近年来, 在我国快速城镇化进程中, 由雨水所引发的城市内涝和水环境污染问题日益突出, 已成为制约经济社会可持续发展的短板。发达国家以内涝防治和污染控制为目标, 强调全过程控制, 提出了一系列创新性的雨水管理理念^[1~3], 比如美国的低影响开发 (LID) 和最佳管理方法 (BMP) 、澳大利亚的水敏感城市设计 (WSUD) 、英国的可持续城市排水系统 (SUDS) 、德国的分散式雨水管理系统 (DRSM) 和新加坡的活跃、美丽、洁净水源计划 (ABC) 等。借鉴国外的先进理念, 我国排水系统的顶层设计理念逐渐从末端治理向全过程控制转变, 源头控制和过程调蓄等技术得到迅速发展。

　　 “水是不可压缩的”, 因此, 必须给水以空间, 蓄以待渗、蓄以待净、蓄以待用、蓄以待排, 雨水调蓄是综合解决城镇雨水问题的重要技术手段。近年来雨水调蓄已成为雨水领域新的研究热点, 业内已有大量基础理论的研究和工程应用^[4~7], 如上海苏州河沿岸和昆明主城区为解决合流制排水系统的雨天溢流污染, 先后分别建设了6座和17座合流制溢流调蓄池;北京在“7.21”后, 建设了数十个、总容积达到15万m³的调蓄池以解决下立交的排水防涝难题。而随着海绵城市建设的全面推进, 为达到海绵城市建设“小雨不积水, 大雨不内涝, 水体不黑臭, 热岛有缓解”的目标, 全国各地更多的雨水调蓄设施正在规划、设计和建设过程中。然而, 目前我国没有专门针对雨水调蓄的技术规范, 在一定程度上制约了雨水调蓄设施的合理规划和建设。虽然《室外排水设计规范》 (GB 50014) 局部修订过程中, 增加了多项有关雨水调蓄的内容, 但受规范定位和篇幅的限制, 仍缺乏系统的规定, 因此有必要制定一部专门针对城镇雨水调蓄工程的综合性技术规范^[8,9]。

　　 为总结国内外雨水调蓄工程的实践经验, 推动雨水综合管理技术的发展, 规范我国城镇雨水调蓄工程的规划、设计、施工和运行, 住房和城乡建设部下达了国家标准《城镇雨水调蓄工程技术规范》的制订任务。主编单位上海市政工程设计研究总院 (集团) 有限公司会同国内多家科研院所和相关企业共同完成了规范的制订工作, 本规范已于2017年1月21日正式发布, 将于2017年7月1日起实施。

　　 本规范侧重于城镇雨水径流峰值削减和径流污染控制, 规定了城镇雨水调蓄工程规划和设计的基本原则, 雨水调蓄水量的计算方法, 对水体调蓄工程、绿地和广场调蓄工程、调蓄池以及隧道调蓄工程等设施提出具体的设计标准和运行管理要求。

　　 本规范适用于新建、改建和扩建的城镇雨水调蓄工程的规划、设计、施工、验收和运行维护, 与《城镇内涝防治技术规范》 (GB 51222) 构建的“源头减排、排水管渠、排涝除险”的三段式内涝防治系统相衔接, 同时是对《室外排水设计规范》 (GB 50014) 中雨水调蓄内容的进一步深化和细化。

　　 本规范明确了雨水调蓄是雨水调节和储蓄的统称。雨水调节是指在降雨期间暂时储存一定量的雨水, 通过延长排放时间, 削减向下游排放的雨水流量, 实现削减峰值流量的目的。雨水储蓄是指对径流雨水进行储存、滞留、沉淀、蓄渗或过滤以控制径流总量和峰值, 实现径流污染控制和回收利用的目的。

　　 在规范名称的翻译上, 参照英国和美国的低影响开发的相关标准^[2,3], 将调蓄译为detention and retention, 如生物滞留设施 (景观滞留池, Porous Landscape Detention) , 延时调节池 (Extended Detention Basins) , 湿塘 (Retention Ponds) 等, 而在美国的调蓄池规范中, 调蓄也被翻译为Storage, 比如调蓄池 (Storage tanks) 、隧道调蓄 (deep tunnel storage) 等。

