天津市區(qū)暴雨積水成因及對策研究

周潮洪，焦飛宇，王建卉

（1.天津市水利科學(xué)研究院，天津 300061；2.天津市水利勘測設(shè)計(jì)院，天津 300204）

天津市每年汛期都會遭到暴雨的頻繁襲擊，造成市區(qū)嚴(yán)重積水，短時(shí)期內(nèi)多處交通癱瘓，給生產(chǎn)和生活帶來諸多不便，甚至造成人員傷亡，帶來巨大的損失。2005年7、8兩個(gè)月，引起較大面積積水的降雨有6次。如，2005年7月30日，在1.5 h內(nèi)市區(qū)平均降雨55.6 mm，局部地區(qū)達(dá)到113 mm，市區(qū)26處積水，平均積水深 0.25～1.0 m，個(gè)別地區(qū)達(dá) 2.0 m，全市166座雨污泵站全部開啟，一、二級河道閘門全部開啟。2005年8月16日8時(shí)到17日8時(shí)，天津發(fā)生本年最大一次區(qū)域性降雨，24h內(nèi)市區(qū)平均降雨達(dá)151mm，其中黃家花園和天津站超過200 mm，在近55年的氣象歷史中僅有5次類似的強(qiáng)降雨。這次降雨造成天津市30多處路面積水，平均積水深度為20～60 cm，部分地區(qū)達(dá)40～170 cm，天津市區(qū)現(xiàn)存最古老的建筑———始建于1362年的天后宮被水淹泡，2 000多名排水工人全部上崗，用了30 h排除市區(qū)積水。2003年10月10日中午至11日晚，天津出現(xiàn)罕見大暴雨，平均降水量128.3 mm。同時(shí)，遭遇渤海灣強(qiáng)風(fēng)暴潮，受下游頂托，河道處于高水位狀態(tài)，對排水更為不利的是此時(shí)正值天津引黃濟(jì)津期間，海河上游干流段承擔(dān)引黃調(diào)水任務(wù)，市區(qū)積水不能向海河排放，排瀝壓力非常大，造成市區(qū)較長時(shí)間浸泡。

天津市市政排水設(shè)施建設(shè)大體分為兩個(gè)階段，第一階段為建國初期到1978年，市區(qū)下水道干管總長達(dá)829 km，排水排污泵站66座，總排水能力為288.3 m3/s。第二階段為1979—2003年，隨著危舊房改造、三環(huán)十四射路網(wǎng)改造和二級河道改造，建成排水干管總長 1 446.11 km，加上支管 255.4 km、排水排污泵站166座，總排水能力為626.2 m3/s，比1978年翻一番還多。這些不易被人們看到的地下工程，為天津經(jīng)濟(jì)騰飛、交通改善、市容美化、人居環(huán)境的改善都發(fā)揮了積極作用。除了這些硬件設(shè)施外，還建立了一批軟件設(shè)施。如，城市暴雨瀝水仿真系統(tǒng)可以根據(jù)降雨預(yù)報(bào)積水的區(qū)域、積水深度等顯示市區(qū)20多片重積水地區(qū)的降雨數(shù)據(jù)和積水圖形。在2005年8月16日的降雨過程中，排管部門根據(jù)氣象部門的預(yù)報(bào)，提早準(zhǔn)備，制定了一整套汛期預(yù)案，發(fā)揮管道、泵站、河道一體化管理的作用，加強(qiáng)上、下游排水的銜接和協(xié)調(diào)工作，積極做好“一低兩騰空”的工作，將二級河道的水位降低到1.5 m以下。在降雨過程中，全市168座雨水泵站全部開啟，一、二級河道閘門處于開啟狀態(tài)，在低洼地區(qū)、地道等易形成積水處增加發(fā)電機(jī)和臨時(shí)水泵，用30 h排除以前需要三天三夜才能排完的積水。盡管如此，天津市排水設(shè)施的建設(shè)仍跟不上城市發(fā)展的速度。隨著城市化進(jìn)程的加快，天津市暴雨積水問題也越來越引起關(guān)注。

