4.1 设计流量

Ⅰ 雨水量

4.1.1 源头减排设施可用于径流总量控制、降雨初期的污染防治、雨水径流峰值削减和雨水利用，鉴于径流污染控制目标、雨水资源利用目标大多可通过径流总量控制实现，各地源头减排设施的设计一般以年径流总量控制率作为控制目标，并应明确相应的设计降雨量。根据年径流总量控制率所对应的设计降雨量和汇水面积，采用容积法进行计算以确定源头减排设施的规模。
    年径流总量控制率对应的设计降雨量值是通过统计学方法获得的。考虑我国不同城市的降雨分布特征不同，各城市的设计降雨量值应单独推求。《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》给出了我国部分城市年径流总量控制率对应的设计降雨量值（依据1983-2012年降雨资料计算），如表1所示。不在列表中的城市，可根据当地长期降雨规律和近年气候的变化，按附录A进行计算，也可参照与其长期降雨规律相近城市的设计降雨量值。

表1　我国部分城市年径流总量控制率对应的设计降雨量值一览表（mm）

续表1

4.1.2 年径流总量控制率的“控制”指的是“总量控制”，即包括径流污染物总量和径流体积。对于具有底部出流的生物滞留设施、延时调节塘等，雨水主要通过渗滤、排空时间控制（延时排放以增加污染物停留时间）实现污染物总量控制，雨水并未直接外排，而是经过控制（即污染物经过处理）并达到相关规定的效果后外排，故而也属于总量控制的范畴。
    当源头减排设施用于径流总量控制时，宜采用数学模型法对汇水区范围进行建模，并利用实际工程中典型设施或区域实际降雨下的监测数据对数学模型进行率定和验证后，再利用近年（宜为30年，至少10年）连续降雨数据（时间步长宜小于10min，不应大于1h）进行模拟，评估总最控制目标的可达性、优化设施布局等。
4.1.3 雨水管渠是应对短历时强降雨状况下的安全排水设施。各地应根据年最大值法确定的暴雨强度公式计算对应雨水管渠设计重现期下的小时设计降雨强度，以便公众理解。表2是以上海市举例说明。

表2 上海市雨水管渠设计重现期对应的设计降雨强度（mm/h）

    雨水管渠的传输能力是根据雨水管渠设计重现期下的设计降雨强度、汇水面积和径流系数，采用强度法理论经推理公式或数学模型法计算流量确定。
    表3为我国目前雨水管渠设计重现期与发达国家和地区的对比情况。美国、日本等国家在城镇排水管渠设施上投入较大，城镇雨水管渠设计重现期一般采用5年～10年。日本《下水道设施设计指南》（2009年版，以下简称《日本指南》）中规定，排水系统设计重现期在10年内应提高到10年～15年。所以本标准提出按照地区性质和城镇类型，并结合地形特点和气候特征等因素，经技术经济比较后，适当提高我国雨水管渠的设计重现期，并与发达国家和地区标准基本一致。

