2017年長沙特大洪澇災害分析

宋　源，周楊軍，毛　斌

(中國城市規(guī)劃設計研究院上海分院，上?！?00335)

0　引言

近年來，全球極端氣候事件發(fā)生的頻率明顯呈上升的趨勢，近50年占全球陸地面積一半以上的區(qū)域發(fā)生強降水的頻率呈現(xiàn)增加趨勢[1]。中國是世界上受極端天氣洪澇災害影響較嚴重的國家之一，據(jù)1985—2002年的不完全統(tǒng)計，18年間中國受洪澇災害造成的經(jīng)濟損失高達4310億元以上[2]。同時，在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，隨著城市建成區(qū)的不斷擴張，地表的持水、滯水及滲透能力減弱，徑流系數(shù)持續(xù)增加，導致城市面臨更大的洪澇災害風險[3]。

長沙市是全國自然災害多發(fā)地區(qū)，遭受各種災害威脅的形勢十分嚴峻，具有災害種類多、連鎖性強、易擴散、危害面廣、社會影響大等特點[4]，其中受亞熱帶季風濕潤氣候和特殊的地理環(huán)境影響，長沙是湖南省的多雨地區(qū)之一，也是省內(nèi)洪澇災害和山洪災害的頻發(fā)區(qū)域[5]。2017年6月22日以來，長沙市發(fā)生了歷年同期歷時最長、范圍最廣、雨量最多、強度最大的降雨，湘江長沙段及其支流水位均超歷史峰值，造成了重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。本文針對此次特大洪澇災害，對長沙市的防洪排澇體系進行評估，以期為以后防災能力提升及災后重建工作提供參考和借鑒。

1　城市開發(fā)建設降低雨洪調(diào)蓄能力

1.1　天然調(diào)蓄空間萎縮，城市逐步硬化

長沙本身地形地貌條件特殊，屬于兩邊高中間低的河谷盆地區(qū)域，也是湘江的尾閭區(qū)域。境內(nèi)河流多，低洼地(垸)多，湖泊少[6]。這種特殊的地形決定了長沙在雨洪削峰方面需要一系列的管理利用辦法。然而近30多年的快速城鎮(zhèn)化過程中，由于對以低洼地為代表的天然調(diào)蓄空間缺乏關(guān)注和保護，是導致此次洪澇災害的客觀原因之一。

根據(jù)近30年衛(wèi)星航拍影像(圖1)，長沙市市區(qū)面積擴張明顯，建設用地急劇增加。伴隨著快速城鎮(zhèn)化的是逐年消亡的“藍綠空間”，包括水系、林草地、農(nóng)田等，這些自然調(diào)蓄空間的銳減也使城市綜合徑流系數(shù)不斷增加。

自20世紀50年代以來，長沙市規(guī)劃區(qū)水域總量呈先升后降的變化態(tài)勢。50年代至70年代，由于興修水利工程，全市水域面積由55774公頃增加到63227公頃，占比上升了1.5%；70年代之后水域面積開始逐步萎縮，90年代與70年代相比減少了32639公頃，90年代后水域縮減速度相對放緩，但仍有約5000公頃水面消失[7]。

圖1　長沙市近30年衛(wèi)星影像遙感解譯圖Fig.1　Satellite remote sensing images of Changsha City in the past 30 years

在水系空間逐步萎縮的同時，長沙市遭受水災的頻率和嚴重程度則持續(xù)上升。新中國成立以來，長沙有超過40年出現(xiàn)洪災，其中平均3年遭遇一次較大洪災。而90年代以來，水災更為頻繁，幾乎年年受災，洪峰次數(shù)愈來愈多，水位愈來愈高[8]，如本次洪災中湘江長沙站水位突破了建站以來最高水位。

表1　長沙城市水域各年代面積變化表

注：水域面積由歷史地形圖結(jié)合遙感影像解譯得出，規(guī)劃區(qū)比例為規(guī)劃區(qū)水域總量/規(guī)劃區(qū)總面積的百分比，水位采用湘江長沙站數(shù)據(jù)

