2.3 排水、防涝标准和特征水位
城市排水标准和防涝标准分属于两个系统，不同部门、不同行业。在城市内涝治理中，对两个标准不能衔接的质疑较多，似是而非，抑或说认识上有失偏颇。对此，本节作了论述和分析。
2.3.1 相关标准系列
目前，排水标准与防涝标准都包含若干个规范，已形成标准系列；其所含规范可分为国家规范、行业规范、地方规范。所述标准系列，是指排水设计或防涝设计，都需要系统配套应用的各种规范。
由于排水和防涝所承担的角色不同，因此，设计标准就不同。这些规范的制定，由不同的部门，按照各自的专业编制，其中多数为专业性规范。而对于相关的计算手册或导则，各专业也不相同，例如，雨水量的计算，各省、市标准各不相同。
1.排水标准系列
排水标准系列是指与排水相关的规范。目前已有或新编规范有GB 50318《城市排水工程规划规范》、GB 50014《室外排水设计规范》、GB 50015《建筑给水排水设计规范》、CJJ 37《城市道路工程设计规范》、CJJ 75《城市道路绿化规划与设计规范》、CJJ 123《镇（乡）村给水工程技术规程》、CJJ 124《镇（乡）村排水工程技术规程》、《城市内涝防治技术规范》、CJJ 83《城市用地竖向规划规范》、（建设部令第145号）《城市蓝线管理办法》、《城市雨水调蓄工程技术规范》、GB/T 50378《绿色建筑评价标准》、CJJ 48《公园设计规范》等。北京地方标准《城市雨水利用工程技术规程》等，上海地方标准《上海市城市雨水系统专业规划》、《上海城镇雨水利用技术导则》等。
排水标准仅仅是针对排水管渠和泵站等雨水设施而言。对于城市内涝防治、城市排水系统应对超标雨水等，排水标准则没有明确的要求和规划标准。对城市初期雨水污染、雨水综合利用等方面也没有具体的要求和技术标准。这方面应执行其他相应的规范，如GB 18918《污水综合排放标准》、《上海市污水综合排放标准》。简言之，排水是以执行GB 50014《室外排水设计规范》和GB 50318《城市排水工程规划规范》为主。
2.防涝标准系列
防涝标准系列是指与城市防涝、防洪和工程建设相关的规范。城市防涝规范主要有《中华人民共和国防洪法》、GB 50201《防洪标准》、GB/T 50805《城市防洪工程设计规范》、GB 50513《城市水系规划规范》、SL 431《城市水系规划导则》、GB 50707《河道整治设计规范》、GB 50288《灌溉与排水工程设计规范》、GB 50286《堤防工程设计规范》、GB 50265《泵站设计规范》、SL 44《水利水电工程设计洪水计算规范》等。
城市防涝与防洪相依相伴，因此设计中，防涝标准离不开防洪规范。
3.标准间的关系和性质
上述排水标准系列、防涝标准系列，各自都具有相关性、集合性和整体性。相互关联，相互补充，从而构成排水标准、防涝标准完整的统一体。
（1）相关性。标准体系内各单元（规范）相互联系而又相互作用，相互制约而又相互依赖，它们之间任何一个发生变化，其他有关单元（规范）都要作相应地调整和改变。
（2）集合性。标准体系是由两个以上的可以相互区别的单元（规范）有机地结合起来完成某一功能的综合体，随着现代社会的发展，标准体系的集合性日益明显，任何一个孤立标准几乎很难独自发挥效应。
（3）整体性。标准体系是构建标准的一个主要出发点。在一个标准体系中，标准的效应除了直接产生于各个标准自身之外，还需要从构成该标准体系的标准集合之间的相互作用中得到。构成标准体系的各规范，并不是独立的要素，规范之间相互联系、相互作用、相互约束、相互补充，从而构成一个完整的统一体。
4.规范的综合应用实例解析
以下通过实例，阐述规范的综合应用，以此说明标准的特性和相互关系。该实例一共要用到6个以上的规范，均为水利行业标准，且与排水标准完全不同。
【实例】 上海市蕰南防涝片（简称：蕰南片）水系规划。
解析：上海市蕰南防涝片规划主要内容有防涝和防洪，涉及规范的综合应用，按照规划内容需分步进行，每一项内容都涉及若干个规范的应用，以下不具体介绍规划内容，只阐述规划中所采用的规范，综合应用规范，以及规范间的相互关系。
