2012年7月21日,北京市遭遇新中国成立以来最大一次降雨过程。全市平均降雨量170毫米,城区平均降雨量215毫米。其中暴雨中心房山区河北镇日雨量541毫米,最大小时雨量95毫米。全市小时雨量超过50毫米的站数多达51个站,小时雨量超过70毫米的站数多达19个站。
“7·21”特大自然灾害给北京市城市运行造成了严重影响,给人民群众生命财产带来了严重损失。全市受灾人口119.28万人,因洪涝灾害造成的直接经济损失118.35亿元。截至8月7日,全市范围内共发现79具遇难者遗体。
北京市“7·21”特大自然灾害引起了强烈的社会反响和广泛热烈的讨论。不同行业的专家、学者和普通民众都通过各类媒体表达了对事件的看法。对媒体的意见梳理后发现,较为集中地反映在对城市排水系统没做好,排水标准不够高,设施不够完善,政府不够重视地下排水设施建设等方面。
本文对我国这些年城市频繁内涝的原因进行了粗浅的分析,并在此基础上提出若干解决城市内涝问题的对策,以期对大家有所启发。
1 中国城市内涝问题现状
近年来,城市内涝频率高,相对集中在城市特别是大中城市。根据住房和城乡建设部2010年对全国351个设市城市的内涝情况调研的结果,近年来城市内涝灾害频发,呈现出发生范围广、积水深度大、积水时间长的特点,不仅造成了巨大的经济损失,还严重威胁城市安全。据统计,2008年以来,有213个城市发生过不同程度的积水内涝,占调查城市的62%;内涝灾害超过3次以上的城市就有137个;内涝灾害最大积水深度超过50厘米的城市占74.6%,积水深度超过15厘米的多达90%;积水时间超过半小时的城市占78.9%,其中有57个城市的最大积水时间超过12小时。
根据北京市水务局的统计,北京市过去三年的城市积水点分别为79个、58个和70个。北京市近些年影响比较大的内涝包括2004年“7·10”、2011年“6·23”和2012年“7·21”。
城市内涝问题的频频发生,严重影响到城市的正常运行,造成了巨大财产损失乃至人员伤亡,社会影响十分恶劣。
2 城市内涝灾害的原因浅析
中国城市内涝的频繁发生,主要有以下几个原因:
2.1 城市排水大系统缺乏
西方发达国家排水系统有两套,第一套叫小排水系统(minor system),这个相当于我们常说的管道排水系统,一般应对城市常见的暴雨;另外它有一个大排水系统(major system),主要是为了应对超过城市管网设计重现期的暴雨,也就是解决我们通常所说的城市内涝问题。
大排水系统对我们可能稍微陌生一些,它主要包括一些开敞的干沟、经过规划预留出的一些道路、路边的绿地、草沟,一些人工规划的蓄水池、滞水池等,还有一些地表排水不太现实的地方所做的大型排水隧道。比较典型的工程有伦敦泰晤士河排水隧道、芝加哥的深隧排水系统和日本江户川隧道工程等。
中国排水系统一直沿用前苏联模式,城市排水系统主要是以地下管渠为主,城市排水系统缺乏内涝防治体系,没有对超过管道重现期的雨水的通道和储存问题进行系统考虑。
2.2 排水标准太低
由于历史等原因,中国排水系统一直沿用前苏联的模式。中国大部分地区属于季风性气候,降雨量时间分布非常不均,如北京7、8月份的多年平均降雨占全年多年平均降雨量的57%,这与莫斯科这种高寒少雨而且降雨相对比较均衡的降雨特征相差甚大。
中国城市在仅有小排水系统的情况下,城市排水管道的设计标准还不高。1975年我国的排水标准规定为0.33-2年一遇;1987年改为0.5-3年一遇;1997年修订时首次将城市排水分为一般地区和重要地区,标准为一般地区0.5-3年,重要地区2-5年;2006年被修订为一般地区0.5-3年,重要地区3-5年;2011年最新版《室外排水系统设计规范》中要求,一般地区排水重现期为1-3年,重要地区3-5年。
在实际工程建设过程中,大部分城市为了节约资金,普遍采取标准规范的下限、甚至低于最低设计标准。根据住房和城乡建设部的调查,老城区一般地区,排水重现期需要1-3年的地区,80%左右都取1年一遇的标准;老城区重要地区,排水重现期需要取3-5年的,90%左右的城市都是按照3年一遇的重现期执行。目前,70%以上的城市排水系统建设的重现期标准小于1年,近90%老城区的重点区域甚至低于规范规定的下限。
相比之下,欧洲、美国、加拿大和澳大利亚等地通过双排水系统,可以较好地解决城市排水与内涝问题,他们解决常见降雨的城市小排水系统(管道排水系统)的设计标准一般为2-10年一遇,以5年最为常见。以解决内涝为目标的大排水系统设计标准一般为50-100年一遇,其中以100年最为常见。