表3 发达国家和地区排水管渠设计重现期

    注：中国香港高度利用的农业用地的设计暴雨重现期为2年~5年，农村排水，包括开拓地项目的内部排水系统的设计暴雨重现期为10年，城市排水支线系统的设计暴雨重现期为50年。
    根据2014年11月20日国务院下发的《国务院关于调整城市规模划分标准的通知》（国发[2014]51号），表4.1.3的城镇类型按城区常住人口划分为“超大城市和特大城市”“大城市”和“中等城市和小城市”。城区类型则分为“中心城区”“非中心城区”“中心城区的重要地区”和“中心城区的地下通道和下沉式广场”。其中，中心城区重要地区主要指行政中心、交通枢纽、学校、医院和商业聚集区等。
    根据我国目前城市发展现状，并参照国外相关标准，将“中心城区地下通道和下沉式广场等”单独列出。以德国、美国为例，德国水协DWA推荐的设计标准中规定：地下铁道/地下通道的设计重现期为5年～20年。我国上海市虹桥商务区的规划中，将下沉式广场的设计重现期规定为50年。由于中心城区地下通道和下沉式广场的汇水面积可以控制，且一般不能与城镇内涝防治系统相结合，因此采用的设计重现期应与内涝防治设计重现期相协调。
    立体交叉道路的下穿部分往往是所处汇水区域最低洼的部分，雨水径流汇流至此后再无其他出路，只能通过泵站强排至附近河湖等水体或雨水管道中，如果排水不及时，必然会引起严重积水。国外相关标准中均对下穿立交道路排水系统设计重现期有较高要求，美国联邦高速公路管理局规定，高速公路“低洼点”（包括下立交）的设计标准为最低50年一遇。
4.1.4 排涝除险设施的规模，应根据其类型（调蓄或排放），进行相应的水量或流量计算。根据本标准第3.2.4条的规定，排涝除险设施应和源头减排设施、排水管渠设施作为一个整体系统校核，满足内涝防治设计重现期的设计要求。
    内捞防治系统是为应对长历时、长降雨状态下的排水安全。根据内涝防治设计重现期校核地面积水排除能力时，应根据当地历史数据合理确定用于校核的降雨历时及该时段内的降雨量分布情况，采用数学模型计算。计算中降雨历时一般采用3h～24h。发达国家一般根据服务面积，确定最小降雨历时，如美国得克萨斯州交通部颁布的《水力设计手册》（2011年版）规定采用24h。美国丹佛市的《城市暴雨排水标准》（2016年版，第一卷）规定：服务面积小于10平方英里（约25.9km²），最小降雨历时为2h；10平方英里～20平方英里，最小降雨历时为3h；大于20平方英里（约51.8km²），最小降雨历时为6h。美国休斯敦市《雨水设计手册》第九章“雨水设计要求”（2005年版）规定：小于200acre（约0.8km²）时，最小降雨历时为3h；大于或等于200acre时，最小降雨历时为6h。如校核结果不符合要求，应调整设计，包括放大管径、增设渗透设施、建设调蓄段或调蓄池等。在设计内涝防治设计重现期下，雨水管渠按压力流计算，即雨水管渠应处于超载状态。各地应根据当地统计资料，确定内涝防治设计重现期和设计降雨历时所对应的设计降雨量，以便公众理解。
    表4.1.4“地面积水设计标准”中的道路积水深度是指靠近路拱处的车道上最深积水深度（见图2）。当路面积水深度超过15cm时，车道可能因机动车熄火而完全中断，本规定能保证城镇道路不论宽窄，在内涝防治设计重现期下，至少有一车道能够通行。发达国家和我国部分城市已有类似的规定，如美国丹佛市规定：当降雨强度不超过10年一遇时，非主干道路（collector）中央的积水深度不应超过15cm，主干道路和高速公路的中央不应有积水；当降雨强度为百年一遇时，非主干道路中央的积水深度不应超过30cm，主干道路和高速公路中央不应有积水。上海市关于判定市政道路积水的标准有两个：一是积水深度超过道路立缘石（侧石），上海市规定立缘石高出路面边缘为10cm～20cm；二是道路中心雨停后积水时间大于1h。此外，上海市规定下穿立交道路在积水20cm时限行，在积水25cm时封闭；公共汽车超过规定的涉水深度（一般电车23cm、超级电容车18cm、并联式车辆30cm、汽车35cm）且积水区域长达100m以上时，车辆暂停行驶。

图2　地面积水设计标准示意图

    发达国家和地区的城市内涝防治系统包含雨水管渠、道路、河道和调蓄设施等所有雨水径流可能流经的地区。美国和澳大利亚的内涝防治设计重现期为100年或大于100年，英国为30年～100年，中国香港城市主干管为200年，郊区主排水渠为50年。
    图3引自《日本指南》中日本横滨市鹤见川地区的“不同设计重现期标准的综合应对措施”。图3反映了该地区从单一的城市排水管渠系统到包含雨水管渠、内河和流域调蓄等综合应对措施在内的内涝防治系统的发展历程。当采用排水管道调蓄时，该地区的设计重现期可达10年一遇，可排除50mm/h的降雨；当采用雨水调蓄设施和利用内河调蓄时，设计重现期可进一步提高到40年一遇；在此基础上再利用流域调蓄时，可应对150年一遇的降雨。

