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2021年11月29日
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城市内涝
时间:2021-07-16 11:53:54  来源:城市化网 
什么是城市内涝
  城市内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生一定程度的积水,影响城市交通和产生其它灾害的现象。

形成原因[1]
       城市内涝原因非常复杂。不同城市有不同的原因,同一城市不同地段的原因可能也有差别。但暴雨强度超标、排水条件的不利变化、对城市排水重视不够、应急管理准备不足是具有普遍性的问题。

  1、暴雨强度超过城市排水设计标准

       城市排水有一定的标准。标准的高低,取决于社会经济条件、受淹后造成的损失等多种因素。我国排水规范几经修改,排水标准不断提高。

       现行城市排水管网规划设计标准是:城市一般地区1-3年一遇,重要地区3-5年一遇,特别重要的地区还可更高。在排水管网设计方面,我国排水标准与发达国家相比差距不大,并且现行的排水规划规范正在修订。

       按照一定排水标准设计的城市排水系统,当发生小于或等于设计标准的暴雨时,城市不会积水;当发生大于设计标准的暴雨时,就可能发生积水。积水的范围、深度、持续时间不但与暴雨超标幅度有关,而且与城市的地形、水系、洪(潮)水位等排水条件有关。

       我国近年来在北京、天津、上海、广州、济南、杭州等城市发生的内涝,首先是因为暴雨强度超过了设计标准。以北京为例,重现期为1年、3年、5年对应的最大1小时雨量分别是36毫米、50毫米和56毫米,而近几年发生的几次内涝,最大1小时雨量都在50毫米以上。例如,2011年6月23日暴雨,个别地段1小时最大降雨量高达128毫米,按照北京市的暴雨强度公式推算,其重现期远远超过100年。2012年7月21日暴雨,有20个雨量站最大1小时雨量超过70毫米,重现期超过20年。

       需要说明的是,城市排水设施的设计重现期与水利部门计算江河流域洪水采用的重现期有很大差别。在城市内,每个与河流、湖塘等受纳水体连接的排水出口,其汇水面积一般不会太大。因此,城市排水设计关注的是短历时暴雨强度。在统计分析中,暴雨是在5-120分钟之间分9个时段选样。而水利部门计算江河洪水时,由于汇水面积一般较大,选择的降雨历时都在120分钟以上,通常是考虑24小时、1日、3日甚至更长。根据概率统计原理,不同选样方法统计分析出的概率(或重现期)是不可比的。

  2、排水条件发生了一些关键性的不利变化

      最近三十年,是我国城市化高速发展时期,城市建设用地成倍增长,排水条件发生了许多变化。其中,对城市排水影响最大的是下垫面和排水通道变化。

  ——下垫面变化

      在天然状况下,平原地区径流系数一般小于0.2,而变为城市后,综合径流系数一般大于0.5。也就是说,城市化后同样的降雨,径流提高了一倍以上。当然,这种变化在城市排水管网设计时已经考虑。对城市排水影响最大的是大量水面及洼地被占用。我国长三角、珠三角等沿海地区,地形十分平缓,天然状态下水网发达,变为城市建设用地后,水面率普遍降低,给城市排水造成径流量增加、调蓄能力下降的双重压力。这是近年来城市内涝频繁发生的重要原因。

  ——排水通道变化

      城市内部和周边的天然水系、人工明渠是承接城市排水管网雨水的后续排水通道,其排水能力大小、水位高低对城市排水极为重要。在城市化过程中,天然水系被不同程度占用。保留的水系,要么不进行任何整治,任其作为生活垃圾、建筑垃圾、采石废料等的堆放场所;要么在河流上建设闸门、橡胶坝等控制设施拦截河水提高水位。有的城市甚至占用行洪断面搞开发建设。所有这些变化都会导致相同降雨条件下排水通道水位抬高。