在管道排水标准本来就不高,很多城市都达不到这个标准,达到的也大多是执行标准下限,而且又缺乏大排水系统的前提下,我们的城市在大暴雨面前就显得非常脆弱。国外的城市能够有效应对100年一遇的降雨,而我们的很多城市遭遇3年一遇的暴雨都可能造成城市瘫痪,甚至造成重大经济损失。
2.3 河湖水系等受纳水体减少
过去10年,我国城市建设规模速度很快,城市建设导致很多河湖水系被填埋,削弱了城市对雨水的调节和接纳能力。有些地方为了城市美观,短视地把城市明河改为暗沟,也明显降低了城市雨水的通行能力。
北京市1965-1985年间,将前三门,西、东和北护城河首段共18.8公里,改为暗沟,大大降低了对大重现期暴雨的雨洪的通行能力。莲花池原来蓄水量28万立方米,1970年修铁路将湖西南角填埋,之后陆续填,现在已无蓄滞水功能。玉渊潭至1765年成为北京受纳西郊水的大水库,文革前库容160万立方米,现在库容已经不足60万立方米。北京市的海淀区以前有很多湿地和稻田,对降雨径流能够起到很好的缓冲和蓄滞作用。现在随着城市规模的扩大,这些湿地和稻田被占,直接加大了城市洪涝灾害的风险。
城市水系大量被侵占的另一个例子是湖北省武汉市。武汉市上世纪50年代城区湖泊127个,目前仅存38个,上世纪80年代湖泊874平方千米,现状645平方千米。根据卫星遥感影响解译数据,由于围湖造田和围湖建设,武汉市2010年水域面积比1991年减少约39%。
再如江西赣州修建于宋朝的福寿沟,在修建以后一直对城市排水起到了重要作用。在中国许多城市频遭内涝灾害的时候,作为人们心目中理想的排水系统,也是映射和讥讽当前不重视城市排水工作的重要抓手和载体的福寿沟,受到了万众的瞩目,享受到了明星一般的待遇。实际上,在历史上福寿沟也是一直和连着它的众多水塘一起发挥作用的。近些年,随着城市建设的加快和对用地需求的加大,福寿沟周边的很多水塘被填,使得雨水调蓄功能大大降低,原来能够有效应对罕见暴雨的福寿沟近些年已经显得捉襟见肘,不得不靠加设泵站,使用强排的办法来缓解排水系统明星的福寿沟的压力。
北京市二环边上的护城河被改为暗河,降低了雨洪通行能力,即便是这样,二环内依然是北京市排水条件最好的地区。其主要原因是二环内有足够的受纳水体和调蓄水面。北海、中南海等一大批人工开挖的湖泊,不仅是雨水的受纳水体,更是雨洪调节的良好载体。而人工开挖的护城河也是北京市二环内重要的排水通道。近些年,北京市的城市规划快速扩张,从三环修到六环,城市规模增加了很多,但是既没有新开挖排水通道,也没有修建具有蓄水调节功能的较大的湖泊,近些年新建地区的排水条件明显变差。
还有一些地方因为多年降雨量偏少,就放松了防洪的警惕性,将一些设施建在行洪通道上。尤其是为了造景的需要,将一些河道通过梯级橡胶坝等工程措施人为扩大水面,而雨洪来临时来不及调度,河道水位较高,也导致了一些地方城市排水难度加大。有些河道为了景观需求,竟然不让附近雨水排入。这种优先考虑河道景观美学功能而忽视河道的首要功能应是排水行洪的做法,也在一定程度上加大了部分地区的城市洪涝风险。
2.4 城市化的影响
城市化对城市排水的影响主要体现在两个方面。第一是导致城市雨岛效应。由于中心城区热交换条件和凝结核较多等原因,导致中心城区容易成为暴雨的中心。第二是城市化导致城市不透水面积比例增大,阻碍了雨水的自然下渗,导致径流量大大增加,加大了雨水汇流成洪。
城市建设导致径流系数增大,对城市的排水系统影响是很大的。北京市中心城区综合径流系数已经达到0.65,如果我们通过低影响开发技术、雨水利用等多种途径,将城市综合径流系统控制到0.35,现在按照1年一遇的设计重现期设计的管网将可以有效排除径流系数为0.35的前提下的10年一遇的降雨。
2.5 城市管理不善
我国城市内涝防治工作一直存在权责不清的问题,再加上对“水”的管理上的条块分割,多龙治水,更导致了管理的不力。传统来说,我国城建部门负责城市排水(小排水系统),水利部门负责城市河流的防洪,而介于二者之间内涝防治问题,各部门的权责一直没有理清,这也大大降低了城市对内涝灾害的防御能力。城建部门负责的排水系统的最终雨水的出路为城市河湖,而这一块的管理工作多在水利部门手里。实际上,河湖水系等受纳水体是城市排水系统非常重要的组成部分,城市排水、内涝防治如果不能与河道防洪进行充分衔接,系统将不能正常运行。比如城市管道排水标准和内涝防治标准的提高,将会使在段时间内有大量的雨水进入河道,可能会存在河道受纳能力不足,或者河道水位抬高造成顶托,或者排水管道淹没出流,造成排水困难甚至河水倒灌进入城市街道。
