城市内涝防控中的市政排水系统优化设计研究

关键词：城市内涝；市政排水系统；优化设计；雨水调蓄；海绵城市

城市化带来的高密度建设和不透水地面比例增加，使得城市排水压力持续上升。过去依赖的传统排水系统在面对暴雨和极端气候事件时，常常表现出响应滞后和承载力不足，导致道路积水、交通瘫痪乃至财产损失。这一现象在我国多个大中型城市均有不同程度体现。城市排水系统作为防控内涝的重要手段，亟需与城市发展的实际需求相适应，通过科学合理的优化设计提高整体效能，构建更加安全、高效和可持续的城市排水体系。

一、城市内涝防控中市政排水系统的现状与成因

（一）市政排水系统现状分析

我国城市普遍采用分流制和合流制排水系统。分流制便于污水处理，但雨水管道易超负荷；合流制结构简单，雨季污水溢流问题突出。多数城市仍按 10 年或 20 年一遇标准设计，远低于当前暴雨强度 [1]。部分主干管径小于 600mm ，管网老化、破损严重，排水能力下降 20%-30% 。缺乏调蓄池、调蓄隧道等设施，监测与调度能力不足，影响内涝应对。

（二）城市内涝主要成因分析

受气候变化影响，极端降雨频次与强度明显增加，部分地区小时雨强超 80mm/h 。城市不透水面积大，径流系数达 0.8—0.95，绿地不足，雨水下渗和调蓄能力弱。市政排水标准滞后，管网更新不及时，缺乏分区排水规划。日常维护不到位，泵站设备老化，调度系统落后，综合导致内涝频发。

二、市政排水系统优化设计原则

（一）科学性与系统性原则

排水系统设计应依据区域降雨强度曲线与地形条件，采用多目标水力模拟分析方法，确定合理的设计重现期与排涝能力。对于主干管，建议采用 50 年一遇标准，支管则不少于 20 年一遇，同时考虑 1 小时内雨强最大值。系统应包括雨水管网、调蓄设施、排水泵站和监测调度中心四个层级，确保协调运作。

（二）绿色生态与可持续性原则

应充分引入海绵城市理念，结合透水铺装、雨水花园、生物滞留池、绿色屋顶等绿色基础设施。透水材料如聚氨酯弹性透水混凝土，透水系数达 10×10^-3cm/s ，可有效削减地表径流。雨水花园配置植物种类需耐水淹、耐污染，如蒲苇、旱伞草等，同时设置土壤过滤层与储水层，增强净化功能。

（三）弹性与灵活性原则

系统设计需预留扩容和升级空间。例如，管道断面可采用椭圆形或矩形复合断面，便于后期增容改造。排水泵站宜采用双动力系统，包括主用电源与备用柴油发电机组。调蓄池采用模块化拼接结构，以便根据实际需求扩建。

（四）经济性与可操作性原则

设计应在满足排涝安全前提下，兼顾建设成本与后期维护成本。推荐采用 HDPE（高密度聚乙烯）排水管，具有耐腐蚀、使用寿命长（50年以上）、施工简便等特点。系统应简化操作流程，确保一线运维人员能够高效掌握。

三、市政排水系统优化设计策略

（一）排水系统容量与布局优化

为提升排水系统抗涝能力，应将主城区主干排水管网设计标准提高至 50 年一遇，次干管以 20 年一遇为准。例如，A 市新区将主干管直径设为 2200mm ，采用钢筋混凝土管，支管则普遍采用 600mm 高密度聚乙烯管材，确保主次分级布局合理并具备良好的耐久性和抗腐蚀性，延长使用寿命至 50 年以上。为降低系统脆弱性，建议将城市划分为 5—8个独立排水区，如B 市将核心区域划分为“东部排水区”和“西部排水区”，每区配置独立泵站与调蓄池，确保单一区域设施故障时不影响全市排涝与排水效率。主次管网布设采用树状结构，结合设置检查井、跌水井与雨水井，每隔 50-80m 布设一座检查井便于检修和排堵，同时预留未来扩容接口 [2]。新建排水管道优先采用顶管法施工，如 C 新区在主干道下方建设新管网时即采用顶管法，有效避免交通中断与地面开挖对周边环境的干扰，同时减少施工噪声与扬尘影响。

