城市排水系统的优化设计与防涝能力提升研究

摘要：城市排水系统作为城市基础设施的重要组成部分，直接关系到城市运行安全与居民生命财产保障。近年来极端天气频发，暴雨导致内涝问题日益严重。本文围绕城市排水系统存在的问题展开分析，探讨优化排水系统设计的关键路径，并从雨水调蓄、智慧排水、生态渗透等角度提出提升防涝能力的策略，旨在为城市排水系统的科学建设和升级改造提供理论支持与实践依据。

关键词：城市排水；优化设计；防涝能力

一、城市排水系统现状分析与优化设计需求

（一）现有排水系统结构性缺陷对排涝效果的制约

传统城市排水系统多以雨污合流或分流系统为基础，其在早期城市建设中满足基本排水需求。然而，随城市人口密度上升与建筑硬化率增高，原有系统排水能力难以适应集中强降雨带来的冲击。在排水管网布局方面存在管径不合理、节点衔接紊乱等问题，部分地区管道老化、淤积严重，造成排水不畅。城市快速扩张导致地下空间开发密集，空间重叠对排水管道形成挤压，降低排水效率。部分城市绿地与开放水体减少，雨水难以就地渗透，增加地表径流负担。结构性缺陷成为排涝能力提升的瓶颈，急需从系统层面进行结构重构与容量提升设计。

（二）暴雨强度上升对排水标准体系的挑战

随着全球气候变化加剧，极端降雨事件频次增加，城市排水系统在短时强降雨面前频现“失效”状态。我国多数城市排水设计标准仍基于历史气象资料设定设计重现期，多为一年至五年一遇，显著低于当前实际降雨强度。排水系统设计中未充分考虑极端暴雨的峰值流量与短时汇流过程，导致超负荷运行。部分城市在标准制定过程中缺乏动态修正机制，难以及时根据气象新态势调整参数，导致系统“先天不足”。在气象预报、洪涝模型与排水能力评估之间缺乏有效联动，也使得排涝策略难以实现科学预测与响应。更新设计标准体系已成为提升城市排水韧性的迫切要求。

（三）海绵城市理念对排水系统优化的启示

海绵城市作为现代城市水环境治理的新范式，其核心在于构建可渗、可蓄、可净、可用、可排的城市水循环体系。通过设置渗透铺装、雨水花园、下凹绿地等设施，实现雨水就地调蓄与缓释排放，有效削减城市径流总量与洪峰流量。海绵理念强调生态系统与城市基础设施协同发展，赋予城市“自我调节”能力。传统排水系统以快速排走为目标，易引发下游积涝与水资源浪费，而海绵技术则通过分布式调控实现源头减排、过程控制与末端治理，提升系统整体韧性。在实际应用中，海绵设施与传统管网形成互补，为优化排水系统结构与提升防涝能力提供了有效路径与技术支撑。

二、提升城市排水系统防涝能力的综合策略

（一）构建雨水调蓄与延迟排放系统

为缓解短时强降雨带来的排水压力，构建雨水调蓄与延迟排放系统成为优化城市排水的重要手段。该系统通过布设调蓄池、蓄水罐、雨水花园等设施，临时储存雨水峰值径流，并在降雨结束后逐步释放，减轻排水管网瞬时负荷。雨水调蓄设施应与城市地形、雨水汇流规律紧密结合，优先布设于雨水集聚区或地势低洼地带，并应充分利用地下空间设置多功能调蓄设施。设计中应关注调蓄容量、排放节奏与回补利用的动态平衡，确保在有效减负同时具备一定水资源回收功能。系统运行应接入智能监控平台，实现雨量实时监测与调蓄启动响应的联动控制。在城市更新项目中，将调蓄系统与景观设计融合，兼顾功能性与生态性，不仅增强排水能力，也提升城市空间品质。

（二）推进智能排水系统与监测预警机制建设

智能排水系统通过将传感器、物联网、大数据平台集成，实现对排水全流程的实时感知与智慧调度。关键节点如雨水口、检查井、调蓄池等部署液位、流速、压力等传感设备，采集数据经边缘计算或云平台分析，用于判断管网负荷、淤积程度与溢流风险。系统可通过自动阀门或抽排设备实现远程调控，依据流量数据动态调整分区排水方案。配合GIS与三维建模技术，可形成城市排水系统的“数字孪生”，为排涝演练与方案制定提供仿真支持。建立完善的预警机制也是防范内涝关键，通过雨量雷达与气象模型预测降雨趋势，系统可提前触发预警，提示相关区域做好排水准备。结合历史积涝数据与城市地理信息，可智能生成预警等级地图，为调度指挥提供决策依据。智能系统提升了城市应对极端天气的主动性和反应速度，有效降低灾害损失。

（三）优化排水管网结构与区域分流系统配置

现有排水系统多面临管径不足、路径不合理与节点积水问题，亟需从系统布局与结构配置上进行优化。管网结构优化需基于城市地形与排水分区分析，结合降雨强度模拟，合理确定管径梯度与排水走向。在新建片区，应预留足够排水断面与检修口，布设双层或多功能管网，增强系统扩展性。对老城区则应开展地下探测与数据建模，对关键节点进行局部改造或增加旁路通道。区域分流系统可将主干排水压力分散至多个方向，并结合绿地雨水调蓄、透水铺装等设施延缓排放时长。城市低洼区或历史积涝区应优先设置支干管扩容与雨水泵站，提高排水流速与排涝效能。各片区管网改造应统一纳入市级排水规划，实现上下游系统协调运行。通过整体优化管网结构与合理分流布置，城市排水系统可有效适应暴雨冲击，提升运行稳定性。

（四）推进生态化排水基础设施的系统建设

生态化排水设施通过与自然环境协同作用，在实现排水功能的同时提升城市生态质量。下沉式绿地、湿地公园、绿色屋顶等作为生态基础设施的一部分，不仅承载雨水调蓄功能，还具备水质净化、生态涵养与景观价值。在城市规划中应优先保留或恢复自然排水通道，恢复河道连通性，通过设立生态缓冲带减少径流污染。生态设施布局应遵循源头控制、就地调蓄与渐进导排原则，形成“点—线—面”网络式分布体系。例如，居住区内设立小型雨水花园，中转绿地设置下凹式绿化带，最终汇入城市级湿地调蓄系统，构建多层次、多节点的排水网络。生态排水设施设计应考虑植物适应性、土壤渗透性与维护可行性，确保其长期稳定运行。系统建设需与建筑、市政、园林等专业协同推进，形成综合治理模式，实现从“快排”向“蓄排结合、生态调控”的根本转变。

结束语：城市排水系统优化与防涝能力提升关系到城市安全与民生保障。通过系统结构优化、智能化升级与生态化转型，可以有效应对极端气候挑战。未来应坚持多源协同、科技赋能与可持续发展理念，持续推进城市排水系统高质量建设与管理，不断增强城市抵御水灾的综合韧性。

参考文献

[1]王志伟.城市排水系统设计优化与防涝对策研究[J].城市建设理论研究（电子版），2023，43（02）：104-107.

[2]陈涛.基于海绵城市理念的城市排水系统优化路径研究[J].城市道桥与防洪，2023，43（05）：96-98.