1.2　圍垸過度開發(fā)利用加劇了城區(qū)內(nèi)澇風險

“垸”是長江中下游一種農(nóng)田水利形式，以堤防隔開外水，封閉圍堤形成了一個個保護圈稱之為垸[9]。洞庭湖區(qū)域內(nèi)的堤垸作為天然的調(diào)蓄空間，在歷史上多次特大洪災中起到了分蓄洪區(qū)的作用[10]。但近年來隨著城鎮(zhèn)化的進程，多數(shù)圍垸被開發(fā)[11]，削減了圍垸對于洪水的分洪削峰，客觀上加大了主要河道的防洪壓力[12]。據(jù)統(tǒng)計，已經(jīng)完全開發(fā)建設的“垸”主要分布在長沙中心城區(qū)周邊，包括長善垸、澇湖垸等，面積約130km2，占全市“垸”面積總量的21%。

長沙市當前防洪模式均采取全線高筑堤防，忽略了堤垸的調(diào)蓄功能，此次洪災中也未啟用蘇蓼垸(13.6km2)、翻身垸(6km2)2處省級蓄滯洪垸進行行洪調(diào)蓄。這種模式對城市的防洪體系帶來了更大的壓力，隨著江河沿線防洪堤達標率的提高，湘江最高水位也逐步提高。

圖2　現(xiàn)狀和理想狀態(tài)圍垸行洪示意圖Fig.2　Polder regulation on flood control and drainage in present and ideal situations

由于近年來城區(qū)內(nèi)圍垸開發(fā)速度過快，部分(原)圍垸地區(qū)成為此次災害的受災主體。如位于撈刀河和瀏陽河之間的澇湖垸，所處地勢低洼，原始狀態(tài)相當于河灘地段。2005年左右片區(qū)開始開發(fā)，對撈刀河的入河口進行改道，裁彎取直，新建了大型的房地產(chǎn)樓盤，建設用地比例達到80%，幾乎沒有保留水面，在此次洪澇災害中部分受到淹沒。

圖3　澇湖垸2004年與2017年航拍影像對比圖Fig.3　Comparison of aerial images of Laohu polder in 2004 and 2017

1.3　規(guī)劃設計欠合理導致人工湖泊調(diào)蓄能力未發(fā)揮

長沙市中心城區(qū)現(xiàn)有大中型湖泊主要以景觀及涵養(yǎng)水源功能為主，湖泊面積20.7km2，僅占水域總面積的10.9%，無天然大湖，缺乏調(diào)蓄空間。近年來，結(jié)合房地產(chǎn)開發(fā)，在低洼地新建了咸嘉湖、梅溪湖、松雅湖等多個大型湖泊，但多以景觀為建設導向，缺少對收水范圍、匯水通道、調(diào)蓄能力的系統(tǒng)考慮，場地的豎向設計、雨水管網(wǎng)的建設分布等仍按照傳統(tǒng)的雨水快排理念來執(zhí)行，導致雖有調(diào)蓄容積卻未能發(fā)揮應有的調(diào)蓄功能。

以岳麓區(qū)梅溪湖為例，其面積約為1.70km2，如湖泊水面提前預降1m，則存在約170萬m3調(diào)蓄容積。按照長沙市三年一遇重現(xiàn)期最大2小時暴雨量88mm，綜合徑流系數(shù)取0.8，理論最大面積約為24km2的雨水可進入梅溪湖調(diào)蓄。但是由于龍王港的分隔，龍王港以北地區(qū)雨水經(jīng)由雨水管網(wǎng)收集之后直接排入龍王港內(nèi)，梅溪湖現(xiàn)狀的集水區(qū)域主要為龍王港以南區(qū)域，面積僅為5.95km2，實際可收集范圍雨水量遠小于其最大調(diào)蓄能力。

圖4　梅溪湖現(xiàn)狀管網(wǎng)情況分析圖Fig.4　Current situation of Meixi Lake drainage pipelines