（二）雨水调蓄与资源利用措施

针对高强度降雨情况，建议建设地下调蓄池与调蓄隧道。A 市南部片区已新建地下调蓄池，有效容积 12000m³ ，采用预制拼装式钢筋混凝土结构，可快速安装与后期维护。调蓄隧道建议采用盾构施工，管径 5m 以上，单段长度超过 2kmB 市采用 4.5m 直径调蓄隧道，每公里设置清淤井与通风口，确保运行安全。雨水利用方面，推荐建设三级沉淀过滤系统，一级设置粗格栅，二级设置沉砂池，三级采用活性炭过滤，用水标准满足城市绿化与道路清洗用水要求。C 区新建雨水回用系统后，年均减少市政自来水使用 8 万吨。蓄水设施宜采用聚丙烯（PP）模块组合，如单块尺寸 1200×600×600mm 拼装式水池，便于城市广场和绿地地下安装。智慧排水系统方面，D 市全面部署液位传感器与流量监测设备，实时数据接入城市管理平台，支持自动调度。

（三）生态排水系统建设

在生态设施建设方面，道路和广场透水铺装推荐采用透水陶瓷砖，透水系数大于 15×10⋅-3cm/s ，具有优良的抗压性与耐磨性，适用于人流量大的区域和车辆通行区域。例如，A 区商业街道路全部采用陶瓷透水砖，有效减少雨天积水并降低城市热岛效应，同时改善行人步行舒适度。绿地设计中，下沉式绿地面积不低于 15% ，底部设置 30cm 厚砾石垫层和防渗土工布，并预留溢流管接口，保障强降雨期间排水顺畅。B 区新建住宅小区采用多层生物滞留池结构，包括植被层、 30cm 土壤层、20cm 砂砾层和集水层，配套设置溢流井与检查井，排水后水质达到城市杂用水标准。绿色屋顶建设推荐采用模块化种植系统，如 C 市政办公楼采用组合型绿色屋顶，蓄水模块厚度 120mm ，种植景天类与马蔺植物，实现屋顶日均径流削减 35% ，同时有效提升建筑物隔热保温效果，降低夏季空调能耗。

（四）排水系统运行管理优化

管理方面，建议建设覆盖全市的排水信息化平台，实现实时监控、智能分析与远程调度。例如，A 市建有排水调度中心，统一管理 120 座泵站与 45 座调蓄池的启闭及应急排放，所有数据实时上传至云平台，并配备大屏监控系统与 AI 预警分析模块。定期检测与维护应采用 CCTV 管道检测技术，D 区每季度开展一次全面检查，结合机器人巡检和高压水射流清淤，及时修复破损段落。泵站设备推荐配置流量 300-500L/s 高效能潜水排污泵，双泵轮换工作，并设置自动启停控制系统和备用电源设备 [3]。除此之外，需完善法规与标准，例如 B 市实施《城市排水管理条例》，明确市政单位与社会企业的排水设施维护责任和考核机制。C市设立排水专项基金，每年预算不低于总市政投入的 3% ，用于系统维护与更新改造。雨水排放许可制度方面，D 市推行单位雨水排放核定制度，明确排放量和水质要求，结合监测设备自动上传排放数据，有效规范企业和个人排水行为，全面提升系统运行效率与管理水平。

总结：城市内涝防控离不开科学高效的市政排水系统支撑。通过系统分析现状与成因，明确以科学性、绿色生态、弹性与经济性为核心的设计原则，并提出容量布局优化、雨水调蓄利用、生态排水建设与运行管理等具体优化策略，有助于全面提升城市排水系统能力，减少内涝风险，保障人民生命财产安全，促进城市安全与可持续发展。

参考文献

[1] 刘浚泉 ， 卢兴超 ， 赵树旗 . 我国北方平原城市社区内涝防控设计方法 [J]. 水电能源科学 ，2023，41（07）：106- 109+217.

[2] 王思敏 . 变化环境下城市内涝灾害模拟与防控策略研究 [D]. 西安理工大学 ，2022.000331.

[3] 任建超 ， 谢水波 ， 刘慧 ， 等 . 海绵城市背景下的城市内涝防控策略研究 [J]. 水利规划与设计 ，2020，（11）：35- ³⁸⁺ 105.