關(guān)于蘭州市城市內(nèi)澇成因的調(diào)查分析研究

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730021）

0 引言

近年來，由于人類活動(dòng)直接影響水循環(huán)空間的分布，增加了極端水文事件發(fā)生概率，使得城市內(nèi)澇災(zāi)害日益增多。城市洪澇災(zāi)害已成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的突出問題，逢大雨必澇成了我國城市的通病。

2018年蘭州市出現(xiàn)多起強(qiáng)降雨，導(dǎo)致市區(qū)內(nèi)發(fā)生洪澇災(zāi)害，全市多處道路積水，部分地區(qū)積水深度達(dá)1米，很多車輛被淹甚至沿溝道被沖走，甚至部分地下人行通道及地下停車場也有洪水倒灌的現(xiàn)象。蘭州市的地形地貌特殊，南北群山環(huán)抱，東西黃河穿城而過，具有帶狀盆地城市的特征，暴雨過后，洪水沿南北山下泄，造成部分道路堵塞甚至沖斷。

甘肅省的財(cái)政收入大多集中在蘭州市，因此，蘭州市的防洪安全關(guān)系到甘肅的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，有必要找出城市洪澇災(zāi)害的主要成因，進(jìn)而找到預(yù)防或解決城市洪澇災(zāi)害的途徑。

1 城市內(nèi)澇成因分析

1.1 氣候變化

目前全球氣候變暖，氣溫升高，蒸發(fā)量增加，水循環(huán)速度加快，大氣含水量增加，一旦發(fā)生降雨，降雨強(qiáng)度大或持續(xù)時(shí)間長；且氣溫升高，溫差較大，容易產(chǎn)生強(qiáng)降雨對(duì)流天氣。此外，我國降雨時(shí)空分布不均，夏秋兩季強(qiáng)降雨頻繁，容易導(dǎo)致城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)癱瘓。

分析蘭州市1933-2016年平均氣溫、極端氣溫、降雨量等資料可知，蘭州市城市內(nèi)澇的發(fā)生與氣候有關(guān)。蘭州市83年間年平均氣溫10度，但基本呈上升趨勢(shì)，其中2016年平均氣溫比1933年升高了1.8度。分析極端氣溫，19世紀(jì)80年代以后，平均氣溫持續(xù)上升，但極端高溫有波動(dòng)，而極端低溫上升速度比平均氣溫和極端高溫都快，上升幅度大，其中最主要的原因是人類活動(dòng)的影響。通過以上數(shù)據(jù)分析說明，夜間升溫比白天更快，這反映了城市的發(fā)展及熱島效應(yīng)的產(chǎn)生。

1.2 城市過度開發(fā)

1）由于城市用地規(guī)模的擴(kuò)大，河道排澇和雨水儲(chǔ)存能力降低，市區(qū)原有的排澇系統(tǒng)遭到破壞。同時(shí)，城市周邊原有的坑洼湖泊被大面積占用，導(dǎo)致城市防洪能力明顯削弱。

2）城市大規(guī)模道路的硬化改變了原有下墊面特性，蓄水面積減少和不透水匯合面積增加，造成城市匯流速度、匯流量加大，從而加劇城市內(nèi)澇。

1.3 城市化加速引發(fā)熱島效應(yīng)

1）蘭州市作為西北工業(yè)城市，城區(qū)人口增長迅速，城區(qū)總?cè)丝谟?982年的130.1萬增長到如今的258.4萬，人口凈增128.3萬。蘭州市城區(qū)總面積現(xiàn)為1663km2，分析得出人口密度大，樓房建筑密集，人自身熱量、工業(yè)生產(chǎn)熱量、交通工具產(chǎn)生的熱量以及建筑物、混凝土路面等吸收的太陽能量導(dǎo)致城區(qū)比郊區(qū)溫度略高，從而使得大氣持水能力增強(qiáng)，加大了強(qiáng)降雨風(fēng)險(xiǎn)。

2）蘭州城區(qū)快速發(fā)展，高樓大廈拔地而起，道路基本實(shí)現(xiàn)混凝土硬化，地下滲流很少，導(dǎo)致城區(qū)地表徑流增加。且混凝土路面粗糙度較低，阻尼作用小，匯流速度加快，地表匯流歷時(shí)縮短，增加了地下排洪溝道短時(shí)排洪壓力。