2　城市防洪排澇體系設施能級不足

2.1　防洪體系仍存在諸多薄弱環(huán)節(jié)

盡管長沙近年來不斷加強堤防建設，但仍存在個別河段防洪堤不達標等問題，部分河道未按規(guī)劃治理，部分涉水工程建設存在一定的阻水作用，同時水庫的整體調(diào)蓄能力偏低。諸多原因疊加導致長沙市防洪系統(tǒng)在這次洪澇災害中暴露出種種問題。

1998年以來，長沙市按防洪保護圈的形式開展工程建設并形成了較為完善的堤防體系。但根據(jù)這次洪水災險情，中心城區(qū)內(nèi)還存在較多的防洪閉合圈薄弱環(huán)節(jié)。部分新城在建設過程中，沒有優(yōu)先考慮防洪安全，防洪設施建設未與城市建設步伐保持協(xié)調(diào)，部分堤身質(zhì)量不達標，多處出現(xiàn)管涌、堤身散浸現(xiàn)象；而鄉(xiāng)村段堤防多數(shù)為歷年培修、加高建成，堤防填筑質(zhì)量較差，整體防洪能力仍然較弱。所以此次特大洪水過境，漫堤險情多發(fā)生在新城及鄉(xiāng)村區(qū)域。

從湘江流域總體防洪布局來看，湘江中下游地勢低平，無條件修建控制性防洪水庫，主要防洪水庫位于支流，主要支流控制面積不足15%，支流防洪水庫對整個流域控制程度較弱，僅對支流有一定控制能力。從長沙市水庫分布來看，主要集中在溈水、瀏陽河和撈刀河上游，現(xiàn)有635座水庫中，僅有20座大中型水庫，且多以灌溉、供水等功能為主，調(diào)洪庫容僅占總庫容的15%，調(diào)洪能力有限。以同屬流域上游的寧鄉(xiāng)和瀏陽為例，瀏陽市上游建設的防洪水庫較多、分布較廣，在這次洪水中發(fā)揮了較大的調(diào)蓄作用，有效減少了瀏陽城區(qū)及下游的防洪壓力；而寧鄉(xiāng)縣由于溈水上游已建的防洪水庫偏少，調(diào)蓄能力較弱，對下游的防洪作用有限，也是導致寧鄉(xiāng)此次受災相對更嚴重的原因之一。

2.2　排澇模式相對單一，建設標準偏低

當前排水防澇體系建設偏重于排水管網(wǎng)與泵站等“小排水系統(tǒng)”設施的規(guī)劃建設，忽視了以水系、溝渠等超標準雨水行泄通道為代表的“大排水系統(tǒng)”建設，使得城市排水能力受到影響。在實際建設過程中，又存在雨污分流改造不徹底、泵站建設不規(guī)范等各類問題。因而，排水防澇體系建設不健全是此次長沙內(nèi)澇的主要原因。

圖5　長沙市現(xiàn)狀主要水利設施分布圖Fig.5　Distribution of major water conservancy facilities in Changsha City

長沙在歷史上擁有豐富的支流水系，可以容納一定水量的同時，蜿蜒的水道也可緩解雨水進入一級支流的時間，發(fā)揮著“毛細血管”的作用。隨著城市建設的發(fā)展，中心城區(qū)的三級河網(wǎng)水系在城市的不斷擴張中消失、萎縮，很多小的水系遭到填埋，原有的自然排水系統(tǒng)由撇洪渠、箱涵等硬質(zhì)化、人工化排水渠道所取代，部分明河被改造為暗溝，導致現(xiàn)行排水方式過度依賴泵站。當外河水位較高時，高區(qū)撇洪渠中的澇水難以排出，加重了泵站壓力，嚴重時甚至發(fā)生倒灌。因此，城市建設對毛細水道的消滅大大降低了城市應對超標準雨洪的行泄能力。