　　 雨水调蓄设施按功能可分为径流污染控制调蓄、内涝防治调蓄、雨水利用调蓄等, 按在排水系统中的位置可分为源头减排设施、管渠调蓄设施和排涝除险设施, 按种类可分为水体调蓄、绿地广场调蓄、调蓄池和隧道调蓄工程等, 按用途又可分为专用调蓄设施和兼用调蓄设施 (多功能调蓄设施) 。因此, 在规范编制之初, 编制组就规范的调蓄分类方法进行激烈讨论, 最后为引导城镇排水尽量回归自然水循环的模式, 实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式, 规范按不同调蓄设施种类编排了主次顺序, 水体调蓄为先、绿地广场调蓄次之、调蓄池和隧道调蓄工程等灰色设施在后, 充分体现了规范总则中所要求的“城镇雨水调蓄工程应遵循低影响开发理念, 结合城镇建设, 充分利用现有自然蓄排水设施, 合理规划和建设”, 希望城市在发展过程中应尽量保留天然的河湖坑塘并保证绿地率, 在此基础上, 绿灰结合地开展城市排水系统的建设, 保障城市的水生态、水安全、水环境和水资源。

　　 雨水调蓄工程是排水系统的重要组成部分, 应以系统的理念进行统筹规划、建设和管理。雨水调蓄工程的位置和规模应根据调蓄目的、排水体制、管渠布置、溢流管下游水位高程和周围环境等因素确定, 可采用多个工程相结合的方式达到调蓄目标。

　　 调蓄量计算是调蓄系统设计的重点, 在3.2节中将详细描述, 在实际设计中, 调蓄设施往往需要兼顾峰值削减和污染控制, 同时, 它又会对年径流总量控制起到作用。而当系统中设置有多个调蓄设施时, 还需考虑其综合效果和投资效益, 确定各项设施的位置和规模, 应采用数学模型对其调蓄效果进行综合评估, 以满足调蓄工程的总体设计要求。

　　 我国目前采用恒定均匀流推理公式计算雨水设计流量。恒定均匀流推理公式基于以下假设:降雨在整个汇水面积上的分布是均匀的;降雨强度在选定的降雨时段内均匀不变;汇水面积随集流时间增长的速度为常数, 因此推理公式适用于较小规模排水系统的计算, 当应用于较大规模排水系统的计算时会产生较大误差。

　　 随着技术的进步, 管渠直径放大、水泵能力提高, 排水系统汇水面积逐步扩大, 应对推理公式进行修正。发达国家已采用数学模型模拟降雨过程, 把排水管渠作为一个系统考虑, 并用数学模型对管渠进行管理。美国一些城市规定的推理公式适用范围分别为:奥斯汀4 km²、芝加哥0.8 km²、纽约1.6km²、丹佛6.4km²且汇流时间小于10min;欧盟的排水设计规范要求当排水系统面积大于2km²或汇流时间大于15min时, 应采用非恒定流模拟进行城市排水管渠水力计算。在总结国内外资料的基础上, 本规范提出当汇水面积大于2km²时, 雨水设计流量宜采用数学模型进行确定。

　　 无论采用推理公式法还是采用数学模型法, 当设计降雨历时小于暴雨强度公式编制时采用的降雨历时, 都可以采用暴雨强度公式计算设计暴雨强度或推算设计降雨过程, 设计降雨历时等于汇水区域的集水时间, 即汇水区域最远点流到设计断面所需时间, 其数值等于地面汇流时间和管渠汇流时间之和。对于集水时间超过暴雨强度公式编制时采用的降雨历时的情况, 由于已超出了暴雨强度公式的适用范围, 宜采用当地有代表性的长历时降雨资料, 通过同频率放大或同倍比放大的分析方法, 得出相应的设计值。

　　 当调蓄设施用于削减峰值流量时, 可用基于水流的连续性方程, 通过在不同设计暴雨重现期条件下, 计算入流和出流过程线确定所需调蓄量的基本理论公式。其中入流过程线根据设计标准计算确定, 设计标准可以是当地的内涝防治设计重现期、雨水管渠设计重现期或者径流量控制标准;出流过程线是按调蓄池下游系统受纳能力确定的。降雨历时是指设计降雨过程的总持续时间, 与计算暴雨强度时的集水时间有所区别。

　　 公式所需的基础资料较多, 且所得的调蓄设施有效容积需根据试算结果不断修正, 以满足设计要求。当汇水区域面积较小时, 可对调蓄设施的入流和出流过程进行适当简化, 在条文说明中列举了美国联邦政府开发的FAA法方法。

