城市内涝防治系统由源头减排、排水管渠和排涝除险等工程性设施组成^[1]。在区域城市内涝防治系统构建时, 除排水工程以外, 还涉及建筑、道路、水利等工程专业, 且工程建设和地块开发的时序存在较大的不确定性, 这给区域建设过程中统筹考虑区域排水防涝安全带来较大的难度。以东南某城市新建区域为例, 基于排水分区层面的市政工程设计优化, 以完善区域的内涝防治系统, 保障区域排水安全, 并可为全国新建区域建设实施层面完善内涝防治系统提供借鉴。

　　 项目区域位于东南某城市海绵城市建设示范区, 为新建区域, 总面积为7.76km², 现状用地以农田、鱼塘和农村住宅为主, 水面率为7.7%, 规划用地为城镇居住用地和配套商业用地, 规划水面率为9.48%。

　　 项目区域为南亚热带海洋气候, 气候温和湿润, 多年平均气温20.8℃。经统计近30年 (1985~2014) 区域降雨资料, 结果表明, 区域多年平均降水量1 327.3 mm, 其中2~8月为雨季, 年降水量的75%左右集中在4~9月, 且多以暴雨的形式出现 (见图1) , 因此区域的排水防涝压力大。

　　 项目区域内目前已建及在建的主次干路共计约25km, 已基本构成建设区的纵横骨架路网 (见图2) ;近期规划建设道路总长度31.48km, 包含主干路2条, 共长2.08km, 次干路10条, 共长8.26km, 支路45条, 共长21.14km。

　　 同时, 已建及在建的主次干路的排水工程作为配套工程, 已按照上位规划同步实施。

　　 项目区域被城市主干路包围, 排水分区相对独立, 无上游客水汇入。根据区域控规、排水防涝等规划, 区域中心位置将在原有水面的基础上建设南北走向的水系, 受纳东西两侧陆域的降雨径流;河道规模和水面线的设计, 是综合考虑50年一遇暴雨的行洪排涝和区域河面率、景观、生态等方面需求而确定。

　　 道路工程的线位和标高由区域控详规确定;而排水管道按照3年一遇的标准进行规划设计。

　　 在收集区域道路、排水、河道、地块等资料的基础上, 对数据进行概化处理, 结合区域设计降雨和设计潮位, 采用Inforworks ICM软件, 耦合管网与河道模型, 构建区域内涝风险评估模型。其中, 道路和排水工程信息来自控制性详细规划和排水防涝规划资料, 并更新已实施工程的信息;河道及水工构筑物信息来自规划河道方案;地块信息来自控制性详细规划;设计降雨为50年一遇、24h设计雨型;设计潮位为50年一遇, 模拟工况见图3。

　　 评估结果表明, 区域存在较大的内涝风险, 图4中 (1) ~ (4) 等多处已建道路存在积水, 其中 (1) 和 (2) 两处的最大积水深度大于50cm, 严重影响道路交通和居民人身安全; (3) 和 (4) 等已建道路均存在积水, 积水深度小于15cm, 对交通影响较小。

　　 项目区域道路高程规划设计是基于与已建城市公路的衔接, 并满足竖向设计和道路工程设计等相关规范要求, 但存在一定的排水不利点 (见图5) , 给区域排水造成如下问题: (1) 形成局部高程低洼点, 增加局部内涝风险; (2) 局部高程低洼点, 将使排水管道逆坡敷设而加大管道埋深, 或更改排水管道平面设计, 增加排水管道长度, 最终降低排放口标高, 影响排水管道排水能力。

　　 根据上位排水防涝规划和已实施的排水工程情况, 项目区域共有29个汇水分区 (见图6) , 最大的2个汇水分区为20#和14#, 汇水范围分别达到1.4km²和0.8km², 且排放口均已敷设, 管径分别达到4m×2.5 m和4 m×2 m, 管底标高A、B分别为1.1m和-0.2m。根据区域河道方案A、B两处的河底标高分别为1.6m和0.7m, 已建排口敷设至规划河底, 严重影响排水管道的排水能力。

