城市暴雨积水的原因分析与对策

城市暴雨和水的原四分析与对策

邓

培德

（同济大学，上海２０００９２）

摘要近年来很多城市暴雨积水现象严重且频繁发生，对城市安全和经济造成很大影响。在分析暴雨积水原因的基础上，通过对雨水流量计算方法的比较，认为导致城市内涝的主要原因是长期

超低标准设计造成的。对此提出相应措施，包括大幅提高城市雨水道设计重现期，修改现行的设计流量公式并提出方案，修建地下雨水调节池等。

关键词

０引言

城市雨水道是城市建设中的重要基础设施，起着及时排除雨水、保障城市生产与生活正常运行的功能。城市雨水道是半永久性的地下工程，虽然它不像地面豪华建筑与面子工程容易引起人们的关注，但其重要性绝不逊色。看不见、摸不着、默默无闻的地下雨水道是城市的良心工程，它是衡量国家发达程度的标尺，暴雨时会做出最公正的判决。１城市暴雨积水原因的分析

城市暴雨的积水原因很多，如都市化温室效应显

暴雨强度城市排涝雨水流量计算

雨水调节池

标准过低。如果暴雨时偶有积水，或积水不严重，人们完全能够理解。但积水严重且频繁发生，则难免让人提出质疑，这到底是技术问题还是历史问题？

其实大家心里明白，我国的城市建设历来是重地面、轻地下，重看得见的、轻看不见的，但无论如何，终得

拿出个改善的办法来。正确的办法是找出真实原

因，及时做出有效的改善措施。

笔者认为，城市暴雨积水严重且频繁最主要的原因是雨水道设计标准６０年来一直采用超低标准。

什么是超低标准？就是设计暴雨重现期使用低标

准，流量计算方法用沟道空隙容积利用法，挖尽了沟道调洪潜力没有安全系数，也是低标准，两者同时并

著、暴雨强度过大、历史原因致雨水道设计标准过低、

城市规划不合理、河道湖泊湿地严重破坏、不透水地

面增多、径流系数增大等，但最主要的是雨水道设计

央分隔带内设置两道纵向盲沟；为防止地面机动和

用叠加，形成了超低标准。这个结论是笔者经理论

管的大小和进出口高差、悬吊管的大小和坡度及立

非机动车道路面渗水和地下水抬升浸泡路基，导致路基病害，在机动及非机动车道两侧各设一条纵向盲沟。纵向盲沟每隔１７．５ｍ设一道横向盲沟连通，

构成盲沟系统。纵向盲沟采用梯形断面，底宽

４０

管的大小等。浦东国际机场北通道通过对一系列设计参数的控制及细部设计，确保高架路面雨水的迅

速排除。另外由于采用了排水沥青路面，减少了高速水漂、溅水和水雾的产生，提高抗滑性能及行车安

ａｍ、顶宽７０ｃｍ、高３０ｃｍ；横向盲沟采用矩形断

面，宽３０ｃｍ、高４０ｃｍ，盲沟内设够８０的软式透水管，并用５～４０ＩＴＬｒｎ级配碎石回填，盲沟底部与侧面

全，降低行车噪声，减轻眩光现象。地面道路由于设置了盲沟系统，迅速排除路基内部渗水，降低了水的侵蚀危害，提高了路面的使用寿命。

＆通讯处：７１００４３两安市两影路２号铁一院Ａ座３０６室电话：（０２９）８２３６５４７０

Ｅ－ｍａｉｌ：ＰＬＯＮＧ３０００＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃａ

采用透水土工布包裹，顶面铺设针刺无纺土工布。

盲沟汇集的渗水引排至附近地面雨水管道。４结语

影响高架道路雨水排水的因素有暴雨强度、道

路的纵向坡度、横向坡度、路面粗糙系数、路面结构、

道路的宽度和长度、雨水口的形式及其大小、排水短

收稿日期：２０１１一０７一０４修回日期：２０１１—０８—２５

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万方数据

分析与用７个大城市计算流量对比得出的（详见下文论证）。

长期采用超低标准的原因，笔者认为有以下几

点：①解放初期全面学习苏联，排斥欧美理念；②解放前期受国家经济条件限制，接着各种运动不断，一直到２０世纪８０年代初，客观上谁也无条件去考虑地下雨水道工程的设计标准；③改革开放经济发展后，城市大发展带来了基础建设的大发展，但默默无闻的地下雨水道仍然用超低标准设计，几十年来，

