本文進一步梳理了大排水系統的概念、構成及其與海綿城市相關子系統的銜接關系，提出了大排水系統的規劃方法與地表徑流行泄通道的設計方法，并以某城市片區內澇防治系統構建為例，通過案例介紹了道路徑流行泄通道的設計，以期為我國大排水系統的合理構建提供參考。
1 大排水系統構成及其與海綿城市相關子系統的銜接關系
大排水系統（major drainage system）是由地面或地下調蓄、排放設施組成的蓄排系統，用以應對超過源頭減排系統和排水管渠系統承載能力的降雨導致的城市積水災害，也稱為超標雨水徑流排放系統。
大排水系統的設施可分為“排放設施”與“調蓄設施”兩類，其中，“排放設施”主要包括具備排水功能的地表漫流（豎向控制）、道路（包括道路路面、利用道路紅線內帶狀綠地構建的生態溝渠，詳見本文案例）、溝渠、河道等地表徑流行泄通道，以及轉輸隧道等地下徑流行泄通道，實踐中，往往是幾種設施的組合，此外，還需重視通過道路低點人行道漸變下凹、小區低洼處圍墻底部打通等方式，構建完整、順暢的地表徑流行泄通道；“調蓄設施”則主要包括調蓄塘/池（含調節塘/池）、調蓄隧道、天然水體等地面和地下設施。
非常重要的是，城市大排水系統與微排水系統、小排水系統、防洪系統協同作用，地表和地下調蓄、排放設施協同作用，綜合達到城市內澇防治標準。
本文重點探討大排水系統的規劃方法，及地表徑流行泄通道的設計方法與案例。
**2 國內外大排水系統構建概述**
2.1發達國家大排水系統構建
長期以來，發達國家針對城市大排水系統的規劃建設已積累了一定的經驗。美國交通部聯邦公路管理局1996年發布了《城市排水設計手冊》，在2001年、2009年、2013年分別進行了三次修訂，詳細介紹了城市排水系統的規劃設計要點，其中就包含大排水系統的相關內容；美國部分州、城市也針對大排水系統的建設提出了具體要求，例如科泉市利用Urban Drainage and Flood Control District（UDFCD）發布的計算工具“Q—Allow worksheet”，計算得出了不同降雨情況下，不同斷面形式、不同縱坡的道路路面的排水能力，用于指導道路作為城市大排水系統的規劃設計；英國建筑行業研究與咨詢協會（CIRIA）2006年重點針對道路徑流行泄通道、地表調蓄設施的規劃設計及內澇風險評估等開展了大量研究，并出版了相應手冊；澳大利亞Austroad出版的道路排水設計規范，詳細闡述了包括大小排水系統在內的道路排水規劃設計要求，澳大利亞公路集團有限公司（ARRB，隸屬于澳大利亞政府和維多利亞州政府的官方機構）出臺的道路雨水收集與排放手冊中也詳細介紹了道路作為大排水通道的規劃設計流程及具體設計要求。
2.2我國大排水系統構建及存在的主要問題
近年來，隨著我國海綿城市建設的持續推進及海綿城市專項規劃編制的不斷深入，對城市大排水系統的構建提出了更高的要求，相關新編、修編國家標準提出了大排水系統的相關設計要求，但相關規劃及“遲來”的規范標準，對城市大排水系統的規劃、設計指導仍存在一定不足，城市大排水系統的系統性工程實例也較少，原因在于：
2.2.1城市規劃考慮不足
在城市總體規劃及控制性詳細規劃層面偏重傳統用地規劃，缺乏對河道、溝渠、坑塘等天然蓄排空間的保護與利用，以及對排放、調蓄設施用地、豎向的相關要求；城市排水（雨水）防澇綜合規劃對不同降雨情景下的內澇風險分析不足，或對工程落地的指導性較差；城市豎向規劃對區域整體防澇規劃考慮不足；道路交通、綠地、水系等相關專項規劃也缺乏區域或城市尺度蓄排設施的用地、豎向及藍綠線的落實細化。目前，各地正在編制的海綿城市專項規劃成為在一定程度上彌補上述不足，強化各層級規劃銜接性的重要機遇。
2.2.2規范標準有待完善
《室外排水設計規范》（GB50014-2006，2016年版）給出了我國內澇防治設計重現期和積水深度標準，但對道路行泄通道的積水深度、漫幅、流速等設計標準及多功能調蓄設施的設計方法等仍缺乏，此外，針對道路徑流行泄通道、溝渠、調蓄公園的應急、預警附屬設施的設計等也存在不足。
2.2.3相關專業、部門應更有效的聯動
