水位卻由-0.5m 提高至0.0m，兩者水位差縮小，當(dāng)水位差不足以克服總水頭損失時，路面雨水將無法排出，從而形成積水?，F(xiàn)狀積水分布圖如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)狀積水分布圖

2 總體改造方案

要解決湖濱南路積水的問題，必須從增大排洪溝過水能力、減小水頭損失及增加水位差等方面著手進(jìn)行綜合整治。

2.1 增大排洪溝過水能力，減小水頭損失

對現(xiàn)狀排洪溝進(jìn)行清淤改造，可增大排洪溝過水能力。因排洪溝建成年份久，片區(qū)住宅容積率高，排洪溝整體提升改造涉及面廣、難度大，建議管理部門可對排洪溝下沉段結(jié)構(gòu)提升或斷面改造進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2.2 增加水位差，加強(qiáng)筼筜湖水位調(diào)度

抬高湖濱南路低洼地的道路標(biāo)高，可快捷有效地增加水位差，同時，也將為筼筜湖水位調(diào)度爭取更多時間。降雨初期，流量較小，水頭損失也小，路面抬高后雨水可順利排出。同時，合理利用大潮的有利條件，當(dāng)海水位低于筼筜湖水位時，開啟閘門排水，騰出庫容蓄洪；當(dāng)海水位升高不能自排時，須開啟排澇泵站抽水排水，提高湖區(qū)防汛能力。因路面抬高，道路積水所需時間加長，所以筼筜湖泄水量增加，水位下降值增大，當(dāng)達(dá)到洪峰流量時，雖水頭損失增大，但水位差及排洪溝有效過水?dāng)嗝嬉苍龃?，路面雨水通過該效應(yīng)順利排出。

2.3 加強(qiáng)筼筜湖區(qū)防汛排澇能力、發(fā)揮筼筜湖區(qū)滯洪區(qū)的作用

筼筜湖泄洪主要依靠西堤閘門、西堤南側(cè)筼筜湖排澇泵站自流通道泄洪，以自排為主，在潮位高于湖水位時輔以水泵抽排控制湖水位的上漲。

筼筜湖區(qū)淹沒災(zāi)害主要為內(nèi)澇，由于筼筜湖為廈門島的主要滯洪泄洪區(qū)，應(yīng)嚴(yán)禁侵占、擠占筼筜湖流域內(nèi)的滯洪區(qū)水面及庫容，并充分發(fā)揮松柏湖、東山水庫、萬石巖水庫等的滯洪作用，做好流域內(nèi)的水土保持工作，以緩解湖區(qū)的洪峰壓力。在有可能的情況下，建議擴(kuò)大湖區(qū)滯洪的面積，緩解筼筜湖區(qū)防汛壓力。

同時，增加筼筜湖排洪泵站的數(shù)量，擴(kuò)大自排洪水量，增強(qiáng)泵站排洪能力，加強(qiáng)對湖水位的調(diào)控管理，可提高整體片區(qū)的防汛能力。

2.4 實施方案

湖濱南路西起湖濱西路，東至廈禾路，是廈門市中心城區(qū)一條東西向主干道，全長約4416m，道路紅線寬度為44m。對雨天積水嚴(yán)重段，進(jìn)行提升改造。

對現(xiàn)狀雨水系統(tǒng)的規(guī)劃如下?，F(xiàn)狀湖濱南路路面雨水通過雨水箅子收集排入雨水管道系統(tǒng)，匯入就近排洪溝，最終排入筼筜湖。并且在樁號K1+500～K1+770段道路兩側(cè)輔道上均設(shè)有連續(xù)排水箅子。但是因路下排洪溝在湖濱南路下沉，增加了排洪溝局部水頭損失，同時現(xiàn)狀排洪溝淤塞嚴(yán)重，路面雨水依舊無法順利排出，從而形成積水。