《室外排水设计规范》在重现期上虽然也做了小量调整，但上限提高远比下限提高得多，而真正常用的恰

恰是下限，上限实际上是很少用甚至根本不用的，因此，实际标准提高有限。２提高雨水道设计重现期

我国一些大中城市的发展与兴建，主要是在８０

年代以后，这些城市的雨水道大部分是发展时修建的，如果说建国初期限于当时的国家经济条件用低设计标准是完全可以理解的话，在经济不断发展后，为什么迄今一直用很低的设计标准呢？这是实实在

在造成８０年代后新建和扩建的城市区域暴雨积水的历史原因。

几十年来，欧美国家的城市雨水道设计标准一

般用重现期１０ａ，日本用５～１０ａ，干管的重现期甚至用到５０ａ以上。对比我国历版《室外排水设计规范》所用重现期１～３ａ（实际常用１ａ），相差之大一目了然，还需指出：设计标准不仅与重现期有关，还得看流量计算公式。欧美与日本是用最大径流量法设计，我国是用沟道容量调洪法设计，后者计算流量远低于前者。详见下文表１。

这里举个例子，上海宝钢是８０年代由日本设计

的，当年笔者应邀参加宝钢雨水道设计的审核工作，

得知设计重现期用５ａ，径流系数用０．７，按最大径流

量法计算流量，并假设沟道断面有２０％的淤积，对比当年我国规范设计标准，相当于重现期在５０ａ以上。

进入２１世纪后，我国已是经济大国，在海内外投入巨资宣传大国崛起形象，而在雨水道设计标准

上却远远低于国际标准。尽管多年来我国多次修订的排水规范与２０１１年的报批规范稿对重现期略有

提高，但实在提高不多，特别是常采用的下限基本没有多少提高。笔者多年来一直呼吁要大幅提高设计

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重现期标准。笔者建议：一般地区用３～５ａ，下限应不低于３ａ，重要地区还要作更多提高。这里还必须指出，相应的流量计算方法是最大径流量法，如果用容量调洪法的流量公式（现行规范的流量公式），则重现期下限应用１０～２０ａ，理由根据见表１对比计

