河南降雨引发的一系列问题是否可以通过提高给排水系统合理规避?

刘志泉,教师
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我记得 19 年参加一个海绵城市会议的时候,忘了当时哪个设计院总工在做分组报告的时候直接说:“从某种程度上讲,城市内涝是不可避免的,无论我们采用什么样的技术手段,内涝都可能发生”。

别忘了会议主题是海绵城市,讨论的就是洪涝问题,这位的言论可以说是当着几百号专家的面打脸,隐含的意思是做啥的都白费,肯定会涝,那么这几百人在这干嘛,喝茶吗?

可是会场上大部分人的反应却是忍不住笑了,然后窃窃私语,甚至有人鼓掌的,说明大家对比心知肚明,只是没人像这位专家那么直白,把底都揭开摆台面上罢了。而事实上城市内涝确实屡屡发生,这次郑州的情况也印证了人家的观点。

内涝无法根本解决我想主要有三点原因:

1 城市面积增加,导致排水压力不断增加。降雨量是单位面积上降雨的深度,也就是降雨量一定的情况下,一根管道负责的排水区域越大,所需要的排水量就会越多,管道就要越粗。当然,这并不是成比例增加,因为区域越大,汇水时间也就越久,使得最大流量被一定程度上削减了,但是总体上仍然是增加的趋势。

我国目前除了几个一线城市之外,仍然处于快速城市化阶段,意味着人口不断向城市流动,城市化面积不断增加,大量自然垫面被改造成硬化路面,屋面,一些河流被改直,天然洼地,池塘被填平,大量原来能够通过自然下渗的雨量也需要被排水系统转运到最终受纳水体中。客观上,随着城市化进行,排水系统就不得不增加泄洪能力以满足不断提升的排水需求。越大的城市需要排掉的雨水就越多,最终所有压力都汇集到几条主干管上。

2 管道的管径不可能无限增大。首先,管道强度不支持无限放大管径。蚂蚁能举起自身几十倍重量的物体,可是蚂蚁放大到人这么大的时候,它还能做到吗?它身体的强度已经不足以支持自身体重几十倍重量所产生的压力,自然没办法继续当大力士!对管道也是如此,常见的混凝土管越大,需要的强度就越高以便承担上覆土和道路车辆产生的荷载,总会有个上限存在,好像目前钢筋混凝土管最大管径是 4 米。

其次,即使有足够大的管道也不一定有空间放置。道路下面要铺设很多种管道,比如给水管,排水管,电线,网线,燃气管等,不同管道之间还有空间上的要求,水平方向和垂直方向都有最小间距要求,而且为了便于维修,一般还要把主行车道让开。所以即使是几十米宽的大马路也不一定能完美的把所有管道放进去。

最后,经济因素限制了排水管径。很明显,管道越粗花钱就越多,提升设计标准当然一定程度上能缓解洪涝问题,但是你设计流量翻倍,管径就要扩大 50%,新区还好,老城区的管道怎么更新,钱是一方面,修管就要影响交通,带来的一系列间接影响怎么算?参考祖传代码所造成的“屎山”,只要能不动咱们就别动了吧!以前老的规范是要求管道排水重现期 1 年,现在提升到 3-5 年,后面即使再提升,到 10 年也就差不多了吧。一个城市下面那么多排水管,全更新维护可是天价了,而且也没有必要为了个别极端情况去无限扩大泄洪能力,毕竟内涝的危害和河坝水库决堤的危害不可同日而语,人家那可真是百年大计。

3 受纳水体容纳能力限制。无论什么情况,最终汇集的雨水总要排放到水体中的,很多情况下,暴雨导致河水水位上涨使得依靠重力排水不畅,严重时候甚至出现河水倒灌的情况。这时候怎么把收集的雨水排出去就成了难题,雨水滞留就会导致上游排水不畅,就会出现内涝!现在有的地方会在主要排水口设置防倒灌阀门,河水水位过高时关闭阀门,启动大流量雨水泵强行抽水外排。可是即使水泵足够大,河水还可能超过河堤高度直接倒灌,比如这次河南,比如 19 年广州,又要怎么做?