图3 不同设计重现期标准的综合应对措施（日本鹤见川地区）

    欧盟标准BSEN752:2008《室外排水和污水系统》中关于“设计暴雨重现期（DesignStormFrequency）”和“设计洪水重现期（DesignFloodingFrequency）”的规定见表4和表5。在该标准中，“设计暴雨重现期”与我国雨水管渠设计重现期相对应；“设计洪水重现期”与我国的内涝防治设计重现期概念相近。

表4 欧盟推荐设计暴雨重现期（Design Storm Frequency）

表5 欧盟推荐设计洪水重现期（Design Flooding Frequency）

    根据我国内涝防治整体现状，各地区应采取渗透、调蓄、设行泄通道和内河整治等措施，积极应对可能出现的超过雨水管渠设计重现期的暴雨，保障城镇安全运行。
4.1.5 在内涝防治设计重现期条件下，城镇排涝能力满足表4.1.4和表4.1.5规定的积水深度和最大允许退水时间时，不应视作内涝；反之，地面积水深度和最大允许积水时间超过规定值时，判为不达标。
    各城市应根据地区重要性等因素，加快基础设施的改造，以达到表4.1.5的最大允许退水时间要求。上海市在全国率先规定雨停后的积水时间，并从最初要求的不大于2h调整到不大于1h；浙江省地方标准对积水时间进行了详细的规定，中心城区重要地区不大于0.5h，中心城区不大于1h，非中心城区不大于2h；常州市的实践经验为雨停后2h排除积水；天津市的排除积水实践经验为降雨强度在30mm/h以下道路不积水，降雨强度在40mm/h～50mm/h雨后1h～3h排除积水，降雨强度在60mm/h～70mm/h雨后3h～6h排除积水，降雨强度超过70mm/h排除积水时间更长。安徽省要求降雨强度在35mm/h以下道路不积水，降雨强度在35mm/h～45mm/h雨后2h排除积水，重要路段及交通枢纽不积水，降雨强度在45mm/h～55mm/h雨后6h内排除积水，降雨强度在55mm/h以上不发生人员伤亡及重大财产损失。表4.1.5的最大允许退水时间是在总结以上城市的实践经验后制定的。
4.1.6 本条为强制性条文，必须严格执行。本条规定以径流量作为地区改建控制指标。地区改建应充分体现海绵城市建设理念，除应执行规划控制的综合径流系数指标外，还应执行径流量控制指标。本条规定改建地区应采取措施确保改建后的径流量不超过原有径流量。条文中所指的径流量为设计雨水径流量峰值，设计重现期包括雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期。改建可采取的综合措施包括建设生物滞留设施、植草沟、绿色屋顶、调蓄池等，人行道、停车场、广场和小区道路等可采用透水铺装，促进雨水下渗，既达到雨水资源综合利用的目的，又不增加径流量。
4.1.7 我国目前采用恒定均匀流推理公式，即用公式（4.1.7）计算雨水设计流最。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，管渠直径的放大、水泵能力的提高，排水系统汇水流域面积逐步扩大，应该修正推理公式的精确度。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，并用数学模型对管网进行管理。美国一些城市规定的推理公式适用的汇水面积范围分别为奥斯汀4km²，芝加哥0.8km²，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雨水管网水力计算。在总结国内外资料的基础上，本标准提出当汇水面积超过2km²时，雨水设计流量应采用数学模型进行确定。
    排水工程设计常用的数学模型一般由降雨模型、产流模型、汇流模型、管网水动力模型等一系列模型组成，涵盖了排水系统的多个环节。数学模型可以考虑同一降雨事件中降雨强度在不同时间和空间的分布情况，因而可以更加准确地反映地表径流的产生过程和径流流量，也便于和后续的管网水动力学模型衔接。
    数学模型中用到的设计暴雨资料包括设计暴雨量和设计暴雨过程，即雨型。设计暴雨量可按城市暴雨强度公式计算，设计暴雨过程可按以下三种方法确定：
    （1）设计暴雨统计模型。结合编制城市暴雨强度公式的采样过程，收集降雨过程资料和雨峰位置，根据常用重现期部分的降雨资料，采用统计分析方法确定设计降雨过程。
    （2）芝加哥降雨模型。根据自记雨量资料统计分析城市暴雨强度公式，同时采集雨峰位置系数，雨峰位置系数取值为降雨雨峰位置除以降雨总历时。
    （3）当地政府认可的降雨模型。采用当地水务部门推荐的设计降雨雨型资料，必要时需做适当修正，并摒弃超过24h的长历时降雨。
    排水工程设计常用的产、汇流计算方法包括扣损法、径流系数法和单位线法（UnitHydrograph）等。扣损法是参考径流形成的物理过程，扣除集水区蒸发、植被截留、低洼地面积蓄和土壤下渗等损失之后所形成径流过程的计算方法。降雨强度和下渗在地面径流的产生过程中具有决定性的作用，而低洼地面积蓄量和蒸发量一般较小，因此在城市暴雨计算中常常被忽略。Horton模型或Green-Ampt模型常被用来描述土壤下渗能力随时间变化的过程。当缺乏详细的土壤下渗系数等资料，或模拟城镇建筑较密集的地区时，可以将汇水面积划分成多个片区，采用径流系数法，即式（4.1.7）计算每个片区产生的径流，然后运用数学模型模拟地面漫流和雨水在管道的流动，以每个管段的最大峰值流量作为设计雨水量。单位线法是指单位时段内均匀分布的单位净雨量在流域出口断面形成的地面径流过程线，利用单位线推求汇流过程线的方法。单位线可根据出流断面的实测流量通过倍比、叠加等数学方法生成，也可以通过解析公式如线性水库模型来获得。目前，单位线法在我国排水工程设计中应用较少。
    采用数学模型进行排水系统设计时，除应按本标准执行外，还应满足当地的设计标准，应对模型的适用条件和假定参数做详细分析和评估。当建立管道系统的数学模型时，应对系统的平面布置、管径和标高等参数进行核实，并运用实测资料对模型进行校正。
4.1.8 建筑小区的开发，应体现低影响开发的理念，应在建筑小区内进行源头控制，而非依赖市政设施的不断扩建并与之适应。本条规定了应严格执行规划控制的综合径流系数，还提出了综合径流系数高于0.7的地区应采用渗透、调蓄等措施。
    可以采用遥感监测、实地勘测等方法核实地面种类的组成和比例。
    表4.1.8-1列出按地面种类分列的径流系数，表4.1.8-2列出按区域情况分列的综合径流系数。国内一些地区采用的综合径流系数见表6，《日本指南》推荐的综合径流系数见表7。