（1）确定区域防洪、防涝标准。确定工程等别，按照GB 50201《防洪标准》，该片防护等级为Ⅰ等。根据《上海市水利规划报告》确定的排涝标准，防涝片（堤防圈围）内设计排涝标准为20年一遇24h暴雨一天排干不成灾。我国颁布实施的GB 50201《防洪标准》中规定，城市等别和防洪标准依据城市的重要性来划定，其重要性主要以非农业人口来划分，共分为4等，详见表2-4。
表2-4 城市等别和防洪标准
由表2-4可知，城市防洪标准与保护人口的多少有关，但城市可以根据河流和地形特点来分区设防，分区设防保护人口远小于城市的总人口；对于可以分区设防的城市，规范中允许选用不同的防洪标准。因此，在城市防洪设计中就要考虑防洪标准是按分区设防考虑还是整体考虑。在套用规范标准时，如按分区设防考虑往往降低了整个城市的设防标准，按整体保护人口考虑，对于可以分区设防的城市则又提高了分区的设防标准，对此防洪标准的选择具有很大的灵活性。
城市防洪标准应因地制宜，但为了有明确的可操作性，城市防洪标准的确定，首先应以非农业人口数量来划分，再根据经济效益、政治社会效益来综合确定。城市即使有分区设防的条件，但是不同城区居民的生活、工作互相影响，城市的交通、供水、供电一旦有一城区受洪灾，势必影响其他城区。另外个别城区情况特殊，从经济效益、政治社会效益考虑，可以提高或降低设防标准。
（2）确定防涝片水面积。水面积是影响区域排涝最高水位的一个极为重要的因素，也是影响选择排水区雨水排水模式和防涝片除涝方案的关键因素之一，根据水面率在开发过程中不减少的原则以及河网除涝计算结论，结合防涝片内现状水面率情况，提出片内河湖水面率，有条件的地区应适当增加水面积，以提高地区的蓄排除涝能力。
按照GB 50513《城市水系规划规范》规定“水系改造应尊重自然、尊重历史，保持现有水系结构的完整性。水系改造不得减少现状水域面积总量和跨排水系统调剂水域面积指标。”据此，蕰南防涝片水域面积率应为8%～12%。
蕰南片行政区划包括杨浦区、虹口区、闸北区三区以及普陀区、宝山区部分区域，总面积173.37km2，城市化面积近100%。蕰南片内现有湖泊48个；河湖面积共4.04km2，水域面积率为2.33%，小于规范要求；因是老城区，居住密集，扩大水面积有一定困难，有待于大力实施低影响开发雨水系统构建，弥补水域面积率的不足。
（3）确定防涝片外围堤防及防汛墙设计标准。按照GB 50201《防洪标准》、GB/T 50805《城市防洪工程设计规范》和GB 50286《堤防工程设计规范》，蕰南片的黄浦江侧防汛墙为Ⅰ等1级，苏州河防汛墙为Ⅱ等1级，蕰藻浜、桃浦河—木渎港河道防汛墙为Ⅱ等2级。
（4）确定防涝片内河道、湖泊及排涝泵闸规模。通过河网水利模型排水除涝模拟计算，按照输水、引水、排水功能来拟定水闸规模，按输水、引、排、调蓄功能来拟定和验算河道、湖泊规模和数量，通过引水、排涝多方案反复调整模拟计算后，满足引水、除涝规划标准所确定的规划骨干河道、湖泊、水闸工程规模。综合考虑河道、水闸、泵站规模及水面率不同条件下的排水除涝方案，按照推荐的上述河湖水闸工程规模及布局，进行规划标准条件下的排水除涝计算。
内河布局尽量保证小区雨水能分散、就近排入内河，并通过河网系统顺利汇集；为确保开发区管网系统雨水能顺利排入内河，圩内河道最大间距为1.5～2.0km；为沟通圩区内河道，各圩区原则上设主河一条，主河底宽12m，大于一般河道底宽8m。为改善泵站前池水流条件，提高泵站运行效率，设置4m3/s泵站的河道按底宽12m设计；同时内河布局中充分利用现有水利设施，考虑与现有泵闸、公路桥相衔接，以减少工程投资。