城市大排水系統的構建需要城市規劃、道路、園林、防洪等政府管理者及專業設計人員突破傳統設計理念的制約，建立科學、有效的溝通及合作機制，源頭減排系統、多功能調蓄公園、道路徑流行泄通道、管渠等的運行維護、應急預警、信息管理平臺等的綜合實施尤其需要各部門建立有效的聯動機制，并采用購買服務、PPP等模式提高政府管理效率和質量。
2.2.4已建城區構建難度大
在一些高密度開發的已建城區，城市豎向、空間條件已經形成，較難通過現有場地豎向、空間條件的調整解決內澇問題，但是，對老城區現狀管網排放能力、豎向，及區域整體空間和豎向條件等的評估仍尤為重要，是確定重點改造的區域和措施，并進行多方案比選的基礎。
2.2.5方案設計系統性較差
區域大排水系統的構建，容易忽視對地表漫流等徑流行泄通道的分析和設計，對超負荷（有壓流）運行狀態下排水管渠系統排水能力的評估，以及一定條件下源頭減排系統提升排水能力的評估等，導致調蓄與排放系統豎向或設計標準不銜接，難以有效解決區域整體內澇風險。
**3 大排水系統規劃**
城市大排水系統規劃應貫穿于城市總體規劃與專項規劃、控制性詳細規劃、修建性詳細規劃各個環節，城市規劃過程中，蓄排系統構建應結合當地降雨規律、地形特點及內澇風險等分析，統籌規劃，合理布局。
總體規劃階段，應明確大排水系統控制標準，保護和合理利用河流、濕地、溝渠等天然蓄排空間，提出用地布局及豎向相關要求，并通過相關專項規劃進行細化、補充。
在修建性詳細規劃階段及設計階段，應進一步落實和細化蓄排設施的規模、平面位置及場地高程，保障各系統、各蓄排設施之間，及其與防洪系統之間銜接順暢。大排水系統規劃方法如圖2所示。
**4 地表徑流行泄通道設計**
地表徑流行泄通道的設計，應根據當地內澇防治設計標準要求，通過水文、水力計算得出。再次強調，應綜合分析源頭減排系統、排水管渠系統、大排水系統、防洪系統在設計暴雨情景下的耦合作用；此外，地表漫流主要通過豎向規劃設計實現，良好的豎向控制作為“非設計地表徑流行泄通道”是最簡單、有效的內澇防治措施，應給予足夠重視。
地表徑流行泄通道的設計流程如圖3所示，需指出的是，該設計方法基于手算求解，而當匯水面積較大，地形、相關子系統較為復雜時，宜綜合采用模型模擬方法進行設計。
4.1確定地表徑流行泄通道
地表徑流行泄通道的選擇應依據當地水文條件、地形地貌分析，并通過不同降雨條件下的內澇風險評估等綜合確定。
4.2匯水區域水文分析
匯水區域水文分析應包括下列內容：降雨資料分析；匯水區域邊界、整體豎向、用地構成分析，明確地表排水方向；道路路網布局與豎向分析；調研分析排水管網和雨水口淤堵情況；明確匯水區關鍵節點豎向、斷面控制要求，如匯流路徑交叉點，道路交叉口等；分析其他相關的水問題，如污染、水資源流失等；子匯水區劃分，確定道路、溝渠等作為徑流行泄通道的布局。
4.3確定地表徑流行泄通道的設計重現期與暴雨強度
考慮城鎮類型、積水影響程度和內河水位變化等因素，經技術經濟比較，內澇防治設計標準可按照表1的規定取值。
確定內澇防治標準后，根據設計降雨資料，確定內澇防治、管渠設計暴雨強度，進而計算地表徑流行泄通道的設計暴雨強度及對應的設計重現期，如式（1）所示。首先，應確定設計降雨歷時，降雨歷時一般按設計控制斷面的匯流時間確定，比如，將道路路面概化成排水明渠，匯流時間為徑流從匯水面遠端流至道路路面的地面流行時間，通常采用運動波計算公式計算。PIt1=P總It1-P管It1（1）式中PIt1——地表徑流行泄通道對應的設計降雨強度，L/（s·hm2）；
P總It1——內澇防治標準對應的設計降雨強度，L/（s·hm2）；
P管It1——管道對應的設計降雨強度，L/（s·hm2）。
需注意的是，該方法未考慮管道匯流時間與徑流行泄通道匯流時間的差異，以及暴雨情景下，管道壓力流時的實際排水能力會大于其滿管流時的設計排水能力等，也未考慮分散式源頭減排設施對徑流雨水的蓄滯作用，所以該方法計算結果較為保守。
4.4地表徑流行泄通道水力計算
對于道路路面，其排水能力根據道路斷面形式、縱坡等確定，可采用地表漫流和道路邊溝流，通過修正后的曼寧公式進行計算。對于溝渠，其排水能力計算可參照明渠均勻流計算公式，道路路面與溝渠組合使用時，需對二者排水能力進行疊加計算。道路路面過水斷面沿道路縱向發生變化時，應根據其變化情況分段計算。若過水斷面變化過于復雜，可簡化并選擇最不利斷面進行保守計算。