圖6　河流支流減少造成排水能力下降Fig.6　Decrease in drainage capacity due to reduction of river tributaries

按最新排水規(guī)范對重現(xiàn)期的要求，長沙市一般區(qū)域應達到3年一遇，重要地區(qū)達到5年一遇。目前長沙市部分城區(qū)已按新標準規(guī)范進行了排水系統(tǒng)改造，但大部分區(qū)域的排水管網(wǎng)、泵站仍與現(xiàn)行標準差異較大，其中雨水管道中有85%的管段重現(xiàn)期不足1年一遇，現(xiàn)有66座雨水及合流泵站中也僅有12座達到規(guī)劃設計要求，無法滿足長沙市排水防澇安全的實際需求。此外，部分雨污合流管由于建設管理不當成為高低區(qū)之間的聯(lián)通管，高排區(qū)雨水進入到低排區(qū)系統(tǒng)，導致泵站容量嚴重不足，排水不暢造成地面積水、受淹，在外河水位較高時甚至引起河水倒灌。

3　管理應急體系系統(tǒng)性和信息化不足

3.1　排澇指揮體系缺乏一體化管理

長沙市中心城區(qū)泵站、管網(wǎng)等排澇設施分屬水務、城建兩大體系，各系統(tǒng)的排澇設施均獨立運行，在防汛緊急期間難以統(tǒng)一調(diào)度管理。由于市、區(qū)兩級防澇排漬管理機構(gòu)所屬部門系統(tǒng)不同，出現(xiàn)了經(jīng)費撥付使用不協(xié)同、指令不順暢、信息傳遞不及時等現(xiàn)象。同時，街道社區(qū)兩級城區(qū)防澇排漬工作網(wǎng)格化管理未有效落地，存在管理空白區(qū)域。

3.2　預警信息傳遞有待完善

長沙市防汛信息共享機制目前仍不夠健全。部分堤垸的觀測水位、大中型水庫、主要河壩等的泄洪數(shù)據(jù)及上下游水位數(shù)據(jù)沒有與水文部門進行共享，造成水文部門不能及時掌握水情變化情況，影響洪水預報的準確性。如此次災情期間黃材水庫由于缺乏降雨情況收集系統(tǒng)和自動測報系統(tǒng)，導致無法及時傳遞水庫水情信息。

3.3　洪澇設施信息化管理程度不足

目前城區(qū)的泵站、排水管網(wǎng)尚未形成信息化監(jiān)管體系。大量排澇泵站及農(nóng)水泵站未納入信息平臺，缺乏對泵站運行情況的實時監(jiān)管，在遭遇重大汛情時無法做到及時發(fā)現(xiàn)問題泵站并盡快進行排查和搶修工作。城區(qū)雨水管網(wǎng)均由各區(qū)政府分別管理，在規(guī)劃、建設、運維等過程中缺乏有效的統(tǒng)籌，排水管網(wǎng)普查工作也尚未完成，“一城一圖”的管網(wǎng)信息化目標仍未實現(xiàn)。

4　結(jié)語

在全球氣候變暖的背景下，各類極端氣候事件發(fā)生的頻率增大[13]，未來國內(nèi)大中城市可能面臨著不同程度的洪澇災害[14]，相應的災害損失也將劇增。科學的洪澇災害評估分析是防災減災決策的重要依據(jù)，提高災害評估分析的精確性和系統(tǒng)性也是加強洪澇災害管理的迫切需求。國內(nèi)傳統(tǒng)的災害評估多局限于單個系統(tǒng)，如防洪系統(tǒng)、防澇系統(tǒng)、應急管理系統(tǒng)等，缺乏全面的綜合評估方法，然而災害的致災因素及影響程度取決于多個系統(tǒng)及其相互間的關(guān)聯(lián)。本文以長沙2017年洪澇災害為例，以全視角多維度的系統(tǒng)性評估為目標進行了探索和嘗試，為國內(nèi)大中型城市未來開展防災能力提升及災后重建工作提供了參考和借鑒。