　　 部分排口汇水分区过大的原因为道路高程设计存在低洼点, 为避免排水管道设计时存在逆坡, 而更改排水管道走向, 最终多个排水支管汇集于1个排放口而导致排口管径加大、埋深加深。

　　 在原方案内涝风险评估和积水原因分析的基础上, 从排水管渠设计优化和排涝除险系统构建的角度, 优化市政工程设计, 完善区域排水防涝方案。

　　 在原排水设计方案的基础上, 结合未建道路工程和排水管道, 优化汇水分区, 调小原8#、12#、14#、21#等汇水分区, 减少其汇水分区排口的排水压力, 尤其是原14#和20#, 调整后的汇水分区范围分别减少35%和75%。优化后的汇水分区见图7。

　　 以区域内已建和在建道路构成的骨架路网为基础, 开展道路竖向分析, 结合土方平衡分析, 实施规划道路高程微调, 使得道路纵向形成顺坡。最终, 新增4条具有较好的路面排水能力的道路, 可作为超标雨水的应急排放的行泄通道。

　　 在此基础上, 结合汇水分区优化, 优化排水管道设计, 新增或优化了4条排水主通道, 降低新建排水管道排放口埋深, 大大提高了新建管道的排水效益, 详见图7、图8。

　　 在内涝风险评估的基础上, 核算局部内涝风险, 结合绿地 (含防护绿地和公园绿地) 的景观建设和人行步道的路面通道设计, 设置超标雨水的调蓄绿地 (公园) , 规模和位置如表1和图9所示。

　　 经优化汇水分区、优化新建道路高程设计、优化新建排水设计、设置调蓄绿地 (公园) 等设计优化措施之后, 采用数学模型评估优化方案的内涝风险。结果表明, 在相同的模拟条件和边界情况下, 原方案中的积水现象已基本消除。其原因为排水设计方案优化提高了新建管道的排水效益, 道路竖向优化构建的行泄通道可有效应对超标降雨———通过优化道路与河道衔接的排水路径而将涝水排入河道。

　　 城市道路高程设置的边界主要包括地块高程、已建城市公路和城市道路高程。本案例区域为城市新区, 大部分地块均未开发, 且地块高程的影响较小;且本优化方案与区域内已建道路高程进行衔接, 因此, 优化方案中道路高程调整的边界影响相对较小, 可实施性较好。

　　 基于案例范围内道路的900个地形点数据, 采用数字地面模型分析计算方案优化前后的挖填方量, 结果表明:优化前道路场地总挖方量约为1 105万m³, 填方量约为1 283万m³, 需额外填方178万m³;经高程优化后, 道路场地需挖方1 109万m³, 填方1 196万m³, 需额外填方93万m³, 优化后填挖差减少85万m³。

　　 经道路高程分析, 市政工程设计优化后的道路纵坡均大于3‰, 满足《城市道路工程设计规划规范》 (CJJ 37—2012) 等设计规范的要求。考虑到存在部分道路纵坡变小, 本优化方案通过在道路两侧0.3m宽度范围内设置锯齿型偏沟, 同时加密路沿石开口和雨水口的设置^[2], 以减少道路纵坡变化对雨水收集系统收水能力的影响。

　　 (1) 本案例在研究区域原市政工程建设方案的基础上, 开展优化汇水分区、优化新建道路高程设计、优化新建排水设计、设置调蓄绿地 (公园) 等排水防涝方案优化措施, 从而提高了新建管道的排水效益, 增设超标雨水的行泄通道和调蓄空间, 完善区域内涝防治系统, 有效减低区域的内涝风险。

　　 (2) 研究区域为东南某城市的新建区域, 地块的高程控制对市政工程高程设计的影响相对较小;道路高程优化后减少了挖填差, 且道路纵坡满足3‰的要求, 因此, 本优化方案的可实施性较好。

　　 (3) 新区开发建设时, 应以排水专业为主体, 协同道路、水利、园林、建筑等专业, 统筹考虑区域排水防涝安全, 完善区域城市内涝防治系统。