       对于自流排水的城市管网系统,如果后续的排水通道水位过高,出口受阻,必将影响管网排水能力甚至完全丧失排水能力。用近年来出现的超标暴雨进行雨水流量过程计算后不难验证,按照现行标准建设的城市排水管网,如果排水出口顺畅,城市积水的范围、深度、持续时间不会太严重。积水范围大、持续时间长的城市内涝,往往都存在受纳水体水位过高而导致的排水出口不畅问题。

  3、对城市排水重视不够

      城市排水设施多数属于地下工程,“重地上,轻地下”是各个城市建设过程中的普遍现象。在资金有限的情况下,建设重点往往放在看得见、能够提升城市形象的地面工程上。而对包括排水工程在内的地下工程,在建设时序、工程质量管控、日常维护管理等方面还没有得到足够重视。以维护管理为例,目前不少城市连现状地下管线信息都不清楚,更谈不上从中发现问题,找出薄弱环节,有针对性地及时解决问题。曾经发生的多起施工过程中地下管线被破坏的事故,就与管线位置不清有直接关系。

  4、应对超标暴雨准备不足

       排水工程按照一定标准规划设计就会有超标情况发生。但在超标情况下,不能把所有损失都视为正常,而应该积极应对,将损失减小到最低程度。目前我们在应对超标暴雨方面,明显存在准备不足的问题。

  在规划阶段,当发生不同级别的超标暴雨,各个排水分区有多少雨水不能及时排出,应该暂存在什么地方不会造成损失或损失最小,很少受到重视。规划阶段缺乏预控和引导,超标暴雨发生时,多余的雨水只能沿地面由高处向低处汇集。如果重要道路、建筑、物资正好处于低洼地段,必然造成严重影响和损失。
  
  此外,应急阶段的预判和组织协调能力也至关重要。发生在北京的“7.21”洪涝灾害,是对应急能力的一次全方位检验。有经验也有教训。

  实际上,对超标暴雨准备不足,才是我们与发达国家之间的明显差距。

解决对策[1]

  1、做好规划基础工作

  ——尽快修订城市暴雨强度公式

       我国许多城市的暴雨强度公式是上世纪八十年代制定。当时能够获得的暴雨资料年限一般不超过30年,只能基本达到统计分析的要求。时隔30年,绝大多数城市的暴雨强度公式一直没有修订。

       根据概率统计原理,资料年限越长,样本越多,统计分析结果的准确性越高。最近十多年,极端天气频繁发生,如果将这些极端天气的暴雨资料参与暴雨强度公式的统计分析,同一重现期相同降雨历时的暴雨强度可能有显著变化。

       暴雨强度公式之所以长时间没有修订,主观原因是对这项工作重视不够,客观原因是这项工作非常繁琐。要从几十年若干场降雨资料中分9个时段,每年挑选出1个最大或多个排在最前的暴雨进行统计分析,的确是一项费时费力的艰苦工作,需要相关部门的大力支持,专业人员的积极参与。

       另一个可能的原因是对城市雨水流量计算方法的质疑。实际上,现行的城市雨水流量计算,从原理上看完全符合水文学的基本原理,计算过程中的概化处理也在合理范围。在没有更好的方法之前,现行计算方法至少在目前是可行的。当然,我们应该鼓励探索新的方法,但任何新方法都应当从科学性和实用性方面进行验证后,才能在工程实践中推广应用。

  ——尽快启动城市地下管网普查

       城市地下管网不清,既影响日常的维护管理,又影响规划质量。如果不掌握管线的具体位置、断面尺寸、埋设深度、管材、建设时间,在规划过程中很难对现状管网进行准确的分析判断,找出存在的问题,提出合理的解决方案,也很难就新建管线与现状管线之间的衔接做出合理的安排。与暴雨强度公式修订一样,城市地下管网普查也是一项量大面广的工作,同样需要相关部门的大力支持。

  2、积极推进城市排水专项规划编制

      按照目前的城市规划编制体系,法定的城市排水规划是城市总体规划和详细规划中的排水专业规划。在总体规划阶段,排水专业规划的主要任务是确定排水体制和排水标准、划分排水分区、提出排水工程布局方案。在详细规划阶段,排水专业规划的主要任务是落实总体规划提出的排水设施具体位置,完善排水管网系统,计算流量及管径。

