實際工作中發(fā)現(xiàn)，針對不同重現(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出現(xiàn)不一致的情況，因此，需要評估當發(fā)生暴雨事件，超過地下管網(wǎng)系統(tǒng)的排水能力而發(fā)生漫溢時，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)之間可能會出現(xiàn)邊界的動態(tài)變化，需要分別針對排水管渠系統(tǒng)與超標雨水徑流控制系統(tǒng)各自對應(yīng)的排水分區(qū)進行相應(yīng)設(shè)計。例如，在安徽省池州市齊山大道海綿化改造的設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)其市政雨水主干管約匯集共計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。以北京蓮花橋為例，原設(shè)計橋區(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)域地勢較高，暴雨時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，需要分別針對不同的降雨設(shè)計目標，分析排水分區(qū)邊界變化，對不同系統(tǒng)對應(yīng)的排水分區(qū)范圍進行相應(yīng)的水力計算與方案設(shè)計。

4.4 排水分區(qū)劃分精度的探討

在實際工作中，根據(jù)項目和排水分區(qū)服務(wù)的尺度不同，可分為流域、城市、片區(qū)、項目、設(shè)施等不同層級對應(yīng)的排水分區(qū)。例如，在劃分城市排水分區(qū)的基礎(chǔ)上，針對其中某一片區(qū)的細化分析，可結(jié)合片區(qū)問題及建設(shè)條件，依據(jù)區(qū)內(nèi)地形與干管、次干管、支管的布局，進一步將片區(qū)內(nèi)排水分區(qū)細分為若干子排水分區(qū)(Sub-catchment)。針對其中具體的地塊項目，在設(shè)計過程中可結(jié)合地塊的地形與管網(wǎng)等設(shè)施布局，進行地塊內(nèi)排水分區(qū)的劃分。需要根據(jù)不同的項目尺度和項目要求進行相應(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算適用性的角度考慮，另一方面從不同城市特點，面臨的問題與需求，以及建設(shè)方案系統(tǒng)性的角度考慮。其中，針對傳統(tǒng)推理公式法的適用范圍，不同國家有不同的要求，我國在現(xiàn)行《室外排水設(shè)計規(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2km2的區(qū)域。而在2km2的區(qū)域范圍內(nèi)，排水分區(qū)進一步細分的精度也會對推理公式與模型模擬計算結(jié)果的差別產(chǎn)生影響。例如，陳嫣等對上海市某區(qū)域排水系統(tǒng)采用推理公式法與數(shù)學模型法(InfoWorks模型)設(shè)計計算進行研究，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，當區(qū)域內(nèi)排水分區(qū)面積小于0.4km2，兩種方法計算的管道流量結(jié)果差別不大，超過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%。

美國科羅拉多州在其排水手冊中建議每個獨立排水分區(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相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)在相同條件下，當排水分區(qū)面積小于90英畝(約0.36平方公里)時，利用傳統(tǒng)推理公式法與丹佛當?shù)厮倪^程線模擬兩種方法計算得到的區(qū)域峰值流量在結(jié)果上趨于一致，而當排水分區(qū)面積大于150英畝(約0.6平方公里)時，兩種計算方法得到的結(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)流量計算的一致性與準確性，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，對區(qū)域水量、水質(zhì)模型的模擬結(jié)果也會產(chǎn)生一定的影響。趙冬泉等研究發(fā)現(xiàn)排水分區(qū)劃分的細致程度，對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)的時間均會產(chǎn)生影響;秦攀等以常州市為例，發(fā)現(xiàn)不同排水分區(qū)劃分精度在不同時間尺度的模擬下，對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、場地特點、模擬目標、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，以及對水生態(tài)、水環(huán)境、水資源、水安全重點問題邊界條件的識別和體現(xiàn)源頭減排、過程控制、系統(tǒng)治理技術(shù)路徑的系統(tǒng)方案等進行統(tǒng)籌考慮。此外，還應(yīng)考慮我國南北方不同城市的特點，例如，北方很多平原城市水系較少，地勢平坦，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)域問題及海綿城市建設(shè)條件，依據(jù)干管與次干管布局，進一步細分子排水分區(qū);河網(wǎng)城市水系發(fā)達，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，單個雨水排水口對應(yīng)的排水分區(qū)面積通常較小，為避免過度分散，可將面臨問題相同、建設(shè)條件類似的相鄰排水口對應(yīng)的排水分區(qū)合并為一個排水分區(qū)，在規(guī)劃與方案設(shè)計中進行統(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)模并無絕對固定的限制，需要結(jié)合不同城市、不同項目的具體條件和需求，合理劃定排水分區(qū)，進行合理的進一步細分和合并等。

4.5 排水分區(qū)的連接性分析

對城市排水分區(qū)進行劃定后，應(yīng)進一步針對排水分區(qū)的連接性進行分析，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。這些都是目前我國在城市排水分區(qū)劃定中往往容易忽略的重要工作。

針對排水分區(qū)之間的連接性，首先應(yīng)校核不同分區(qū)之間是否相對獨立，相鄰分區(qū)間有無重疊或未覆蓋區(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)不能同時連接至下游兩個排水分區(qū)(如圖4右)。通過上述分析，初步校核城市排水分區(qū)劃定的準確性與合理性。其次，如前文4.3所述，不同重現(xiàn)期的降雨事件發(fā)生時，排水分區(qū)之間可能會發(fā)生邊界的動態(tài)變化，需要根據(jù)不同問題和設(shè)計降雨，針對對應(yīng)的排水分區(qū)進行相應(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)域開發(fā)前后排水口的變化情況，反映了排水口對應(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入到受納水體的排放量情況。美國相關(guān)設(shè)計手冊中對排水口與受納水體之間的連接性進行了量化規(guī)定，將其分為0、10%、25%、50%、75%、100%六個級別，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)域進行了調(diào)蓄或滲透，未進入受納水體;100%即表示排水口直接或通過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，當降雨徑流峰值超過統(tǒng)計數(shù)據(jù)對應(yīng)的百分位時，排水分區(qū)產(chǎn)生的雨水徑流即會排入受納水體內(nèi)。并提出了相應(yīng)經(jīng)驗算法對不同級別進行計算評定。

編輯：王媛媛