当然,我们有很多办法去缓解内涝问题,比如错峰排水,比如海绵城市建设,但是这些手段并不能解决根本问题,只要城市面积不断增加,只要暴雨足够大,内涝都会发生,哪怕是吹的不行的东京地下排水宫殿也没办法!

最后再强调一次,彻底解决内涝是不太可能的,但是用技术缓解内涝的频率和降低内涝造成的损失是可能的,而且也是一定能做到的。

希望河南挺住,希望所有灾区人们平安,希望所有坚持在抗洪第一线的战士和工作人员都安全归来!


下班了,补充下我认为比较合适的防内涝措施。我并不是做这个方向的专家,如果大家对这方面感兴趣,可以看看中科院祝贵兵老师的一些研究论文,我认为他的一些观点是非常有可行性和实践价值的。

暴雨产流过程其实就是雨落到地上一部分渗透到土地里面,超出土壤吸收能力的雨就会顺着地面流动,汇集在一起,越来越多,不断像地面低洼处流动这样一个过程,对某一点的地面径流来说,流量随时间变化大概遵从下面图黑线这样一个过程。纵坐标代表流量,曲线围成的面积代表地面径流的总水量。

而城市化之后,大量土壤变成了路面,下渗作用几乎为 0,雨水主要通过路面径流汇集,再通过污水管道排放,整体上需要排放的水量增加,汇流时间降低,相应的最大流量就要明显增加,流量曲线就变成了橙色的样子(手画,看个大概即可)。

而我们要降低最大流量,一方面是降低整体需要排的雨水量,另一方面是延长排水时间,使面积不变的情况下洪峰流量得到削减,也就是图中红色的示意。

具体做法无非是从源头控制,汇流和转输削减,末端管理三个方面入手。

在源头控制上,尽可能强化土壤入渗能力,什么绿色屋顶,雨水花园,下沉式绿地,透水铺装,等等常见海绵城市措施都可以用,此外小区还可以修建雨水池,把初期雨水存起来,等天晴了之后处理排放或者回用。别看这只是削减一点点,整个城市无数个一点点积累起来就是可观的数字。

在汇流和转输上,一方面可以考虑延长汇水时间,有意识增加雨水在管道内的停留时间,另一方面可以在条件适宜的时候用植草沟,下渗铺装来替代传统的封闭管道,使水量在输送过程中得到削减。

在输送和最终排水阶段,尽可能设置一些水景和池塘,它们可以当做暴雨时的缓冲,有效容纳一部分暴雨,降低短时间内排水的压力。这样也就延长了整体汇流的时间,降低了所需要的最大流量。

同时,如果流域内每一个城市都尽量拖,延长排水时间,整个河流排水的压力就会降低,流域内就不容易发生洪涝灾害。咱们可以把流域比做一个城市,流域内每个城市比做一个个小区,流域内的水库比做城市内的各个水景,可以看到流域的情况和一个具体城市的情况是相通的,道理都是那个道理,无非就是降低需要排放的水量和延长排水的时间罢了。

以上这些做法不仅有利于防内涝,对保护水环境也有很重要的意义,很多污染物在雨水输送过程中得到削减,排放到水环境的污染物减少了,水质自然就会变好。

除了这些之外,尽量保护城市内河天然的河道,不要任意把河道改直,铺设不透水河底,对于防洪也很有意义。

应该说这些手段本身并没有什么难的,大家想也能想到,但是怎么用,怎么样和城市整体发展结合起来,让城市既美观又实现防洪的需求就看设计师的功底了。

此外,我对城市发展其实也有一点想法,盲目的搞超级城市其实带来很严重的环境问题,不如做成中心城市和卫星城市,中间保持适当的公路连接,这样每个城区面积小了,排水压力自然也小了,即使在最不利的情况下,像郑州这种极端天气,至少可以把过量的雨水排放到两城之间的过渡带去,农田和个别房屋的损失总好过瘫痪整座城市,损失也要小的多,国家赔偿也赔得起。

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