对于抽排标准，标准定得越高，抽排流量就越大，相应泵站装机容量就越多，投资就越大。因此，必须科学地选取抽排标准。选择抽排标准时，应根据各排水区支流的地形、出水口高程和关闸后外江涨水到退水开闸这一过程，即按雨洪同期遭遇的排频标准计算选取，但对于城市，由于支流较多，排水区划分太多，这样做工作量较大。一般取某一排水区支流的排水口关闸水位（防汛要求），关闸后外河涨水到退水开闸，根据此过程统一计算雨洪同期遭遇不同频率不同时间组合的设计暴雨量，再根据这一设计暴雨量和各排涝区不允许淹没的范围、调蓄容积及排涝区内表面硬化情况，计算确定各排涝区抽排流量。这样做，对于排水口高程及关闸水位较高的排涝区，计算确定的抽排流量可能偏大，泵站排涝可能偏于安全；对于排水口高程及关闸水位较低的排涝区，计算确定的抽排流量可能偏小，泵站排涝可能偏于不安全，但相对规范而言还是比较科学的。
5.排水、防涝相对应于标准
在排水、防涝系统的框架下，不同的城市区域内，一个防涝片只能对应一个标准，其取决于城市规模和人口数量。同一个防涝片内不同的排水区，可能存在若干个标准，其取决于城区类型，见图2-7。
一般城市排水标准设计重现期为2年一遇～5年一遇，重点地区为5年一遇～10年一遇，设计降雨历时一般不超过2h。城市内涝防治标准设计重现期一般城市应为20年一遇至30年一遇，重要城市内涝防治标准应为30年一遇至100年一遇。城市防涝系统汇流时间一般不会超过 24h。
图2-7 标准与排水防涝系统解析图
从图2-7可以看出，防涝片包含若干个排水区，防涝系统是一个综合系统，排水区只是防涝片中的一部分。显而易见，两者虽然处于一个大系统中，但是所包含的内容不同，且排水区被防涝片所包含，因此，其设计标准比防涝片的设计标准要低。
换句话说，排水区主要是解决城市常规的降雨问题，因此，设计标准较防涝标准低；城市防涝工程重点是应对城市暴雨，对应的范围大，因此设计标准高。
其次，两个系统的设计重现期，在实际设计过程中可根据情况调整。选择的总体目标，应保证能够应对高重现期设计降雨事件的峰值流量，确保地表径流的深度、速度等在可接受的标准范围之内。
2.3.2 排水标准与防涝标准相关性分析
1.两个标准无法直接衔接
（1）背景条件。目前，排水标准与防涝标准都是自成体系，无法直接衔接。国内各城市采用的排涝标准与排水标准，在暴雨选样和设计暴雨历时等方面存在较大差异。过去在实际工程的规划设计中，未充分考虑到防涝系统和排水系统互为“边界条件”的影响，如防涝系统中的内河水位与排水系统中的管网出流能力互为边界条件，导致两个标准之间缺乏合理衔接。两个标准无法衔接的现状，影响到城市排水工程与防涝工程的有效连接和沟通。
城市防涝与城市排水，分别遵循不同的行业规范，隶属于不同的管理部门，各成体系，从设计暴雨选择、设计暴雨历时、排涝历时、产汇流计算等各方面存在着较大差别。
（2）问题原因。防涝系统及排水系统分别遵循不同的行业标准及规范，在设计暴雨选样、设计暴雨历时等方面存在很多差异，各自形成独立的方法体系，造成两者的计算结果难以协调统一。
由于城市不同区域的排水特性和下垫面特性差异性大，且防涝标准与排水标准的服务范围及应对对象不同，既有的研究成果表明，排水标准与防涝标准做到理论上的数值“相当”很困难。
城市防涝与排水设计均以一定频率的设计暴雨推求设计流量，由于暴雨选样方法、由设计暴雨推求设计流量的产汇流计算方法不同，分析所得的设计暴雨、流量也不相同，导致城市管渠排水流量与城市排涝流量不衔接。
（3）排水、防涝标准比较。前已述及，排水工程主要是解决城市常规的降雨问题，因此，设计标准较防涝标准低。城市防涝工程重点是应对城市暴雨，对应的范围大，因此设计标准高。
城市防涝标准的确定，一般是根据当地社会经济发展水平，充分考虑当地的自然环境和排水条件，在城市排水管网设计标准和城市防洪设计标准之间取值。
城市防涝标准的合理确定，是城市排水、防涝工程体系规划建设的关键。而城市排水防涝工程体系，是由城市排水系统（雨水管网、雨水泵站等）和城市排涝系统（含河道、蓄滞洪区等）共同组成；因此，防涝标准受排涝系统和排水系统两者共同制约。