我国城市排水设施的管理也较为粗放。我国大部分城市相关管理部门都不清楚城市排水管网的基本情况,有些地方连排水设施的分布图都没有,有些地方也仅有简单的示意性的图片或者矢量文件,极少有城市建立起了排水设施的地理信息系统来辅助管理和决策的。实际工作中,哪儿有管道,管道的管径、埋深、坡度、连接情况都搞不清楚,雨、污水管道混接的现象时有发生。
城市排水设施的日常维护工作也不到位,我们经常看到一些人甚至是部分环卫工人在毫无意识的情况下把一些垃圾和尘土扫入到雨水的井蓖内。北京“7·21”暴雨中,在白颐路上躺在疏通下水道的47岁的环卫工人李师傅受到了广泛的关注,媒体、名人和普通民众都纷纷通过各种方式表达了对他的赞美和敬仰之情。李师傅雨中冒着危险忘我工作的态度绝对值得我们学习和敬佩,但是与此同时,我们还想问,北京市相关部门为什么没有在主汛期来临之前组织人员对排水设施进行全面检查,对雨水管网、排水沟渠进行系统的清淤和维护,确保雨水井蓖正常收水、排水通畅。如果我们日常维护工作做好了,可能就不用李师傅那么辛苦地在降雨中去疏通下水道了。
我国对于城市暴雨也缺乏深入研究,很多城市的暴雨强度公式几十年没有修订过,而且当时编制暴雨强度公式时采用的降雨统计也仅仅是基于较短统计年限的资料,有些地方甚至没有自己的暴雨强度公式,做规划设计时仅能参考附近的市县。实际上,由于地形、水系等原因的影响,暴雨的空间分布差异性特征较为明显,比如北京新的暴雨强度公式就分了四个区。近些年,随着暴雨统计资料的增加,应该及时修订暴雨强度公式,并在有可能的情况下,考虑采用年最大值法或年极大值法,与国际统计方法接轨。
2.6 应急能力不足
北京这次的城市暴雨充分暴露出城市准备不足,应急能力欠缺等问题。这次“7·21”特大降雨之前,气象部门较好的预测,成功预报了这次降雨,防汛部门也启动了相关预案,但是民众普遍不解的是,为什么没有在降雨前收到预警的短信,并且明确告知市民面对这种灾害应该注意的问题,比如减少室外活动、面对积水的下凹式立交桥不宜强行通过等。很多部门都没有启动相关应急预案,比如工体足球比赛照常进行,五棵松的演唱会风雨无阻等。我们可以去责怪民众防灾意识不足,但是我们更要去反思相关部门为何没有及时启动应急预案?现在城市里的很多部门和企事业单位都针对不同的灾害和事故编制了应急预案,但是预案的科学性和可操作性还需要进一步的加强,不然“狼”真来了,拿起手中的应急预案,还是不知道怎么办。
3 解决城市内涝问题的对策
根据以上对中国城市内涝的原因浅析和中外排水系统对比,结合我国当前面临的问题,笔者认为我国需要从以下几个方面入手,来解决城市内涝问题:
3.1 构建大排水系统
尽快和欧美等发达地区接轨,构建用于城市内涝防治的大排水系统,通过规划设计道路排水、绿地草沟排水、蓄水池、滞水池、排水干沟等多种方式应对。有条件的地区可将次要道路、隧道等做为应急排洪通道,因地制宜的规划建设大型截流干渠和“深隧”排水系统。
3.2 研究制定内涝防治标准规范
学习西方发达国家的经验,尽快研究制定城市内涝防治的标准,并针对不同规模、降雨条件和水资源条件的城市,因地制宜的给出有差异性的排涝系统构建指导意见。
3.3 编制内涝防治专项规划
在现状分析和调查的基础上,根据城市内涝防护标准,全面校核城市现状排水能力和内涝防治水平,科学评估城市内涝灾害,因地制宜确定城市排水系统工程建设的主要形式,合理布局城市内涝防治工程。内涝防治专项规划设计道路交通、竖向设计、绿地系统、城市水系、排水等多学科多领域,未来应结合我国城市总体规划编制办法修编,纳入到与总规同步编制的专项规划体系中来。
3.4 严格保护城市受纳水体
加强城市蓝线划定与管理工作,严格保护城市雨水的受纳水体,严禁城市规划建设中侵占河湖水系,严禁将城市明河改为暗沟,对于已经侵占的河湖水系,应创造条件逐步恢复。
3.5 推行低影响开发的理念
按照低影响开发的理念,提高透水地面,保留和拓展公园、绿地和砂石地面,建设下凹式绿地和广场来截留雨水。利用建筑物、停车场、广场、道路管网等建设雨水收集设施,削减径流,减少排水系统压力。
3.6 推进内涝风险评估
积极研究城市内涝风险评价的技术方法,在城市总体规划编制时,可以尝试通过内涝风险评估,系统识别城市内涝风险,对内涝高风险地区用地提出调整意见或减缓措施。在城市内涝防治专项规划中,通过内涝风险评估,对现状排水设施的排水能力和河湖水系受纳能力进行科学校核,同时也可以对城市内涝防治工程设施的布局起来很好的反馈作用。