       从编制内容和深度看,总体规划阶段的排水专业规划虽然覆盖面大,但深度不够;详细规划阶段的排水专业规划虽然细,但系统性差。要在总体规划阶段深化排水专业规划,又受到时间进度、资料条件、专业协调等多方面限制。为了解决这些矛盾,一些城市在总体规划编制过程中或总体规划之后单独组织编制了排水专项规划,取得了良好效果。在水污染防治和内涝防治形势严峻的城市应该积极推进排水专项规划编制。

  3、加强重点问题的分析研究

  ——城市排水条件

       地形和水系直接影响排水方案,是最为重要的排水条件。编制城市排水规划,必须掌握水系的走向、流域范围、汇水面积、不同频率洪水位及其与城市建设用地的高差关系、高水位的持续时间、城市内部水系的河底高程等资料。沿海城市还应该掌握当地的海潮潮型、潮差、不同频率的高潮水位及其与城市建设用地的高差关系。要通过这些资料的分析研究,判断城市建设用地是否存在排水困难的低洼区以及低洼区范围;提出水系的规划控制方案和城市建设用地的布局建议。

  ——排水分区

       由于地形和水系分割以及建设时序的要求,一个城市往往要划分成若干个排水分区。排水分区是否合理,直接关系到内涝风险和工程投资,必须认真对待。事实上,城市内涝问题或多或少都与排水分区不合理,低洼区排水负担过重有关。从防治城市内涝的角度考虑,最大限度地做到“高水高排,低水低排”,是划分排水分区最重要的原则。具体到每个城市该如何划分,应该根据当地排水条件确定。一般而言,在地形变化较大并且沿江地势低平的山地丘陵城市,地势低平的地段与地势较高的地段不能划在同一排水分区;城市周边的山洪,要合理安排出路,不能进入城市地下排水管网系统。平原水网地区的城市,要尽可能将城市排水系统同周边的农田排水系统分开,防止周边雨水进入城市。

  ——低洼区排水

       低洼区是指地势低平、地面高程与江河水位高差较小、排水困难的地区。编制城市排水规划,必须对低洼区排水进行专门研究,提出解决方案。解决城市低洼区排水,大体有填方、调蓄、强排三种措施,并且这三种措施通常都是综合使用。科学合理的低洼区排水方案,需要根据地下水位高低、土方量大小、土方来源及单价、设置调蓄水面的用地条件、建设泵站的投资及运行维护费用等多种因素综合比较确定。

  ——排水通道

       编制城市排水规划,不但要关注由排水管网构成的小系统,而且必须重视由河湖水系构成的大系统。城市内部及周边的河道在暴雨期间是否畅通、水位变化过程,直接关系到城市排水管网排水能力的发挥。要根据每条河道的汇水面积计算不同频率的洪水流量,根据河道的纵横断面、现有和规划的控制设施计算排水能力。对于排水能力不足,严重影响城市排水的河道,要提出应对措施。

  ——超标暴雨应对

       编制城市排水规划,不但要确定排水标准,按照排水标准规划建设排水设施,而且还要考虑超标暴雨可能造成的灾害,提出对策。首先,要分析计算各排水分区发生不同级别超标暴雨时,有多少水量依靠正常的排水设施不能排出?这些多余的水量会在哪些地段形成积水?积水的深度和持续时间大致是多少?其次,要分析积水可能的风险,即可能的经济损失、社会影响甚至人员伤亡。如果存在较大风险,要提出降低风险的对策措施。例如,提高排水标准,调整用地布局等。

  4、采取综合措施降低洪涝风险

  ——合理选择城市建设用地

       2012年北京7月21日发生在房山区的严重灾害再次显示了某些自然现象的无情与威力,反过来也说明无论标准多高的工程设施在某些灾害面前都可能不堪一击。因此,在城市总体规划中,必须分析包括洪涝灾害在内的各种自然灾害风险,避开高风险区。