反映在重现期上，排水区是小范围，独立的，所采用重现期应低；防涝片为大范围，所采用重现期应高。标准关系及对比分析详见表2-5。
表2-5 标准关系及对比分析
2.排水标准与防涝标准相关性分析
（1）排水范围不同。内河河网是解决较大汇流面积上较长历时暴雨产生的涝水排放问题，其不但含有城市建成区，还包括农田区，排涝分区一般按照下垫面条件、地势高低、河网布局，排涝设施能力、承泄区规模等因素进行排涝分区划分。
市政雨水管网是解决小汇流面积上短历时暴雨产生的排水问题，一般以路网、小区大小等因素进行排水分区的划分，且仅针对城市建成区。
（2）工程措施不同。城市排涝工程措施一般分为“外挡、中疏、下排”，以堤防、河道、湖泊、水闸、泵站等工程措施为主，建设规模一般较大，且强调排涝体系建设，发挥蓄水、输水、排水的综合效益，工程规模相互之间有密切关系。
城市排水工程则由地面返坡、落水井、雨水管网等排水设施组成，雨水管网一般分为总管和支管，管道规模主要以汇水范围大小而定，管道和管道之间的规模基本无联系。
（3）设计标准不同。目前在应用的设计规范中，尚未有针对城市排涝设计标准的明确规定，但是GB/T 50805《城市防洪工程设计规范》中明确了城市涝水的设计标准，其以保护对象的重要程度和保护区人口为判别标准，以暴雨的重现期表示涝水的设计标准，一般为 10年一遇～20年一遇，城市治涝设计暴雨的历时和涝水排出时间，应根据地貌特征、暴雨特性、河网与湖泊的调蓄情况，经论证确定。
根据GB 50014《室外排水设计规范》规定，排水管网采用的是用暴雨强度公式计算的一定重现期的流量作为设计标准，设计标准一般采用2～3a，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般采用3～5a。暴雨历时多为5～120min，其不考虑雨水的滞蓄，因此排水时间要求不积水。
（4）计算方法不同。城市排涝暴雨选样是采用年最大值法，暴雨通常以24h、72h 为控制时段，具体排涝计算中以控制时段为基准，进行暴雨的时程分配，分配时段多采用1～3h，方法多采用衰减指数法、典型暴雨法等。
排水管网设计暴雨强度主要采用各地区的暴雨强度公式，一般采用年多个样法，有条件的地区才采用年最大值法。
城市排水和城市防涝相关性分析，见表2-6。
综上所述，城市排涝与排水标准在计算方法上的不同，可能带来按两种方法确定的排涝、排水设施是否相适应，即能否满足排除同一场暴雨的问题。因此，有必要探讨排水和排涝各自采用设计重现期的衔接问题，以保证排水区小区域的雨水流量，能够同防涝片大区域的排涝流量相匹配。使同一场暴雨能够顺利地从城区雨水管渠进入内河，最后汇集到排水口由排涝闸自排或由排涝泵站抽排至外围承泄区。
表2-6 城市排水与城市防涝相关性分析
排水设计中，由于排水管网汇水面积较小，调蓄能力较弱，基本没有滞蓄库容，涝灾多由短历时暴雨形成，其设计暴雨历时一般小于2h。排涝设计一般针对较大汇水面积，考虑河、湖、沟塘等调蓄能力，其设计暴雨历时远大于排水的管道设计，一般取2～24h的长历时暴雨作为其设计暴雨历时。
3.排水标准与防涝标准相互转换关系
由于城市排水选样采用的是次频率，城市防涝选样采用的是年最大值法；选样方法不同，导致两者在重现期相同时，暴雨强度却不同。为了确定排水系统和防涝系统相互匹配的关系，实现城市排水标准与排涝标准的有效衔接，许多专家学者对两者之间的关系进行了研究，提出按概率计算，年最大值法与年多个样法的频率关系为：
式中 PM——年最大值法选样的概率；
PE——年多个样法选样的概率。
按重现期TM=1/PM， TE=1/PE，代入式（2-1） 得：
对式（2-2） 两边取对数，整理得年最大值法与年多个样法的重现期关系式为：
根据公式（2-3） 计算出的TE与TM的关系见重现期的转换表2-7。
表2-7 重现期转换及分析表
上述概率计算表明，只有当T不小于10 a 时，两种选样方法所得的暴雨强度相差小于等于5.2%，比较相近，其差值基本符合工程设计对允许误差的要求。