1.4 規(guī)劃因素

1）在城市發(fā)展過程中，對(duì)城市內(nèi)澇災(zāi)害的重視程度較低，忽略了自然水體本身的調(diào)蓄作用。為滿足城市發(fā)展需求占用排洪溝、坑塘等土地作為建設(shè)用地，增加了城市不透水下墊面，且后期沒有進(jìn)行水域占補(bǔ)平衡，導(dǎo)致城市內(nèi)澇災(zāi)害更易發(fā)生。

2）蘭州市城市發(fā)展是從中心區(qū)向周邊輻射，排水管道在建設(shè)初期沒有充分考慮后期發(fā)展需要。城區(qū)建設(shè)規(guī)劃預(yù)見性不足，導(dǎo)致排水系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，且缺少城市洪澇分流規(guī)劃，加之城市發(fā)展速度過快，人口劇增，建筑物密集，加大了排洪壓力，尤其是在老城區(qū)。

1.5 管理因素

1）城市排水管道屬于地下工程，因此在施工過程中質(zhì)量監(jiān)督與檢驗(yàn)相對(duì)困難，且只有出現(xiàn)暴雨時(shí)才能檢驗(yàn)管道工程質(zhì)量及管道排水系統(tǒng)的合理性。尤其是經(jīng)數(shù)年排澇，部分管道存在淤積，導(dǎo)致城區(qū)排洪能力下降，而地下排淤工作難度大，排洪管網(wǎng)得不到及時(shí)有效清淤，也是城市發(fā)生內(nèi)澇的原因之一。

2）新舊社區(qū)管網(wǎng)沒有及時(shí)改造，甚至存在漏接現(xiàn)象，使排水不暢。部分地區(qū)排洪排污管道共用，使城市管網(wǎng)排洪負(fù)荷加大。

2 城市內(nèi)澇防治措施

2.1 選擇強(qiáng)透水性材料，改變下墊面特性

為了緩解市區(qū)內(nèi)澇的發(fā)生，在城市路面、人行道、廣場等地鋪設(shè)透水性強(qiáng)的材料，還可以做成鏤空式結(jié)構(gòu)，不但增加透水效果，減少地表徑流，也能儲(chǔ)存部分雨水，起到滯洪的效果。

透水性混凝土是一種具有連續(xù)空隙的新型透水材料，經(jīng)過特殊工藝處理，不但具有較高的強(qiáng)度，而且具備一定的透氣透水性能。傳統(tǒng)的硬化地面以磚石、混凝土或?yàn)r青為主，雨水無法滲透地下，自然水循環(huán)系統(tǒng)遭到破壞，且地面對(duì)陽光的反射率低，吸收率高，加劇了城市“熱島效應(yīng)”。而透水性混凝土的多孔結(jié)構(gòu)能夠使雨水滲透到地下，避免雨水在地表流淌，有效減少地表徑流，緩解城市排水管道的瞬時(shí)壓力，防止路面雨水迅速聚集造成短時(shí)內(nèi)澇；同時(shí)，透水性混凝土還具有滲、滯、蓄、凈、排等功能。

為了使透水混凝土在透水性、強(qiáng)度、抗凍性等方面具有較好表現(xiàn)，采用同一級(jí)配的粗骨料，且在預(yù)拌成品混凝土?xí)r加入ETNOIS聚合物或膠粉，可使成型混凝土具有一定的柔性，在一定范圍內(nèi)變形而不破壞，改善混凝土中水泥與骨料之間的剛性連接，提升材料的彈性模量，保證混凝土路面質(zhì)量和性能。

2.2 加強(qiáng)城市調(diào)洪能力

加強(qiáng)城市調(diào)洪能力是治理內(nèi)澇的關(guān)鍵，通常從滯洪和排洪兩方面入手，滯洪主要是通過天然水體、人工湖、地下蓄水設(shè)施使得部分洪水暫時(shí)停蓄，以削減洪峰；排洪主要是通過人行路面、排水溝和泄洪道及時(shí)排放雨水。