1 天津市暴雨積水的原因

1.1 降雨強(qiáng)度大，雨量集中

天津市屬于典型的季風(fēng)氣候區(qū)，降雨量年內(nèi)分配非常集中。據(jù)城區(qū)雨量站1970—2003年實(shí)測降雨資料統(tǒng)計(jì)，天津中心城區(qū)多年平均降雨量為551.8 mm，而 6、7、8、9 四個(gè)月的降雨量就達(dá)到 439.63 mm，占全年降雨量的80%。降雨往往來得急，去得快，降雨量超過設(shè)計(jì)排水能力。以2005年7月30日的一場降雨為例，紅橋區(qū)在0.5 h內(nèi)降雨75 mm，1 h內(nèi)降雨113 mm，造成地道積水達(dá)2 m深。由于城市的熱島效應(yīng)，市區(qū)發(fā)生暴雨的幾率在增加。

1.2 地勢低平，地面沉降嚴(yán)重

天津市位于海河流域的最下游，地勢低平。除北部山區(qū)占市區(qū)總面積的6%以外，大都是遼闊的平原，地面坡降為 1/20 000～1/5 000，地面高程為1～4 m左右（黃海高程），河道水流緩慢。如果遇上風(fēng)暴潮頂托，瀝澇水更難以下泄。

天津由于長期開采地下水，地面沉降嚴(yán)重，天津城區(qū)從20世紀(jì)60年代到目前累計(jì)地面沉降為1.0～2.8 m，區(qū)域性地面沉降使地面高程降低，不均勻沉降產(chǎn)生一些坑洼低地，更容易造成雨后積水。不均勻地面沉降產(chǎn)生倒坡，還會破壞地下排水系統(tǒng)。

1.3 市政排水設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)偏低，排水能力不足

雖然排水設(shè)施的建設(shè)年年遞增，但仍跟不上城市發(fā)展的速度。天津現(xiàn)有排水設(shè)施的能力為30 mm/h，超過了就會發(fā)生積水現(xiàn)象。天津區(qū)域1 h最大降雨2年一遇的水量為41.2 mm，也就是說現(xiàn)在的排水能力不足兩年一遇。天津市區(qū)雨污水網(wǎng)普及率只有60%，在這60%里面還有40%需要更新改造，排水能力不能滿足城市發(fā)展的需要。

1.4 城市建設(shè)中不透水覆蓋面積增加

天津外環(huán)線以內(nèi)330 km2，由于城市建設(shè)使不透水覆蓋面積占總面積的比例增大，導(dǎo)致雨水徑流系數(shù)加大，增加排瀝負(fù)擔(dān)。表1是1988和2004年城市建設(shè)下墊面的變化。

表1 天津市區(qū)下墊面變化情況

1.5 海河干流蓄淡與市政排水有沖突

由于歷史原因，天津市中心舊建成區(qū)大部分為雨污合流制管道，至20世紀(jì)60年代初，因當(dāng)時(shí)投資緊缺，又發(fā)展了一部分雨污合流排水地區(qū)。1985年開始進(jìn)行雨污分流改造，現(xiàn)在仍有一部分合流制管道，排向海河的合流制地區(qū)面積大約為15.47萬m2，這樣在排雨水的同時(shí)，把管道中的污水一起排入海河。這幾年引黃濟(jì)津中把海河作為蓄水河道，在引黃年份，10月初到第二年5月1日前，海河上游是天津市的飲用水，污水排入后造成飲用水污染。汛期城市雨水排入海河，是海河污染的主要原因之一。

1.6 市區(qū)河湖瞬時(shí)排蓄水作用被忽視

天津市素有“九河下梢”“七十二沽”之稱，地勢低洼，河道縱橫，坑塘洼淀星羅棋布。解放初期，天津城區(qū)水面面積占區(qū)總面積的30%左右，發(fā)育的縱橫河道及坑塘洼淀相互暢通，有利于城區(qū)雨水調(diào)蓄，也為城區(qū)排瀝創(chuàng)造了條件。后來小海地、樂園一帶被填埋，近幾年又填墊了梅江區(qū)，致使現(xiàn)城區(qū)水面面積僅為城區(qū)面積的10%，河道、洼淀溝通性差，影響到城市的排瀝。

2 防治對策研究

2.1 提高排水標(biāo)準(zhǔn)，加快積水片的改造

天津市排水面積只占市區(qū)總面積的60%，排水能力不到2年一遇，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)?。根?jù)天津市排水規(guī)劃，到2020年全市雨污管網(wǎng)覆蓋率達(dá)到98%。