該工程擬廢除湖濱南路兩側(cè)輔道內(nèi)現(xiàn)狀雨水箅子，改造為雨水口加密串聯(lián)排放系統(tǒng)，沿機(jī)動車道路緣石新建雨水口，同時，對洼地路段路面進(jìn)行加高，防止路面雨水淤積；在道路低點增設(shè)雨水箅子及雨水管，并增加必要的排出管，及時排除路面積水；為解決主車道的排水問題，在側(cè)分帶增加開口，使主車道路面雨水由側(cè)分帶進(jìn)入輔道新建雨水系統(tǒng)，解決主車道排水問題。

雨水最終排向筼筜湖，為保證新建管道管內(nèi)底標(biāo)高高于筼筜湖平時水位，避免管井常年積水滋生蚊蠅，根據(jù)筼筜湖平時水位線控制，該設(shè)計雨水管道除接入排洪溝段，其余管道埋深不超過1m。湖濱南路為主干路，交通量大，改造宜快速完成，管材選擇采用帶管座鋼筋砼Ⅲ級管，橡膠圈接口，對不滿足規(guī)范覆土要求段管道增設(shè)管道保護(hù)處理[1]。

3 排洪能力計算及改造后效果

作為廈門島核心休閑區(qū)的筼筜湖區(qū)，位于廈門島的中部，原為筼筜港，后于1971 年修建西堤，港區(qū)變成湖區(qū)，形成了現(xiàn)狀閉合水域，為廈門島主要滯洪、泄洪區(qū)。湖區(qū)多年平均降雨量1300mm，多年平均氣溫20.6℃，年平均湖水水溫22.2℃，目前湖區(qū)面積2.4km2，水域面積1.6km2（含松柏湖）。

湖區(qū)周邊土地為圍海新填地，地質(zhì)較軟，平均高程為1.0m～1.5m，沿湖堤岸設(shè)計堤頂高程為0.50m。湖水主要靠天文潮汐引入和排出，平時湖內(nèi)正常水位為0.00m，汛期預(yù)降水位為-0.70m。筼筜湖自然特征及主要參數(shù)見表1～表3。

表1 筼筜湖特征及主要參數(shù)表

表2 筼筜湖湖面面積組成情況表

表3 筼筜湖水位～庫容～面積關(guān)系表

筼筜湖經(jīng)過多年的建設(shè)，已具備一定的城市防洪排澇能力，且筼筜湖防汛排澇系統(tǒng)龐大，涉及面廣，尤其以西堤南端排澇泵站最為重要。防汛排澇是一個系統(tǒng)工程，它與海洋潮汐、水文條件、蓄洪庫容及防汛設(shè)備都有關(guān)聯(lián)。只有適當(dāng)?shù)倪\作筼筜湖流域內(nèi)的防汛排澇系統(tǒng)，結(jié)合海洋水文情況，及時調(diào)整運作模式，才能發(fā)揮該系統(tǒng)最大潛能，確保市區(qū)防洪排澇安全。

由于洪水和潮汐是兩個相互獨立的自然現(xiàn)場，洪水和潮水的遭遇尚無一定規(guī)律可循。筼筜湖排洪設(shè)計考慮的洪潮組合為50 年一遇洪水與多年平均最高潮位遭遇的情況，但該情況出現(xiàn)的概率很小，并且可通過合理調(diào)度筼筜湖排澇泵站對湖水水位進(jìn)行調(diào)整，騰出庫容蓄洪。洪澇組合改造應(yīng)以澇為主，以洪為輔，若采用50 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，將導(dǎo)致計算結(jié)果不合理偏大。且①路下現(xiàn)狀排洪溝并非全部滿足50 年一遇標(biāo)準(zhǔn)；②筼筜湖50 年一遇洪水位為1.41m，至湖濱南路所需水頭不小于0.4m，50 年一遇道路不澇的標(biāo)高不低于1.81m，則湖濱南路全線均需抬高，沿線地塊建筑將受較大影響。因此，該工程主要用于保證通常情況下道路不會內(nèi)澇，因工程造價、工期等多種因素影響，所以該設(shè)計暫不考慮洪潮組合遭遇情況，僅為改善湖濱南路積水危害。

根據(jù)多年經(jīng)驗，筼筜湖水很少漫溢至岸上，則該設(shè)計以筼筜湖水位不淹沒駁岸的情況為設(shè)計前提。排洪能力水力計算選用暗渠壓力流淹沒出流公式進(jìn)行校核計算，如式（1）。

