对海绵城市建设中排水分区相关问题的思考

实际工作中发现，针对不同重现期降雨，雨水管网的汇流范围与地表径流总体的汇流路径可能会出现不一致的情况，因此，需要评估当发生暴雨事件，超过地下管网系统的排水能力而发生漫溢时，雨水径流依地形形成地表径流通道，导致相邻排水分区之间可能会出现边界的动态变化，需要分别针对排水管渠系统与超标雨水径流控制系统各自对应的排水分区进行相应设计。例如，在安徽省池州市齐山大道海绵化改造的设计过程中，发现其市政雨水主干管约汇集共计73hm2区域的雨水径流，但暴雨期间又将有约29.7hm2上游地块的客水沿地表汇入齐山大道。类似情景在北京市多处下凹式立交桥的积水改造案例中也有体现，且往往是造成下凹式立交桥积水的重要原因。以北京莲花桥为例，原设计桥区低水汇流面积为13.6hm2，由于周边建筑小区、办公区等区域地势较高，暴雨时径流沿地表汇入桥区，导致桥区汇流面积增加至60hm2以上。因此，需要分别针对不同的降雨设计目标，分析排水分区边界变化，对不同系统对应的排水分区范围进行相应的水力计算与方案设计。

4.4 排水分区划分精度的探讨

在实际工作中，根据项目和排水分区服务的尺度不同，可分为流域、城市、片区、项目、设施等不同层级对应的排水分区。例如，在划分城市排水分区的基础上，针对其中某一片区的细化分析，可结合片区问题及建设条件，依据区内地形与干管、次干管、支管的布局，进一步将片区内排水分区细分为若干子排水分区(Sub-catchment)。针对其中具体的地块项目，在设计过程中可结合地块的地形与管网等设施布局，进行地块内排水分区的划分。需要根据不同的项目尺度和项目要求进行相应的分析。

在城市尺度，城市排水分区划分精度和分区规模的确定，一方面从合理化公式与模型计算适用性的角度考虑，另一方面从不同城市特点，面临的问题与需求，以及建设方案系统性的角度考虑。其中，针对传统推理公式法的适用范围，不同国家有不同的要求，我国在现行《室外排水设计规范》(GB 50014—2006，2016年版)中提出推理公式适用于汇水面积不超过2km2的区域。而在2km2的区域范围内，排水分区进一步细分的精度也会对推理公式与模型模拟计算结果的差别产生影响。例如，陈嫣等对上海市某区域排水系统采用推理公式法与数学模型法(InfoWorks模型)设计计算进行研究，区域总面积约2km2，研究结果显示，在一年一遇降雨重现期下，当区域内排水分区面积小于0.4km2，两种方法计算的管道流量结果差别不大，超过0.4km2后，随着排水分区面积的增大，两者差值变大，误差在10%～20%。

美国科罗拉多州在其排水手册中建议每个独立排水分区的面积宜小于100英亩(约0.4平方公里)，在此基础上，科罗拉多州丹佛市又通过相关研究，发现在相同条件下，当排水分区面积小于90英亩(约0.36平方公里)时，利用传统推理公式法与丹佛当地水文过程线模拟两种方法计算得到的区域峰值流量在结果上趋于一致，而当排水分区面积大于150英亩(约0.6平方公里)时，两种计算方法得到的结果相差将大于10%，且随着分区面积增加误差也逐渐增大。因此，考虑不同分区流量计算的一致性与准确性，丹佛提出排水分区宜小于90英亩，不宜大于150英亩。

排水分区划分精度不同，对区域水量、水质模型的模拟结果也会产生一定的影响。赵冬泉等研究发现排水分区划分的细致程度，对SWMM模拟结果中坡面径流总量、坡面径流量峰值以及峰值出现的时间均会产生影响;秦攀等以常州市为例，发现不同排水分区划分精度在不同时间尺度的模拟下，对SWMM水质模拟结果的影响也有所区别。需要结合研究区域尺度、场地特点、模拟目标、以及建模工作量等综合确定排水分区的划分精度。

此外，排水分区划分还应重点结合区域的建设条件，包括新城区、老城区、棚户区的分布，海绵城市建设与改造的适宜性分析，以及对水生态、水环境、水资源、水安全重点问题边界条件的识别和体现源头减排、过程控制、系统治理技术路径的系统方案等进行统筹考虑。此外，还应考虑我国南北方不同城市的特点，例如，北方很多平原城市水系较少，地势平坦，主要依据管渠汇流路径划分排水分区，且分区规模通常较大，在初步划定排水分区的基础上，往往需要结合区域问题及海绵城市建设条件，依据干管与次干管布局，进一步细分子排水分区;河网城市水系发达，区域内雨水就近、分散排入城市河湖水系，依据其水系布局，单个雨水排水口对应的排水分区面积通常较小，为避免过度分散，可将面临问题相同、建设条件类似的相邻排水口对应的排水分区合并为一个排水分区，在规划与方案设计中进行统筹考虑。

因此，排水分区的划分精度和排水分区的规模并无绝对固定的限制，需要结合不同城市、不同项目的具体条件和需求，合理划定排水分区，进行合理的进一步细分和合并等。

4.5 排水分区的连接性分析

对城市排水分区进行划定后，应进一步针对排水分区的连接性进行分析，主要包括不同分区之间的连接性、排水分区末端排水口与受纳水体之间的连接性两类。这些都是目前我国在城市排水分区划定中往往容易忽略的重要工作。

针对排水分区之间的连接性，首先应校核不同分区之间是否相对独立，相邻分区间有无重叠或未覆盖区域，并分析分区之间的连接路径。不同分区可连接至下游同一分区(如图4左)，但某一排水分区不能同时连接至下游两个排水分区(如图4右)。通过上述分析，初步校核城市排水分区划定的准确性与合理性。其次，如前文4.3所述，不同重现期的降雨事件发生时，排水分区之间可能会发生边界的动态变化，需要根据不同问题和设计降雨，针对对应的排水分区进行相应分析。

图4 排水分区间连接性分析示意图

排水分区末端排水口与受纳水体之间的连接性分析，主要取决于排水口与受纳水体之间的距离、竖向与空间条件，以及区域开发前后排水口的变化情况，反映了排水口对应的上游排水分区所产生的雨水径流与污染物能够进入到受纳水体的排放量情况。美国相关设计手册中对排水口与受纳水体之间的连接性进行了量化规定，将其分为0、10%、25%、50%、75%、100%六个级别，其中0即表示排水口与受纳水体之间空间较大，历史数据显示该排水口对应上游排水分区排放的雨水径流全部在排水口与受纳水体之间的区域进行了调蓄或渗透，未进入受纳水体;100%即表示排水口直接或通过硬化沟渠与受纳水体相连，排水分区产生的雨水径流全部进入受纳水体;其他四类即表示排水口与受纳水体之间存在一定的调蓄空间，当降雨径流峰值超过统计数据对应的百分位时，排水分区产生的雨水径流即会排入受纳水体内。并提出了相应经验算法对不同级别进行计算评定。

编辑：王媛媛