表6 国内一些地区采用的综合径流系数

表7《日本指南》推荐的综合径流系数

4.1.9 目前我国各地已积累了完整的自记雨量记录资料，可采用数理统计法计算确定暴雨强度公式。本条所列的计算公式为我国目前普遍采用的计算公式。
    水文统计学的取样方法有年最大值法和非年最大值法两类，国际上的发展趋势是采用年最大值法。日本在具有20年以上雨量记录的地区采用年最大值法，在不足20年雨量记录的地区采用非年最大值法，年多个样法是非年最大值法中的一种。由于以前国内自记雨量资料不多，因此多采用年多个样法。现在我国许多地区已具有40年以上的自记雨量资料，具备采用年最大值法的条件。所以本条规定具有20年以上自记雨量记录的地区，应采用年最大值法。
4.1.10 近年来城市暴雨内涝成为影响城市健康发展，威胁城市安全的突出问题，强降雨是导致城市暴雨内涝的直接原因之一。暴雨强度公式是反映降雨规律，指导城市排水防涝工程设计和相关设施建设的重要基础，其准确与否直接影响城市排水工程的安全性和与经济性。为此，2014年5月，住房和城乡建设部、中国气象局联合发布《关于做好暴雨强度公式修订有关工作的通知》（建城[2014]66号），要求各地加快暴雨强度公式的制、修订工作，一般情况下应根据降雨特点及时修订。
4.1.11 本标准之前的版本中降雨历时采用的折减系数m是根据苏联的相关研究成果提出的数据。近年来，我国许多地区发生严重内涝，给人民生活和生产造成了极不利影响。为防止或减少类似事件，有必要提高城镇排水管渠设计标准，而采用降雨历时计算公式中的折减系数降低了设计标准。发达国家一般不采用折减系数。为了有效应对日益频发的城镇暴雨内涝灾害，提高我国城镇排水安全性，取消折减系数m。
    根据国内资料，地面集水时间采用的数据大多数不经计算，按经验确定。在地面平坦、地面种类接近、降雨强度相差不大的情况下，地面集水距离是决定集水时间长短的主要因素；地面集水距离的合理范围是50m～150m，采用的集水时间为5min～15min。国外常用的地面集水时间见表8。