算。这个建议确实比现行标准提高很多，但实际上

比国际标准还低ｌ～２级。

这里还要强调的是，雨水道是个半永久性工程。一经建成，今后很难改建或扩建，现在很多城市暴雨内涝给我们的警示，就是当年所用设计标准过低的

原因。呼吁编制规范的单位、建设当地的政府与工程设计者一定要有远见，尽早与国际标准靠拢或接

轨，做好这个地下良心工程，为子孙后代造福。３修改现行规范中的雨水流量计算公式３．１推理公式的两种方法

城市雨水道流量计算公式国际上统一用推理公

式，用推理公式计算设计最大径流量已有百多年历

史，公式的理论基础是建立在等强度雨型和径流成因概念上的，百多年来在水利、桥涵、城市雨水道设

计中广泛应用。推理公式在城市雨水道的应用上，有两种不同的标准：

（１）最大径流量法。几十年来欧美日本等众多

国家广泛应用该法，雨水道断面按最大径流量设计，不计沟道容量调洪能力的利用，该方法很安全。特

别适用于丘陵地区及道路起伏变化复杂的地段。

（２）沟道容量调洪法。１９４８年前苏联专家莫洛

科夫首先提出这个概念，其理论根据是雨水道内各个

设计断面的最大径流量不是同时到达的，当按最大径

流量设计各断面则沟内产生空隙容积，利用该空隙容

积调洪可削减设计流量。该法把沟道内的潜力全部利用上了，经济性很好，但没有安全系数，对地形变化复杂地区必须削减其利用系数，否则是很不安全的。３．２沟道容量调洪法

现有两种沟道容量调洪法。３．２．１空隙容积利用法

莫洛科夫在他１９５４年出版的《雨水道与合流水

＾

道》一书中以暴雨公式１－－兮型为基础，假设暴雨强

‘

度过程先大后小与先小后大各占５０％概率，用增长管流计算时间（把ｔ。改为ｍｔ：）的办法来削减设计流

量，提出式（１）：

式中ｍ——延缓系数，取ｍ＝２。

Ｑ＝今Ｆ缈一器（１）

其余参数均为常规，在此不作赘述。

式（１）于１９５６年编入了前苏联室外排水规范，并引入了我国１９６３年版的《室外排水设计规范》。莫洛科夫在他的著作中提出上述概念与基本假设外，并没有给出ｍ＝２的依据，所以优一２只是个经验值，精度如何有待验证。

关于莫洛科夫提出的沟道空隙容积利用法的概念在理论上是成立的。但其基本假设的两种极端雨

型在现实中是不存在的，并与推理公式以等强度雨型为基础的概念有矛盾，用增长管流计算时间的办法来削减设计流量也不是个好办法，且混淆了集流时间（ｖ－一ｔｌ＋￡２）的概念。

我国１９６３年版规范套用了空隙容积利用法公

式。当时规定的暴雨公式也用ｉ＿－－号，往后１９７４年

版规范改用暴雨公式为ｉ一—（ｔ生－ｔ－ｂ）＂型。前苏联的

１９７４年规范对优值还作了调整。我国始终没有作任何调整，迄今用的流量公式仍为：

Ｑ一旃等爵

（２）

式中ｍ——改称为折减系数，ｍ一２，地形复杂地区

取１～２。

３．２．２沟道平衡容量调节法

笔者在分析前人研究成果的基础上，以沟道容量调洪概念结合我国暴雨公式型式，令调洪后的沟道容

量与沟内最大流量相平衡的理论，提出沟道平衡容量调节计算法，这里简列实用（等强度雨型）算式见式（３）：

Ｑｄ一艘矿ｐ器

（３）

胁器×詈卜肌器×詈］叭４，

则：

式（４）中等号前为调洪后的沟道容量，等号后为

沟内最大水量。对式（４）两侧取微分兰，得：

酣ｄ

Ｆ川ｒ＇ｗ＾州ｔ。ｄｚ］一未［寿高］

（５）

解得：

万方数据

式中卜流量折减系数（地形复杂地区用１）５ｐ。１一渤Ｊ

‘６）

一沟道各断面的集流时间；ｚ——降雨历时。

对比沟道容量调洪法中两种计算，沟道平衡容量调节法概念清楚，所用等强度雨型与推理公式的两种雨型概念一致，计算精确也方便，并直接与最大

Ａ

Ａ

Ａ

种暴雨公式。

以上这些特点在理论上解决了空隙容积利用法

的缺陷，无疑在沟道容量调洪法理论与计算中更有本文对上述三种流量计算法的计算结果进行对

比（见表１），从中得出以下几个结论：

（１）最大径流量法１ａ重现期的计算流量约相当于容量调洪法３ａ重现期的流量；

（２）最大径流量法３ａ期的计算流量约相当于ａ重现期的流量；

（３）最大径流量法１０ａ重现期的计算流量（欧ａ重现期

（４）空隙容积利用法（我国规范采用）与平衡容综上所述，我国雨水道设计标准过低的原因有笔者认为：要提高设计标准必须把采用的重现

ａ，３

ａ是低限，争

ａ；②用沟道平衡容量调节法，相应设计重现

ａ，１０

ａ是低限，争取用２０ａ。必须说

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径流量对比，可适用于ｉ一赫、ｉ一笋、ｉ—ｔ－干“ｂ一－＂

