城市内涝治理中雨水管网优化设计及效果评估

引言

近年来，全球气候变化导致极端降雨事件增多，加之城市土地高强度开发与地表不透水面积扩大，使得我国多个城市屡屡遭遇严重内涝。本文结合当前城市内涝治理实践，探讨雨水管网系统的优化路径与技术手段，并通过案例分析和效果评估，验证优化设计的现实意义和推广价值。

一、城市内涝成因及雨水管网系统现状分析

城市内涝的成因较为复杂，主要包括气候变化带来的极端降雨频发、地表不透水率增加、城市地势低洼及排水系统能力不足等。城市快速发展过程中，大量土地被硬化为道路、广场、建筑等，减少了雨水的自然下渗和地表滞留能力，极端降雨时大量雨水迅速汇集到城市排水系统，造成排水压力剧增。一些老旧城区和新开发区域的雨水管网设计标准不高，存在排水断头、管径设计偏小、管道老化堵塞等问题，严重影响排水效率。部分城市管网布设缺乏整体统筹，排水分区不合理，导致局部溢流、泵站超载及河道倒灌。随着海绵城市理念推广，部分城市尝试引入雨水花园、渗透铺装、下凹绿地等生态设施，但整体管网系统的优化和精细化设计仍存在不足。当前，雨水管网系统迫切需要以城市实际需求为导向，开展科学参数分析与系统性优化设计，提升整体排涝能力和适应性。

二、雨水管网优化设计的理论基础与技术路径

雨水管网优化设计以“安全、经济、可持续”为基本目标，强调全流域视角下的系统布局、科学参数确定和生态融合。优化设计的理论基础主要包括城市暴雨径流模拟、管网水力学分析和风险评估理论。首先，通过分析历史降雨数据和极端气候情景，合理确定设计暴雨强度与重现期，优化管网系统的设计标准和冗余能力。其次，采用先进的水力模型和计算软件，对雨水管道流量、流速、水位及积水点等进行动态仿真，识别系统薄弱环节和易涝节点。管网布局应结合城市地形地貌、土地利用、人口分布及交通走廊，采用“主干—支管—末端”分级排水体系，强化管道连通性和分流能力。管径确定既要满足最大排水流量要求，又需兼顾经济性和后期扩展。对于特殊地段可设置雨水调蓄池、泵站和溢流井等辅助设施，提升应急排涝和超标准雨水调蓄能力。随着数字孪生、BIM、GIS 等技术的发展，管网优化设计可实现从静态布设向动态仿真、智能决策转变，为系统运行管理和升级改造提供精准依据。此外，应将绿色基础设施与灰色管网有机结合，推动城市排水系统向“蓄、滞、渗、净、排”多元化功能演化，实现对城市雨洪的全过程调控和生态修复。

三、雨水管网系统优化设计的核心措施及实践案例

雨水管网优化设计需从整体系统和关键节点两方面着力。首先，合理分区分级布设管网主干道与支管，主干道应沿城市低洼区域、河道走向或地下通道合理布置，确保排水畅通和重力自流。支管要充分覆盖密集居民区、交通干道和公共设施区，末端与主干及调蓄设施高效衔接，避免盲区和断头管。其次，采用先进水力计算方法，综合考虑降雨峰值、汇流特性和流域面积，精准确定各级管道的最优管径和坡度，兼顾经济与排水安全。优化节点布设如检查井、溢流井和分流井，提升管道自净能力，防止堵塞与倒灌。针对易涝地段增设雨水调蓄池、提升泵站及下凹式绿地，作为溢流雨水的暂存和缓排空间，缓解短时高强度降雨冲击。融合海绵城市理念，采用生态雨水花园、透水铺装、屋顶花园等设施，促进雨水就地消纳与分散排放，降低对管网系统的集中压力。以某典型沿海城市为例，应用暴雨径流模型、GIS 空间分析和数字孪生技术，系统梳理内涝易发区及排水短板，通过主支管网优化布设、管径扩容和调蓄设施建设，有效提升了城区极端降雨时的排涝能力。优化前，城区内涝点高达 30 余处，优化后减少至5 处以内，最大积水深度下降 30% 以上，居民出行和城市运行安全得到显著提升。

四、优化设计后雨水管网系统的效果评估

雨水管网优化设计的效果评估需结合水力学仿真、现场监测和社会经济指标进行综合分析。水力学仿真通过暴雨工况模拟，量化不同强度降雨下管网系统的排放能力、溢流点分布和积水范围，对比优化前后的排水效率和系统安全裕度。优化设计普遍实现了管网流量分配均衡、峰值流速降低、排水路径顺畅，有效缓解了主干管与易涝节点的超载压力。现场监测数据表明，优化后极端降雨期间，城区主要道路和居民区积水时间明显缩短，排水能力提升 20% 以上，公共交通与应急救援效率显著提高。经济性分析显示，优化设计虽然增加了部分投资，但因减少内涝损失、提升城市运行效率和居民幸福感，社会综合效益大幅提升。城市环境与生态系统因雨水调蓄与渗透设施增加而得到改善，城市“热岛效应”减弱，雨水资源利用率提高。通过效果评估，雨水管网系统的韧性和适应性明显增强，为城市防灾减灾与可持续发展提供了坚实基础。

五、结论

雨水管网优化设计是城市内涝治理体系建设的重要抓手，对提升城市防洪排涝能力、保障居民生命财产安全具有基础性意义。本文通过理论分析、技术路径梳理与案例研究，系统阐释了城市雨水管网优化设计的科学方法与实践成效。研究表明，基于城市实际特征、气象数据和模拟分析的雨水管网优化，能够在增强系统排涝能力的同时，提升经济性和生态性，实现城市安全、韧性和可持续发展的多重目标。未来，建议进一步加强数字化、智能化排水技术的研发应用，完善标准体系和管网运维管理，推动灰绿融合排水系统建设。通过政府引导、多方协同和技术创新，城市雨水管网优化必将为我国城市防灾减灾和高质量发展提供更加坚实的保障和支撑。

参考文献

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