表8 国外采用的地面集水时间（min）

Ⅱ 污水量

4.1.12 径流污染控制是海绵城市建设的一个重要指标。因此，污水系统的设计也应将受污染的雨水径流收集、输送至污水厂处理达标后排放，以缓解雨水径流对河道的污染。在英国、美国等国家，无论排水体制采用合流制还是分流制，污水干管和污水厂的设计中都有在处理旱季流量之外，预留部分雨季流量处理的能力，根据当地气候特点、污水系统收集范围、管网质量，雨季设计流量可以是旱季流量的3倍～8倍。
4.1.13 旱季设计流量包括最高日最高时的综合生活污水量和工业废水量。地下水位较高地区，还应考虑入渗地下水量。综合生活污水由居民生活污水和公共建筑污水组成。居民生活污水指居民日常生活中洗涤、冲厕、洗澡等产生的污水。公共建筑污水指娱乐场所、宾馆、浴室、商业网点、学校和办公楼等产生的污水。
4.1.14 按用水定额确定污水定额时，可按用水定额的90％计，建筑内部给排水设施水平不完善的地区可适当降低。
4.1.15 本次标准修订对原规范的综合生活污水量总变化系数进行了调整。编制组研究了上海市80座污水泵站（不含节点泵站、合流污水泵站）2010年至2014年的日运行数据，为了消除雨污混接、泵站预抽空和雨水倒灌等诸多因素的干扰，在分析中剔除了雨天泵站运行数据。对剩余非降雨天运行数据整理和分析后，得到日流量和日变化系数对数值的线性拟合公式：

    鉴于泵站数据无法统计时变化系数，因此仅以日流量变化系数的拟合公式，与《室外排水设计规范》GB50014-2006和国外发达国家的生活污水量总变化系数做了对比，如表9所示。国外大多按照人口总数确定综合生活污水量总变化系数，并设定最小值。计算时，人口P值按250L/（人·d）的用水当量换算为表9中的流量。美国加州规定K值不低于1.8；美国有10个州和加拿大萨斯喀彻温省采用Harrmon公式，加拿大萨斯喀彻温省规定K值不低于2.5；日本和加拿大安大略省采用Rabbitt公式，且规定K值不低于2.0。

