實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，針對(duì)不同重現(xiàn)期降雨，雨水管網(wǎng)的匯流范圍與地表徑流總體的匯流路徑可能會(huì)出現(xiàn)不一致的情況，因此，需要評(píng)估當(dāng)發(fā)生暴雨事件，超過(guò)地下管網(wǎng)系統(tǒng)的排水能力而發(fā)生漫溢時(shí)，雨水徑流依地形形成地表徑流通道，導(dǎo)致相鄰排水分區(qū)之間可能會(huì)出現(xiàn)邊界的動(dòng)態(tài)變化，需要分別針對(duì)排水管渠系統(tǒng)與超標(biāo)雨水徑流控制系統(tǒng)各自對(duì)應(yīng)的排水分區(qū)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)。例如，在安徽省池州市齊山大道海綿化改造的設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其市政雨水主干管約匯集共計(jì)73hm2區(qū)域的雨水徑流，但暴雨期間又將有約29.7hm2上游地塊的客水沿地表匯入齊山大道。類似情景在北京市多處下凹式立交橋的積水改造案例中也有體現(xiàn)，且往往是造成下凹式立交橋積水的重要原因。以北京蓮花橋?yàn)槔?，原設(shè)計(jì)橋區(qū)低水匯流面積為13.6hm2，由于周邊建筑小區(qū)、辦公區(qū)等區(qū)域地勢(shì)較高，暴雨時(shí)徑流沿地表匯入橋區(qū)，導(dǎo)致橋區(qū)匯流面積增加至60hm2以上。因此，需要分別針對(duì)不同的降雨設(shè)計(jì)目標(biāo)，分析排水分區(qū)邊界變化，對(duì)不同系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的排水分區(qū)范圍進(jìn)行相應(yīng)的水力計(jì)算與方案設(shè)計(jì)。

4.4 排水分區(qū)劃分精度的探討

在實(shí)際工作中，根據(jù)項(xiàng)目和排水分區(qū)服務(wù)的尺度不同，可分為流域、城市、片區(qū)、項(xiàng)目、設(shè)施等不同層級(jí)對(duì)應(yīng)的排水分區(qū)。例如，在劃分城市排水分區(qū)的基礎(chǔ)上，針對(duì)其中某一片區(qū)的細(xì)化分析，可結(jié)合片區(qū)問(wèn)題及建設(shè)條件，依據(jù)區(qū)內(nèi)地形與干管、次干管、支管的布局，進(jìn)一步將片區(qū)內(nèi)排水分區(qū)細(xì)分為若干子排水分區(qū)(Sub-catchment)。針對(duì)其中具體的地塊項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可結(jié)合地塊的地形與管網(wǎng)等設(shè)施布局，進(jìn)行地塊內(nèi)排水分區(qū)的劃分。需要根據(jù)不同的項(xiàng)目尺度和項(xiàng)目要求進(jìn)行相應(yīng)的分析。

在城市尺度，城市排水分區(qū)劃分精度和分區(qū)規(guī)模的確定，一方面從合理化公式與模型計(jì)算適用性的角度考慮，另一方面從不同城市特點(diǎn)，面臨的問(wèn)題與需求，以及建設(shè)方案系統(tǒng)性的角度考慮。其中，針對(duì)傳統(tǒng)推理公式法的適用范圍，不同國(guó)家有不同的要求，我國(guó)在現(xiàn)行《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50014—2006，2016年版)中提出推理公式適用于匯水面積不超過(guò)2km2的區(qū)域。而在2km2的區(qū)域范圍內(nèi)，排水分區(qū)進(jìn)一步細(xì)分的精度也會(huì)對(duì)推理公式與模型模擬計(jì)算結(jié)果的差別產(chǎn)生影響。例如，陳嫣等對(duì)上海市某區(qū)域排水系統(tǒng)采用推理公式法與數(shù)學(xué)模型法(InfoWorks模型)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行研究，區(qū)域總面積約2km2，研究結(jié)果顯示，在一年一遇降雨重現(xiàn)期下，當(dāng)區(qū)域內(nèi)排水分區(qū)面積小于0.4km2，兩種方法計(jì)算的管道流量結(jié)果差別不大，超過(guò)0.4km2后，隨著排水分區(qū)面積的增大，兩者差值變大，誤差在10%～20%。

美國(guó)科羅拉多州在其排水手冊(cè)中建議每個(gè)獨(dú)立排水分區(qū)的面積宜小于100英畝(約0.4平方公里)，在此基礎(chǔ)上，科羅拉多州丹佛市又通過(guò)相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)在相同條件下，當(dāng)排水分區(qū)面積小于90英畝(約0.36平方公里)時(shí)，利用傳統(tǒng)推理公式法與丹佛當(dāng)?shù)厮倪^(guò)程線模擬兩種方法計(jì)算得到的區(qū)域峰值流量在結(jié)果上趨于一致，而當(dāng)排水分區(qū)面積大于150英畝(約0.6平方公里)時(shí)，兩種計(jì)算方法得到的結(jié)果相差將大于10%，且隨著分區(qū)面積增加誤差也逐漸增大。因此，考慮不同分區(qū)流量計(jì)算的一致性與準(zhǔn)確性，丹佛提出排水分區(qū)宜小于90英畝，不宜大于150英畝。