　　 用于削减峰值流量也可采用脱过系数法计算, 这是一种采用由径流成因所推理的流量过程线推求调蓄容积的方法。选取脱过系数时, 调蓄设施上游的设计流量, 应根据其上游服务面积的雨水设计流量确定;调蓄设施下游的设计流量, 不应超过其下游排水设施的最大受纳能力;降雨历时不应大于编制暴雨强度公式时采纳的最大降雨历时。由于脱过系数法是在暴雨强度公式的基础上推理得到的, 因此该方法的适用范围应与暴雨强度公式的适用范围相同。鉴于我国目前暴雨强度公式的降雨历时大多不超过180min, 因此, 运用脱过系数法确定调蓄量时应注意其适用范围。

　　 用于削减峰值流量雨水调蓄工程的设计过程中需进行内涝防治设计重现期的校核, 应考虑工程对雨水的调蓄作用, 因此宜采用较长历时降雨, 且应考虑降雨历程, 即雨型的影响。

　　 发达国家采用的降雨历时一般为3~24h, 如美国德克萨斯州交通局颁布的水力设计手册 (2011年版) 规定一般采用24h。美国丹佛市的城市暴雨排水标准 (2011年版, 第1卷) 规定:服务面积小于10平方英里 (mile², 约25.9km²) , 最小降雨历时为2h;10~20 mile², 最小降雨历时为3 h;大于20mile² (约51.8km²) , 最小降雨历时为6h。美国休斯顿设计手册第9章雨水设计要求 (2005年版) 规定:小于200英亩 (acre, 约0.8km²) 时, 最小降雨历时为3h;大于200acre时, 最小降雨历时为6h。因此, 本规范规定用于削减峰值流量的雨水调蓄工程的调蓄量计算中, 设计降雨历时宜选用3~24h, 计算该范围内不同降雨历时时出入调蓄设施的雨水量之差, 得到在每个降雨历时情况下所需的调蓄容积, 最大值即为所需的调蓄设施容积。

　　 当雨型的统计资料匮乏时, 排水系统的设计一般假定在一定降雨历时范围内暴雨强度保持恒定, 不考虑雨型。当当地雨型资料缺乏时, 可以采用附近城市或地区的雨型, 或采用当地发生过的有代表性的典型暴雨过程。

　　 典型暴雨过程应在暴雨特性一致的气候区内选择有代表性的雨量过程。所谓有代表性就是指暴雨特性能够反映设计地区情况, 符合设计要求。主要遵循以下几个原则:

　　 (1) 历史上已经发生过的流域性特大暴雨, 雨量时空分布资料充分和可靠。

　　 (2) 造成特大洪涝灾害的暴雨, 水文气象条件较接近规划情况。

　　 (3) 暴雨类型和时空分布特征具有代表性。

　　 (4) 对规划调蓄工程不利的雨型。

　　 选定了典型暴雨过程后, 就可用同频率或同倍比设计暴雨量控制方法, 对典型暴雨分段进行缩放。不同时段控制放大时, 控制时段划分不宜过细 (如江苏省各市控制时段主要采用5min) , 对暴雨核心部分24h暴雨的时程分配, 时段划分视流域大小和汇流计算所用的时段而定。

　　 当调蓄设施用于合流制排水系统径流污染控制时采用截流倍数法计算, 该方法是一种基于合流制排水系统设计截流倍数的计算方法。由于雨水径流量和污水量并无直接的比例关系, 因此, 通过公式得到的调蓄量不能直接反映合流制排水系统中溢流污水被截流的程度。一些发达国家常用的指标是合流污水的截流率, 即截流量占降雨量的百分比。上海等地曾通过统计总结了当地截流倍数和合流污水截流率直接的关系, 并用于调蓄工程的设计。

　　 截流倍数计算法是一种简化计算方法, 该方法建立在降雨事件为均匀降雨的基础上, 且假设调蓄工程的运行时间不小于发生溢流的降雨历时, 以及调蓄工程的放空时间小于两场降雨的间隔, 而实际情况很难满足上述两种假设。因此, 以截流倍数计算法得到的调蓄量偏小, 计算得到的调蓄量在实际运行过程中发挥的效益小于设定的调蓄效益, 在设计中应乘以安全系数β, 根据上海等地工程实践, 可取1.1~1.5。

　　 用于源头径流总量和污染控制的雨水调蓄工程, 其调蓄量可按当地年径流总量控制率对应的单位面积调蓄深度计算后确定, 而这个调蓄量可以由小区的景观水体、集中绿地中的生物滞留设施、雨水收集回用系统中的调蓄池等设施共同承担。住房和城乡建设部发布的“海绵城市建设技术指南”中列举了部分城市不同年径流总量控制率对应的单位面积调蓄深度, 在缺乏相关资料时, 可作为参考。