式中：μ0為流量系數(shù)；w為暗渠橫斷面面積，m2；g為重力加速度，m/s2；Z0為包括行進(jìn)流速水頭在內(nèi)的作用水頭，m。

該項目所處筼筜湖駁岸標(biāo)高為0.4m～0.5m，在該項目兩段設(shè)計范圍內(nèi)，各選擇一處排水情況最不利的地方計算水力，分別為2#排洪溝和9#排洪溝，按排洪溝的設(shè)計斷面及坡度，經(jīng)過計算得出如下結(jié)論（如表4）。

表4 洪峰流量比對表

2#排洪溝處，根據(jù)25 年一遇洪峰流量Q=15.67m3/s 進(jìn)行計算，筼筜湖排出口至湖濱南路南側(cè)車道邊線所需水頭為0.4m，則該點不澇的最低標(biāo)高為0.5（駁岸標(biāo)高）+0.4=0.9m，該點現(xiàn)狀輔道地面標(biāo)高為0.7m ＜0.9m，容易導(dǎo)致雨水無法及時排除，造成路面雨水淤積。改造后地面標(biāo)高H=1.22m ＞0.9m，滿足排水水頭需求。該段距2#排洪溝最遠(yuǎn)處雨水收集口位于樁號K0+340，按兩年一遇暴雨強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)流量計算，排洪溝至該點水頭損失0.04m，K0+340 處改造后路面標(biāo)高H=1.36 ＞0.9+0.04=0.94m，滿足排水水頭要求。所以該段改造后，當(dāng)2#排洪溝洪峰流量達(dá)25 年一遇時，路面2 年一遇的雨水仍可順利排出。

9#排洪溝處，根據(jù)10 年一遇洪峰流量Q=25.65m3/s 進(jìn)行計算，筼筜湖排出口至湖濱南路南側(cè)車道邊線所需水頭為0.67m，則該點不澇的最低標(biāo)高為0.4（駁岸標(biāo)高）+0.67=1.07m，該點現(xiàn)狀輔道地面標(biāo)高為0.95m ＜1.07m，容易造成雨水無法及時排除，導(dǎo)致路面雨水淤積；改造后地面標(biāo)高H=1.20m＞1.07m，滿足排水水頭要求。又因路面改造條件限制，該次改造設(shè)計接入9#排洪溝處的設(shè)計排水邊溝有一段為逆坡，按2 年一遇暴雨強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)流量計算，逆坡段設(shè)計中最不利點K1+730 處到9#排洪溝處的水頭損失為0.05m，K1+730 處改造后路面標(biāo)高H=1.27 ＞1.07+0.05=1.12m，滿足排水水頭要求。所以該段改造后，當(dāng)9#排洪溝洪峰流量達(dá)10 年一遇時，路面2 年一遇的雨水仍可順利排出（改造前后對比表如表5）。

表5 改造前后對比表

綜上所述，路面抬高后，可防止低洼路面雨水淤積，使雨水順利排出。新建雨水系統(tǒng)增大了過水面積，加快排水速度，縮短積水時間，使中小雨時少積水、甚至不積水，大雨的積水時間也大大縮短，能滿足25 年一遇（部分路段10 年一遇）的洪峰流量排洪需求，并且能同時滿足路面雨水2 年一遇暴雨強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)流量的排水需求。

4 結(jié)語

隨著異常天氣出現(xiàn)的次數(shù)增多，全國多地暴雨強(qiáng)度歷史新高的情況多發(fā)，老城區(qū)排水系統(tǒng)建設(shè)年限早，已無法滿足現(xiàn)今排洪需求，同時，老城區(qū)容積率高，道路較窄，路下管線密布，改造困難，雨水系統(tǒng)出現(xiàn)擴(kuò)容難、調(diào)蓄難的現(xiàn)象，排水改造方案難以實施。設(shè)計人員應(yīng)對改造工程的實際情況進(jìn)行分析，找出積水形成的原因，做好方案比選，選擇可實施、有針對性、有效果的改造方案，不勞民傷財，不過度建設(shè)，以人為本，建設(shè)美麗宜居城市。