排水分區(qū)劃分精度不同，對(duì)區(qū)域水量、水質(zhì)模型的模擬結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。趙冬泉等研究發(fā)現(xiàn)排水分區(qū)劃分的細(xì)致程度，對(duì)SWMM模擬結(jié)果中坡面徑流總量、坡面徑流量峰值以及峰值出現(xiàn)的時(shí)間均會(huì)產(chǎn)生影響;秦攀等以常州市為例，發(fā)現(xiàn)不同排水分區(qū)劃分精度在不同時(shí)間尺度的模擬下，對(duì)SWMM水質(zhì)模擬結(jié)果的影響也有所區(qū)別。需要結(jié)合研究區(qū)域尺度、場(chǎng)地特點(diǎn)、模擬目標(biāo)、以及建模工作量等綜合確定排水分區(qū)的劃分精度。

此外，排水分區(qū)劃分還應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合區(qū)域的建設(shè)條件，包括新城區(qū)、老城區(qū)、棚戶區(qū)的分布，海綿城市建設(shè)與改造的適宜性分析，以及對(duì)水生態(tài)、水環(huán)境、水資源、水安全重點(diǎn)問(wèn)題邊界條件的識(shí)別和體現(xiàn)源頭減排、過(guò)程控制、系統(tǒng)治理技術(shù)路徑的系統(tǒng)方案等進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。此外，還應(yīng)考慮我國(guó)南北方不同城市的特點(diǎn)，例如，北方很多平原城市水系較少，地勢(shì)平坦，主要依據(jù)管渠匯流路徑劃分排水分區(qū)，且分區(qū)規(guī)模通常較大，在初步劃定排水分區(qū)的基礎(chǔ)上，往往需要結(jié)合區(qū)域問(wèn)題及海綿城市建設(shè)條件，依據(jù)干管與次干管布局，進(jìn)一步細(xì)分子排水分區(qū);河網(wǎng)城市水系發(fā)達(dá)，區(qū)域內(nèi)雨水就近、分散排入城市河湖水系，依據(jù)其水系布局，單個(gè)雨水排水口對(duì)應(yīng)的排水分區(qū)面積通常較小，為避免過(guò)度分散，可將面臨問(wèn)題相同、建設(shè)條件類似的相鄰排水口對(duì)應(yīng)的排水分區(qū)合并為一個(gè)排水分區(qū)，在規(guī)劃與方案設(shè)計(jì)中進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。

因此，排水分區(qū)的劃分精度和排水分區(qū)的規(guī)模并無(wú)絕對(duì)固定的限制，需要結(jié)合不同城市、不同項(xiàng)目的具體條件和需求，合理劃定排水分區(qū)，進(jìn)行合理的進(jìn)一步細(xì)分和合并等。

4.5 排水分區(qū)的連接性分析

對(duì)城市排水分區(qū)進(jìn)行劃定后，應(yīng)進(jìn)一步針對(duì)排水分區(qū)的連接性進(jìn)行分析，主要包括不同分區(qū)之間的連接性、排水分區(qū)末端排水口與受納水體之間的連接性兩類。這些都是目前我國(guó)在城市排水分區(qū)劃定中往往容易忽略的重要工作。

針對(duì)排水分區(qū)之間的連接性，首先應(yīng)校核不同分區(qū)之間是否相對(duì)獨(dú)立，相鄰分區(qū)間有無(wú)重疊或未覆蓋區(qū)域，并分析分區(qū)之間的連接路徑。不同分區(qū)可連接至下游同一分區(qū)(如圖4左)，但某一排水分區(qū)不能同時(shí)連接至下游兩個(gè)排水分區(qū)(如圖4右)。通過(guò)上述分析，初步校核城市排水分區(qū)劃定的準(zhǔn)確性與合理性。其次，如前文4.3所述，不同重現(xiàn)期的降雨事件發(fā)生時(shí)，排水分區(qū)之間可能會(huì)發(fā)生邊界的動(dòng)態(tài)變化，需要根據(jù)不同問(wèn)題和設(shè)計(jì)降雨，針對(duì)對(duì)應(yīng)的排水分區(qū)進(jìn)行相應(yīng)分析。

圖4 排水分區(qū)間連接性分析示意圖

排水分區(qū)末端排水口與受納水體之間的連接性分析，主要取決于排水口與受納水體之間的距離、豎向與空間條件，以及區(qū)域開(kāi)發(fā)前后排水口的變化情況，反映了排水口對(duì)應(yīng)的上游排水分區(qū)所產(chǎn)生的雨水徑流與污染物能夠進(jìn)入到受納水體的排放量情況。美國(guó)相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)中對(duì)排水口與受納水體之間的連接性進(jìn)行了量化規(guī)定，將其分為0、10%、25%、50%、75%、100%六個(gè)級(jí)別，其中0即表示排水口與受納水體之間空間較大，歷史數(shù)據(jù)顯示該排水口對(duì)應(yīng)上游排水分區(qū)排放的雨水徑流全部在排水口與受納水體之間的區(qū)域進(jìn)行了調(diào)蓄或滲透，未進(jìn)入受納水體;100%即表示排水口直接或通過(guò)硬化溝渠與受納水體相連，排水分區(qū)產(chǎn)生的雨水徑流全部進(jìn)入受納水體;其他四類即表示排水口與受納水體之間存在一定的調(diào)蓄空間，當(dāng)降雨徑流峰值超過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的百分位時(shí)，排水分區(qū)產(chǎn)生的雨水徑流即會(huì)排入受納水體內(nèi)。并提出了相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)算法對(duì)不同級(jí)別進(jìn)行計(jì)算評(píng)定。

編輯：王媛媛