　　 用于分流制排水系统径流污染控制的雨水调蓄工程, 其调蓄量的确定应综合考虑当地降雨特征、受纳水体的环境容量、降雨初期的雨水水质水量特征、排水系统服务面积和下游污水处理系统的受纳能力等因素。国外有研究认为, 1h雨量达到12.7 mm的降雨能冲刷掉90%以上的地表污染物;同济大学对上海芙蓉江、水城路等地区的雨水地面径流研究表明, 在降雨量达到10 mm时, 径流水质已基本稳定;国内还有研究认为一般控制量在6~8mm左右可控制约60%~80%的污染量。因此, 结合我国实际情况, 调蓄量可取4~8 mm, 地面污染程度较严重的区域宜取上限。

　　 在城镇化建设的过程中, 基础设施都需要空间, 包括地上的、地下的, 这时候, 多功能的融合显得极其重要, 排水专业不能要求绿地、广场、道路为了“调蓄”而牺牲其本身的功能, 如何在其原有功能上作加法, 才是成功。多功能雨水调蓄设施即为具有对雨水调节和储蓄的功能, 与绿地、广场等空间结合, 平时发挥正常的景观、休闲娱乐功能, 暴雨产生积水时发挥调蓄功能的设施。

　　 本规范中涉及的多功能调蓄设施主要是指用于排涝除险调蓄的绿地、广场调蓄工程, 具体形式包括下凹式绿地和下沉式广场等, 此类设施设置的关键是与周边服务范围竖向的有效衔接, 应位于相对地势较低的位置。用于排涝除险调蓄的下凹式绿地, 设计要点在于应根据设计调蓄容量、设施面积、植物耐淹性能、土壤渗透性能和地下水位合理确定下凹深度;下沉式广场调蓄设施宜以削减峰值流量为主要功能, 设计要点在于应综合考虑广场构造和功能、整体景观协调性、安全防护要求、积水风险、积水排空时间和其他现场条件。

　　 由于国土资源的稀缺和多发性灾害等自然因素, 日本是提倡实施多功能调蓄最具代表性的国家, 仅琦玉县就建设了多个调蓄容积大于30 000m³的多功能调蓄设施, 在平时用作运动场、公园或停车场, 在暴雨时则作为涝水储存的空间, 以使周边道路、居住区不受淹, 相比之下, 国内较少见有关多功能调蓄设施工程实践的报道。

　　 安全和高效是雨水调蓄工程运行维护的核心。本规范中涉及安全运行的强制性条文有4条, 占全部强制性条文的80%。如对于用于合流制溢流污染控制的调蓄池, 池体内易形成和聚集有毒、有害和可燃气体, 除了配备通风除臭和气体检测设备, 还应注意放空后及时进行清淤冲洗。在分析池内可能产生的有毒有害气体浓度的基础上, 送排风设施的设计应满足:在调蓄池进水和放空时, 池内气压平衡;当调蓄池内储存有雨污水时或放空后, 池内硫化氢 (H₂S) 、甲烷 (CH₄) 等有毒有害气体的浓度低于爆炸极限;人员进入前, 池内硫化氢 (H₂S) 、氨 (NH₃) 等有毒有害气体的浓度不应对人员安全造成威胁。

　　 雨水调蓄工程的效益发挥主要通过进出水控制来实现, 进水控制是以如何最大程度地实现“削峰滞留”和“蓄浓放清”为目标, 而放空控制是以如何避免对下游管网和污水处理厂造成冲击为目标。为此, 本规范作出了“当雨水调蓄工程用于控制城镇雨水径流污染和雨水综合利用时, 应确定雨水调蓄工程设计水质”和“放空时间应结合下游管道的排水能力和雨水综合利用设施的放空效率确定”等规定。工程实践中, 具体的进水控制策略宜将调查资料和实测数据转化为更为简便易行的液位控制参数, 放空控制策略宜通过建立调蓄池与下游泵站及污水处理厂之间的双向联系机制确定或由掌握三者实时运行情况的部门统一调度。

　　 国家标准《城镇雨水调蓄工程技术规范》的制定将解决雨水调蓄工程建设过程中“无据可依、目标盲目、功效失落、投资无控”的局面, 对构建城镇内涝防治标准体系, 保障城镇排水安全、控制雨水径流污染、保护城镇水环境和加强雨水综合利用具有重要意义。而随着海绵城市建设的推进, 随着越来越多雨水调蓄工程的建设和运行, 也会产生更多有益的经验为将来进一步丰富完善本规范奠定基础。