表9 综合生活污水量变化系数比较

    由表9可见，拟合公式得到的日变化系数比原规范中的生活污水总变化系数提高了约15％；与美国加州采用的K值计算公式得到的结果十分接近。虽然在100L/s以下流量范围中，拟合公式计算值远低于Harrmon公式与Rabbitt公式计算得到的变化系数值，考虑到变化系数对排水管网和污水厂规模以及投资的影响，暂按此数据调整。
    改建、扩建项目可根据实际条件，经实际流量分析后确定总变化系数。如果按表4.1.15的规定执行时，也可以结合地区整体改造，分期扩建，逐步提高。
4.1.16 我国是一个水资源短缺的国家，城市缺水问题尤为突出，国家对水资源的开发利用和保护十分重视，有关部门制定了各工业的工业取水定额，排水工程设计时，应与之相协调，可以通过循环用水和处理后回用，降低对新鲜水的消耗量。
4.1.18 因当地土质、地下水位、管道和接口材料以及施工质量、管道运行时间等因素的影响，当地下水位高于排水管渠时，排水系统设计应适当考虑入渗地下水量。根据上海地区排水系统地下水渗入情况调研发现，由于降雨充沛、地势平缓、地下水位高和部分区域的流沙性土壤，刚性接口的混凝土管道很容易因为受力不均匀导致接口开裂、错位漏水。
    入渗地下水量宜根据实际测定资料确定，一般按单位管长和管径的入渗地下水量计，也可按平均日综合生活污水和工业废水总量的10％～15％计，还可按每天每单位服务面积入渗的地下水量计。中国市政工程中南设计研究院和广州市市政园林局测定过管径为1000mm～1350mm的新铺钢筋混凝土管入渗地下水量，结果为地下水位高于管底3.2m，入渗量为94m³/（km·d）；地下水位高于管底4.2m，入渗量为196m³/（km·d）；地下水位高于管底6m，入渗量为800m³/（km·d）；地下水位高于管底6.9m，入渗量为1850m³/（km·d）。上海某泵站冬夏两次测定，冬季为3800m³/（km²·d），夏季为6300m³/（km²·d）；《日本指南》规定采用经验数据，按日最大综合污水量的10％～20％计；英国《污水处理厂》BSEN12255建议按观测现有管道的夜间流量进行估算；德国水协DWA标准规定入渗水量不大于0.15L/（hm²·s），如大于则应采取措施减少入渗；美国按0.01m³/（d·mm-km）～1.0m³/（d·mm-km）（mm为管径，km为管长）计，或按0.2m³/（hm²·d）～28m³/（hm²·d）计。
4.1.19 分流制污水系统的雨季设计流量是在旱季设计流量上增加截流雨水量。鉴于保护水环境的要求，控制径流污染，将一部分雨水径流纳入污水系统，进入污水厂处理，雨季设计流量应根据调查资料确定。
4.1.20 截流雨水量应根据受纳水体的环境容量、雨水受污染情况等因素确定。例如，英国南方水务的暴雨溢流控制量中，分流制截留雨水量按2倍旱流污水量确定。
4.1.21 旱季设计流量和雨季设计流量应参照本标准第4.1节相关条文的规定。污水管道在雨季设计流量下校核时，可采用满管流。
4.1.22 设计综合生活污水量Q_d和设计工业废水量Q_m均以平均日流量计。
4.1.23 条文中公式（4.1.23）给出的是截流后污水管道的设计流量，当管道下游有其他污水或者截流的合流污水汇入时，汇入点后污水管道的设计流量应叠加汇入的污水流量。此外，设计中应保证截流并输送到污水厂的流量与下游污水厂的雨季设计流量相匹配，避免厂前溢流。截流后输送至调蓄设施的设计流量应根据本标准第5.14节的有关规定确定。
4.1.24 截流倍数的设置直接影响环境效益和经济效益，其取值应综合考虑受纳水体的水质要求、受纳水体的自净能力、城市类型、人口密度、降雨量和污水系统规模等因素。根据国外资料，英国截流倍数为5，德国为4，美国为1.5～5。截流标准和截流倍数的概念不同，截流倍数是针对某段截流管或截流泵站的设计标准，而截流标准指的是排水系统通过截流、调蓄共同作用达到的合流污水截流目标。日本控制合流制溢流污染时，采用的是1mm/h的截流量加上2mm～4mm的调蓄量；英国南方水务针对合流制排水体制规定，污水厂最大处理流量（FlowtoFillTreatment，FFT）应为旱季生活污水和工业废水流量之和的3倍，再加上最大地下水入渗量，确保整个系统在满足污水量变化的基础上，还能处理25mm以下降雨产生的径流量。此外，污水厂最大处理流量（3倍旱流污水量）和68L/人的厂内调蓄量（或2h峰值流量调蓄）还可以共同实现6.5倍～8倍旱流污水量的暴雨溢流控制量。