代表性。

容量调洪法１０美日本的标准）约相当于容量调洪法ｉ００的流量；

量调节法相比，计算流量一般±３％，也有＋ｌｏ％的。

两个：①设计重现期过低；②应用沟道容量调洪法理

论，把沟道内潜力全部利用了，没有安全系数。

期与流量计算方法一并考虑。有两个方案：①用最

大径流量法，相应设计重现期３～５

期用１０～２０

取用５明，上述两个方案计算流量差别不大，方案①：流量计算方法与国际接轨；方案②：流量计算计人了沟道

容量的调洪能力，体现了我国的特色，重现期采用值

与国际接轨。用上述低限的重现期还比常用国际标准低二级，用上限也比国际标准低一级。以上两个

方案中，方案①只是纠正了流量计算方法造成的偏

低，方案②只是纠正了重现期的偏低。

表１

暴雨公式北京

ｑ－－

２００１（１＋０．８１３１９Ｐ）

（ｆ＋８）ｏ．７１ｌ—

雨水沟道流量计算不同重现期的三种方法对比

１

３

３０１２７．６９０．３８９．８１３０．９９０．３８９．７１７５．３１２８．７１２９．４１２１．６８５．６８６．４９２．４６１．１５９．９１３７．６９９．６１０１．０６４．８４６．５４５．１

１０２５９．６２０９．０１９２．７２７２．５２１７．４２０１．４３０６．８２５４．５２４０．９２３４．４１９３．２１８３．６２０７．０１６０．８１４６．４２５１．５２０６．４２００．７１５７．８１２０．６１０７．４

３０１７７．０１２５．３１２４．６１８８．４１２５．８１２４．９２２０．０１６１．１１５０．７１６５．Ｏ１１６．２１１７．３１３２．１８７．４８５．６１８３．９１３ｌＩ３１３５．Ｏ９８．７６５．８６３．７

１０２８３．３２３６．１２１１．３３０８．２２４６．０２２７．７３３５．８２７８．４２６３．６２６３．３２１７．０２０６．２２３５．９１８３．２１６６．８２７４．６２２９．５２２３．１１７９．２１３７．０１２２．Ｏ

５

３０２１６．８１４１．６１５２．６２０６．３１４２．３１４１－３２４０．７１７６．３１７７．６１８５．２１３０．５１３１．７１５０．５９９．６９７．５２１０．７１４６．０１５４．６１１２．２７４．７７２．５

１０３３９．０２７２．４２５２．９３５６．７２８４．７２６３．６３７５．０３１１．Ｏ２９４．４３０２．２２４８．９２３６．５２７５．２２１３．７１９４．５３１７．７２６０．８２５３．５２０８．３１５９．３１４１．９

ｌＯ

３０２３１．１１６３．６１６８．７２３８．７１６４．７１６３．５２６８．９１９６．９１９４．５２１２．６１４９．７１５１．１１７５．６１１６．１１１３．８２２９．６１６５．９１６８．５１３０．４８６．９８４．３

１０３８４．７３０８．７２８７．０４０５．２３２３．４２９９．４４１４．３３４３．５３２５．２３４０．９２８０．９２６６．０３１４．４２４４．２２２２．３３５５．９２９２．１２８４．０２３７．５１８１．６１６１．７

２０

３０２６２．３１８５．７１８４．６２７１．２１８７．１１８５．８２９７．０２１７．６２１９．２２２０．４１６９．０１５６．７２０５．９１３２．７１３３．４２４９．３１８５．８１８２．９１４８．７９９．０９６．Ｏ

ｌＯ４９０．８３９５．１３６６．１５１７．８４１３．２３８８．７５０５．４４１９．１３９６．７４３１．３３５５．４３３７．７４０５．５３１４．９２８６．７４４４．４３６４．８３４５．７３２９．５２３３．３２２４．４

１００

３０３３４．６２３６．１２３５．６３４６．５２３９．０２３７．４３６９．０２６５．４２３２．６３０３．６２１３．３２１５．８２５８．７１７１．１１６７．６３２０．７２３２．１２３５．４１９ｌ－Ｏ１２７．２１２３．４