4.5計算地表徑流行泄通道最大服務匯水面積
根據上述計算得出的徑流行泄通道排水能力Q和設計暴雨強度I，可計算徑流行泄通道的最大服務匯水面積A，如式（2），然后與實際的道路匯水面積進行對比，分析是否滿足要求。需指出的是，式（2）適用于小匯水區域（一般小于2 km2）的設計計算，匯水面積較大時可利用模型模擬進行輔助分析。A=Q/(ψP×It1）（2）式中 A——道路/溝渠排水服務面積，hm2；
Q——道路/溝渠流量，L/s；
ψ——綜合徑流系數。
值得注意的是，實際情況下，當暴雨發生時，匯水區域內的超標徑流并非全部匯入市政道路中，而是更多滯留在了匯水區域內部，即匯水區域內部的積水在一定程度緩解了外圍市政管道和道路路面的排水壓力，起到了“被動調蓄”或“非設計調蓄”的功能。
4.6編制水力計算表
按照劃分的計算斷面，計算每個子匯水區域內的地表徑流行泄通道是否滿足設計要求，并編制水力計算表。
4.7設計校核
當地表徑流行泄通道的過水能力不滿足設計要求時，需對縱向坡度、斷面進行調整，或設計新的徑流行泄通道，并重新進行水文、水力計算，確保滿足設計要求。
5 道路徑流行泄通道案例
5.1片區概況及問題分析
該項目位于某北方城市生態新區，區域內路網已形成，現狀基本建成占地約1 km2的棚改回遷居住區及中學等，其余地塊已基本出讓。管網為雨污分流，雨水管網就近接入河道與湖泊。
區域地形平坦，排水、排澇條件差，現狀雨水管渠末端排放口均為淹沒出流。如何利用規劃公園綠地（現狀為沙坑）構建末端多功能調蓄水體，并結合片區整體豎向條件，選取適合的既有道路作為徑流行泄通道，成為該片區內澇防治系統構建的關鍵。
5.2片區建設目標
（1）片區通過源頭減排、末端調蓄綜合實現年徑流總量控制率85%（設計降雨量24.6 mm）。
（2）通過源頭減排、現狀雨水管渠、末端調蓄綜合實現小排水系統設計重現期標準由現狀1年一遇提高到2～3年一遇。
（3）通過道路徑流行泄通道、末端多功能調蓄水體等大排水系統的構建，結合源頭減排與雨水管渠系統，綜合達到20年一遇內澇防治設計重現期標準。
5.3道路徑流行泄通道設計方案
結合區域水文條件分析，并利用上述設計方法對區域內不同類型道路路面的排水能力進行評估，最終分別選擇橫五路的路面與縱十三路兩側帶狀綠地作為徑流行泄通道，如圖4所示。
橫五路道路徑流行泄通道（路面）通過漸變下凹式人行道與下游縱十三路徑流行泄通道（生態溝渠）銜接；縱十三路路面徑流同樣通過道路低點漸變下凹式人行道與路旁生態溝渠銜接，以便于路面暴雨徑流順暢排入行泄通道。周邊小區暴雨徑流則通過小區出入口道路漸變下凹并護欄打開、小區低洼處圍墻底部打通的方式，與周邊道路徑流行泄通道順暢銜接。
5.4道路徑流行泄通道設計過程
5.4.1設計降雨強度計算
匯流時間取15 min，內澇防治系統、雨水管渠系統、大排水系統的設計降雨強度計算如表2所示，根據內澇防治和現狀管渠設計重現期標準，保守計算得到道路徑流行泄通道設計降雨強度，如式（3）所示。PI15=20I15-1I15=178 L/(s·hm2)（3）式中 PI15——道路徑流行泄通道設計降雨強度，L/（s·hm2）；
20I15——內澇防治設計降雨強度，L/（s·hm2）；
1I15——雨水管渠設計降雨強度，L/（s·hm2）。
由表2可知，道路徑流行泄通道的設計重現期約為2年一遇。
5.4.2水力計算
橫五路和縱十三路地下管網、道路徑流行泄通道及其匯水面積如圖7所示，對道路徑流行泄通道的A、B、C過水斷面進行水力計算，得到最大服務匯水面積，通過與實際匯水面積進行對比，判斷是否滿足設計標準，水力計算如表3所示，并據此進行相應的斷面調整。
橫五路與縱十三路徑流行泄通道的水力計算斷面如圖8、圖9所示。
**6 結語**
合理構建海綿城市綜合系統，城市大排水系統是關鍵之一，而對于大排水系統的構建，整體豎向用地規劃與水文水力分析是關鍵。本文雖梳理了城市大排水系統的構成及其與海綿城市相關子系統銜接關系，提出了大排水系統的規劃及地表徑流行泄通道的設計方法，但如何更好地指導規劃設計人員進行大排水系統構建，用地空間布局與豎向規劃銜接、匯水區水文計算、徑流行泄通道的設計標準、調蓄設施的規模計算等仍需進一步研究和梳理。