天津市2004年改造9個(gè)積水片，2005年已完成11個(gè)積水片改造。另外，還有20多個(gè)積水片即將改造。

2.2 減少暴雨產(chǎn)生的徑流量，加大雨洪水利用力度

既然積水是由于降雨產(chǎn)生的地表徑流過多來不及排走造成的，就可以想辦法采取減少地表徑流的量，把一部分水利用起來，減少排水量，減少排水設(shè)施的投資，減少積水，補(bǔ)充地下水，節(jié)約自來水，減少污染，一舉多得。

（1）城市建設(shè)中非機(jī)動(dòng)車硬地面采用透水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如停車場、人行道、公園小區(qū)甬道等，配合河湖水面、園林綠化，可以使天津城區(qū)近130 km2面積接受降雨補(bǔ)給，減少硬地面將近60 km2，涵養(yǎng)地下水，同時(shí)減緩市政排瀝壓力。

（2）加大天津雨洪水利用前期研究，推廣利用雨洪水技術(shù)，充分利用雨洪水自然資源，把屋頂、道路、廣場等雨水收集起來，用作綠地澆水、沖廁用水等。城市雨洪水資源利用，是從20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的，歐洲、北美以及日本、澳大利亞等國家在雨水利用方面已經(jīng)取得了良好的效果。澳大利亞昆士蘭州新南威爾士水務(wù)協(xié)會停車場的屋頂雨水就是經(jīng)過收集后儲入地面上的3個(gè)大型集水桶。雨水經(jīng)過過濾后在桶里沉淀一下就用于景觀用水和沖洗地面的清潔用水，不需經(jīng)過化學(xué)、生化處理。我國在這方面起步較晚，但政府已經(jīng)意識到雨水利用的重要性。北京市已與德國合作開展雨洪水利用示范工程研究。天津市也有這方面的成果，有水利科技大廈、梅江居住小區(qū)等雨水利用示范工程。天津水利科技大廈集雨面積1 558 m2，建了一個(gè)蓄水量為31 m3的蓄水池，2003年 6—10月收集雨水 260 m3，2004年 4—10月收集雨水222 m3，用于沖廁和澆灌綠地。經(jīng)過分析，2年一遇降雨可就地消納，向市政零排放。梅江小區(qū)建有2個(gè)蓄水池，加上小區(qū)的綠化率高，還有11萬m3的透水地磚，在2003—2004年，雖然有多場雨強(qiáng)度達(dá)到10年一遇，但所產(chǎn)生的徑流量卻不大，小區(qū)專用的排水泵站沒有啟用過，收集到的雨水用于小區(qū)的綠地灌溉。經(jīng)測算，雨水的利用成本為0.65元/m3，而天津市自來水的價(jià)格是 2.9 元/m3，中水的價(jià)格為 1.4 元/m3，利用雨水可以節(jié)省大量的資金。按替換中水計(jì)算，梅江節(jié)約費(fèi)用120萬元；按替換自來水計(jì)算，節(jié)約費(fèi)用362萬元。

2.3 盡快實(shí)現(xiàn)水務(wù)一體化管理

城市一、二級河道與郊縣灌排系統(tǒng)是相溝通的，是城市排瀝出海的通道。城市建設(shè)及公路交通建設(shè)已打亂了原有的灌排系統(tǒng)，需要重新調(diào)整、疏浚拓寬主干排水河道，疏通、聯(lián)系所有的河流、湖泊，充分發(fā)揮河湖的調(diào)蓄作用。同時(shí)，盡快實(shí)施雨污分流改造工程。

2.4 提高降雨預(yù)報(bào)精度，作出積水預(yù)警預(yù)報(bào)

利用先進(jìn)的科技手段，提高暴雨預(yù)報(bào)的精度，比較準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)出降雨范圍、降雨時(shí)間、降雨強(qiáng)度，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合排水工程的工作狀況，預(yù)報(bào)積水位置、積水深度，通過各種渠道向全社會發(fā)出積水預(yù)警預(yù)報(bào)，促使防汛部門、交通部門、公安部門、各企事業(yè)單位和個(gè)人早作準(zhǔn)備。

3 結(jié)論

城市暴雨積水問題是我國城市發(fā)展中不可回避的現(xiàn)實(shí)問題，給人民群眾的生活和生產(chǎn)帶來許多影響，只依靠單打一的排水設(shè)施建設(shè)是難以很好地解決這一問題的。因此，要采取工程建設(shè)、非工程預(yù)報(bào)調(diào)度、雨洪水資源化利用等綜合手段解決城市暴雨積水難題。