淡

ＱｍｌＱＱ０

１

１０１８７．２５０．７

１３９．７１９５．６１５６．１１４４．５２４９．５２０２．８１９５．８１７２．７１４２．４１３５．２１４４．８１１２．４１０８．４１９１．０１５９．２１５２．４１１１．５８５．３７５．９

上海

一一２ｑ

Ｑ。

ＱＱｄＱｍｌＱＱｄＱｍｌＱＱｄＱｍｌＱＱｄＱ№ｘＱＱｄＱｍｘＱＱａ

９６９（１＋０．８２３ｌｇＰ）

（￡＋１０．４７２）ｏ．７９６

广州

口一

—一２４２４（１＋０．５３３ｌｇＰ）

（ｆ＋１１）ｏ．６８８“

长沙

ｌｇＰ）一４

口２（ｆ＋１９．８０１）Ｏ．８６。３

１５１（１＋０．７４８

哈尔滨

—一２

口一

８８９（１＋０．９ｌｇＰ）

（ｆ＋ｌＯ）ｏ．８８

成都

３３６０（１＋０．６６３１９Ｐ）

ｏ

（￡＋１８．７６８）ｏ．７８４

太原

一一１口一

４４６（１＋０．８６７１９Ｐ）

（件５）ｏ．７９６一

注：‰。＝ｑＦｇｔ，设Ｆｇｔ＝ｌ

ｈｍ２，ｔ＝￡１＋ｔｚ，ｔｌ一１０ｍｉｎ；Ｑ计算见式（２）；Ｑｄ计算见式（３）。

２００６，３２（２）：２１～２６

４修建地下雨水调节池解决地面积水问题

我国现有大城市中暴雨内涝问题比较普遍，各城市不同区域的积水程度也不相同。对于频繁出现暴雨积水、道路车辆被淹、住房进水等严重灾情的地区，当地政府要拿出解决问题的办法来，做出经济技

２邓培德．论城市雨水道设计流量的计算方法．给水排水，２００７，

３３（６）：１１２～１１６

３邓培德．雨水调节池容积计算与理论最佳位置．给水排水论文暨

标准规范汇集．１９９８，２９～３５

４邓培德．论雨水道设计中的误点．给水排水，１９９８，２４（１０）：６～１０５邓培德．城市暴雨的积水计算．给水排水，１９９８，２４（７）：６～１２

６

术上可行而有效的整治措施。

笔者建议：可在严重积水区的地下修建雨水调节池，地面积水可由特设雨水口引流入调节池。调节池也可以建造在就近的河道或湖泊下面，设置深度应不影响现有的地上或地下设施，一切以因地制

给水排水手册（城镇排水）．北京：中国建筑工业出版社，

２００４．６～９

７岩井重久，石黑政仪．应用水文统计学．森北出版社，１９７０８日本下水道设施设计指南与解说．中国市政工程西南设计院

译．１９８４

９室外排水规范（ＪＧ１ｌ一６３）、（ＴＪ１４～７４）、（ＧＢＪ１４—８６）．给水

排水论文暨标准规范礼：集，１９９８，２４３～２４４，３４０～３４１

１０

ＨＮＴＹ

宜为原则。地下雨水池的有效容积，由汇水面积与

暴雨重现期确定，设计标准要用得高一些。通过修

建地下雨水调节池解决暴雨积水问题，在经济上合

理，技术上也是可行的。地下雨水调节池除有引排地面积水的功能外，对于缺水城市还可利用调节池储蓄雨水并回用。

参考文献

１邓培德．城市雨水道容量平衡法设计流量的研究．给水排水，

１４１—５６，ＣＨＮＩＩ３２—７４苏联室外排水工程设计

规范

１１莫洛科夫ＭＢ，施果林ｒｒ著．雨水道与合流水道．谢锡爵，张中

和译．北京：中国建筑工业出版社，１９５９

＆通讯处：２０００９２上海四平路同济新村５４９号３室收稿Ｅｔ期：２０１１—０８—０２

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