  ——合理安排建设用地

       在规划建设用地范围内,自然灾害的风险程度通常存在差异。城市用地布局要考虑发生灾害后可能造成的损失和影响,合理利用这种差异,将重要建筑和设施布置在风险相对较低的地段,将风险相对较高的地段用于绿化,低洼地段还可开辟人工水面。城市竖向规划设计要妥善处理好各种用地的竖向关系,重要程度不同的场地要保持一定高差。如果用地布局合理、竖向处理得当,发生超标暴雨时城市某些地段可能受淹,甚至可能长时间受淹,但不一定造成灾害。

  ——从源头上控制径流量

       在径流控制方面,国外倡导的低冲击开发模式、雨洪利用理念值得借鉴。这些理念体现在总体规划中,主要是控制用地结构。城市绿地、水面等径流系数很小或具有调蓄作用的用地应该保持适度比例。在详细规划中,要落实总体规划的相关规定,从便于雨水收集、下渗的角度处理好各类用地的竖向关系,提出建筑屋顶、室外场地、配套雨水调蓄设施等方面的建设要求。

       研究表明,从源头上控制径流量,对缓解水资源供需矛盾、控制初期雨水污染、改善城市排水条件都具有显著作用。在改善排水条件方面,如果每公顷建设用地配套100立方米蓄水设施(洼地、人工蓄水池等),相当于截留了10毫米径流量或20毫米左右降雨量。以北京为例,减少10毫米径流量大致相当于现有1年一遇的排水管道可以承受5年一遇的暴雨。

  总之,城市内涝防治是一项复杂的系统工程。以上仅仅是做好城市内涝防治在规划编制方面的一些思考。规划措施的落实,规划目标的实现,在其他环节还有许多工作要做。


《关于加强城市内涝治理的实施意见》

       2021年4月,国务院办公厅印发《关于加强城市内涝治理的实施意见》,从三个方面部署了重点工作任务。一是系统建设城市排水防涝工程体系。实施河湖水系和生态空间治理与修复、管网和泵站建设与改造、排涝通道建设、雨水源头减排工程、防洪提升工程。二是提升城市排水防涝工作管理水平。强化日常维护,汛前要全面开展隐患排查和整治,清疏养护排水设施,实行洪涝“联排联调”,提升应急管理水平,加强专业队伍建设,加强智慧平台建设。三是统筹推进城市内涝治理工作。加快开工建设一批内涝治理重大项目,强化监督执法。

       详见《关于加强城市内涝治理的实施意见》


国际经验

  1、千叶县


       千叶县的雨水调蓄设施主要由湿地、跑步道、草坪广场和游戏广场等雨水可渗入的设施组成。周围堤岸上设计保留了原有的地形、地貌和植被、植物。湿地周边水生植物茂盛,坡面上做了绿化,在保持良好净化作用的同时使景色清新自然,吸引了附近居民和儿童前来休闲、玩耍。


       在枯水期,景观池维持整个调蓄设施中的亲水区域,人们可以到这里来散步、娱乐和休闲;在丰水期,当暴雨来临时,警报提醒游人疏散,此时的游戏广场、草坪广场作为雨水调蓄渗透塘进行蓄水,暴雨过后储蓄的雨水下渗,在削减洪峰流量的同时补充地下水源。


       2、汉堡


       在德国汉堡,城市有容量很大的地下调蓄库,在洪水期有很强的调度水量能力。这种大规模的城市地下蓄水,既保证汛期排水通畅,又实现了雨水的合理利用。


       德国推广的新型雨水处理系统——“洼地—渗渠系统”,是包括各个就地设置的洼地、渗渠等组成的设施。这些设施与带有孔洞的排水管道连接,形成一个分散的雨水处理系统。


       通过雨水在低洼草地中短期储存和在渗渠中的长期储存,保证尽可能多的雨水得以下渗,不仅大大减少了雨洪暴雨径流,同时由于及时补充了地下水,可以防止地面沉降,从而使城市水文生态系统形成良性循环。


参考资料
      1、杨明松.城市内涝问题及其规划对策.《城市化》杂志 2012年第七、八期合刊
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