城市内涝背景下排水系统改造优化研究

1 城市排水系统现存问题

1.1 设施老化与标准滞后

不少城市现有的排水防涝设施建设时间较早，部分设施已超出设计使用年限。以邯郸市主城区为例，部分排水管网建于 1980 年之前，贸易沟、展览沟等主要管线运行时间超 50 年，远超一般管线 30 年的设计使用年限。而且，早期设计标准偏低，难以满足当下城市发展需求。我国早期排水管网规划设计标准多为1 年1 遇重现期，随着城镇化进程加快，城市不透水硬化面积大幅增加，雨水径流外排量增大，原有标准难以应对极端天气下的排水需求。

1.2 规划不合理

部分区域排水系统规划未充分考虑地形变化，致使水流无法顺畅排出。例如，低洼地带易积水，高地雨水流失过快且未充分渗透。此外，城市建设过程中，原有排水防涝系统未能及时跟上城市发展节奏，新建区域无法充分接入排水系统，加重了排水系统负担。如邯郸市主城区联纺路、中华大街等 125 条主次干道排水管线存在排水出路不畅问题，滏阳河、支漳河河水顶托，渚河北支、邯临沟等河渠淤堵狭窄，制约了收水区域雨水排放。

1.3 管理维护不足

排水设施日常维护、管理和监控不到位，导致设施功能无法有效发挥。部分排水设施未定期检查、清理，雨水口堵塞、管道淤积，影响排水效率。同时，缺乏完善的排水系统运行监控，无法及时发现问题并解决，易引发突发内涝事件。

2 排水系统改造优化策略

2.1 规划设计优化

对于重要地区，如城市的商业中心、交通枢纽、重要公共设施所在地等，由于其对排水系统的可靠性和稳定性要求更高，应采用 3 - 5 年一遇的标准。这一标准能够更好地保障重要区域在相对频繁的降雨事件中，排水系统能够正常运行，减少因积水对经济活动和社会秩序造成的影响。

对于特别重要地区，如城市的政治中心、大型会展中心、关键基础设施区域等，其排水系统的重要性不言而喻，可将设计重现期提高至 10 年一遇。这样的高标准设计能够极大程度地降低在极端降雨事件下发生内涝的风险，保障特别重要区域的安全和正常运行。在排水系统规划设计的具体实施过程中，要充分考虑地形起伏变化对水流的影响。合理布局排水管网和调蓄设施是确保水流顺畅排出的关键。排水管网的布局应遵循地势走向，尽量使水流能够依靠重力自然流动，减少泵站等提升设备的使用，降低能耗和运行成本。

2.2 设施建设改造

在进行升级改造时，需要合理选择管道径级、坡度设置、管道材质和接驳方式。管道径级的选择应根据该区域的排水需求、预计的流量以及地形条件等因素综合考虑。较大的管道径级能够增加管道的通流能力，但也会增加建设成本，因此需要在两者之间找到平衡。合理的坡度能够保证水流顺畅，避免出现淤积现象。在管道材质的选择上，应优先选用耐腐蚀、强度高、使用寿命长的材料，如球墨铸铁管、高密度聚乙烯（HDPE）管等。这些材料能够更好地适应地下复杂的环境条件，减少管道破损和泄漏的风险。

采用可靠的接驳技术，确保管道连接紧密，防止渗漏。在雨水集中区域，由于降雨时水量较大，可采用大口径管道或双排水系统。大口径管道能够快速排泄大量雨水，减少雨水在地面和管道中的积存时间。双排水系统则是在原有排水系统的基础上，增加一套独立的排水管道，进一步提高排水能力，降低内涝发生风险。除了对传统排水管网进行改造外，还应广泛应用绿色基础设施，提高雨水自然渗透和滞留能力，缓解城市排水系统压力。透水性材料是绿色基础设施的重要组成部分，如透水砖、透水混凝土等。这些材料具有良好的透水性能，能够让雨水迅速渗透到地下，补充地下水，减少地表径流。

雨水收集利用设施可以将雨水收集起来，经过处理后用于城市绿化灌溉、道路冲洗、景观补水等，实现水资源的循环利用。绿地和湿地具有强大的自然净化功能和蓄水能力，能够吸收和储存雨水，同时净化雨水中的污染物。例如，推广屋顶绿化系统是一种有效的绿色基础设施应用方式。屋顶绿化系统不仅能够美化城市环境，还能提高雨水水质。其屋面径流系数可减小到 0.3，这意味着在降雨时，大部分雨水能够被屋顶绿化系统吸收和滞留，有效削减雨水径流量，减轻城市排水系统的负担。

2.3 管理维护加强

为了确保城市排水系统能够长期稳定运行，制定科学合理的排水设施定期检查、清理计划至关重要。排水设施如雨水口、管道等在长期使用过程中，容易受到杂物堵塞，影响排水能力。定期检查可以及时发现设施存在的问题，如管道破损、雨水口堵塞等，并采取相应的措施进行处理。

除了定期检查和清理外，还应加强对排水设施的日常巡查。日常巡查可以及时发现设施故障和损坏问题，如井盖缺失、管道破裂等，避免因设施故障引发安全事故和排水不畅问题。巡查人员应具备专业的知识和技能，能够准确判断设施的运行状态，并及时记录和上报发现的问题。随着信息技术的不断发展，利用物联网、大数据等技术建立排水系统运行监控平台是提高排水系统管理效率的重要手段。通过在排水设施上安装传感器，如降雨量传感器、管网流量传感器、调蓄池水位传感器等，能够实时获取降雨数据、管网流量、调蓄池水位等信息。

2.4 智能化升级

通过建立雨水调度中心，利用物联网技术实现对降雨量、管网流量、调蓄池水位等数据的实时监控，能够为排水设施的自动调度提供科学依据。雨水调度中心可以集成各种传感器数据，通过数据分析算法对排水系统的运行状态进行评估和预测。

结合 BIM（建筑信息模型） +GIS （地理信息系统）技术，构建数字孪生排水系统是智能化升级的更高阶段。BIM 技术可以将排水系统的物理信息、功能信息和运行信息进行数字化建模，GIS 技术则能够提供地理空间信息。通过将两者结合，可以构建一个与实际排水系统相对应的虚拟模型，即数字孪生排水系统。结合 AI（人工智能）预测模型，能够进一步优化应急响应。例如，当预测到即将发生强降雨时，数字孪生排水系统可以根据历史数据和实时监测数据，模拟不同排水策略下的排水效果，为管理人员提供最优的应急响应方案，实现对排水系统的精准管理和调控。

结束语

城市内涝现象给城市居民的日常生活以及城市的正常运转效率带来了极大负面影响，而优化改造城市排水系统无疑是解决内涝难题的核心举措。展望未来，有必要进一步深化城市排水系统改造优化的研究工作，持续探寻创新性的技术与方法，为城市的可持续发展筑牢坚实根基。此外，城市排水系统建设是一项系统工程，需要政府、企业以及社会各界形成合力，共同加大投入力度，从而提升城市应对极端天气和自然灾害的综合能力。

参考文献：

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