加強(qiáng)城市雨水滯洪能力，重視對(duì)自然水體的利用，最大限度地避免破壞生態(tài)環(huán)境，確保城市的自然調(diào)蓄能力和泄洪能力。重視城市防洪排澇的建設(shè)和規(guī)劃，結(jié)合城市實(shí)際情況，掌握易發(fā)生內(nèi)澇位置，做好地下蓄排水設(shè)施建設(shè)，科學(xué)合理制定應(yīng)急預(yù)案，以便及時(shí)解決內(nèi)澇問題。

改善城市排水能力需要建立完整的排水系統(tǒng)。在進(jìn)行排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在經(jīng)濟(jì)允許的情況下可以提高重現(xiàn)期上限值。同時(shí)，做好排水設(shè)施改造和日常維護(hù)管理工作，在汛期前全面疏通城市排水管網(wǎng)和雨水井，做好排水泵站和排水閘門的運(yùn)行維護(hù)，特別是對(duì)地勢(shì)較低、易堵塞的地段，保證汛期排水管網(wǎng)通暢，最大限度地保證城市排水能力。

2.3 科學(xué)制定排水標(biāo)準(zhǔn)，合理選用管材

如果排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏高，不僅不經(jīng)濟(jì)，且難以實(shí)施；如果制定標(biāo)準(zhǔn)過低，城市發(fā)生內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)又會(huì)提高。目前我國城市的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低，主要沿用《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50014—2006（2014年版），且由于老城區(qū)修建時(shí)間早、管網(wǎng)布置混亂以及管道老化等問題，導(dǎo)致排水能力很低，因此有必要科學(xué)制定城市排水標(biāo)準(zhǔn)及合理選用排水管材。

1）城市排水標(biāo)準(zhǔn)的制定要根據(jù)人口密度的增加、自然氣候的變化，結(jié)合蘭州市水文氣象資料，修訂適用于蘭州市的暴雨強(qiáng)度公式，制定新的排水標(biāo)準(zhǔn)。

2）排水管材的選用需要對(duì)鋼管、混凝土管、PE管、PVC管等管材的性能進(jìn)行比較，結(jié)合城市排水系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇合適的排水管材。

鋼管強(qiáng)度高，韌性強(qiáng)，不易破壞，表面光滑，輸水摩阻力小，使用壽命長；但易生銹，需做防腐處理，造價(jià)高。PE管具有高韌性，對(duì)管基不均勻沉降適應(yīng)能力強(qiáng)，抗震性能優(yōu)良,表面光滑，糙率小，使用壽命長，耐腐蝕，耐低溫，小口徑管道造價(jià)低，質(zhì)量可靠,施工性能好且韌性高，對(duì)各類閥體和管件的連接具有良好的適配性；管壁光滑，流動(dòng)阻力小，管道斷裂伸長率一般超過350%,重量輕，便于安裝運(yùn)輸，采用熱熔連接，安裝便捷，易于維護(hù),連接部位的抗拉強(qiáng)度及爆破強(qiáng)度較高；但其缺口抗擊強(qiáng)度低，大口徑管道經(jīng)濟(jì)性較差。PVC管表面光滑，糙率小，重量輕，造價(jià)低，管材強(qiáng)度較PE管高，使用壽命長；但脆性大，延展性差，當(dāng)?shù)孛嫦鲁粱蛞蛘饎?dòng)發(fā)生變形時(shí)，易產(chǎn)生裂縫。鋼筋混凝土管使用壽命較長，安裝施工方便，輸水能力穩(wěn)定，接頭穩(wěn)定性好，使用安全可靠；但自重大，運(yùn)輸不便，質(zhì)脆，耐撞擊性差，價(jià)格較高。

從技術(shù)角度看，以上管材都適用于城市排水工程。但根據(jù)城市的排澇實(shí)際情況，綜合管材性能，考慮工程經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行，建議采用鋼筋混凝土管和PE管道。

2.4 科學(xué)制定城市規(guī)劃建設(shè)方案

科學(xué)制定城市規(guī)劃建設(shè)方案，首先，要提高對(duì)城市內(nèi)澇災(zāi)害的重視程度，從建設(shè)和管理方面入手，秉承人與自然和諧的原則，依靠天然的排洪溝，組織好順暢排洪通道；其次，在市區(qū)設(shè)置滯洪蓄水設(shè)施須謹(jǐn)慎，并做好防洪應(yīng)急預(yù)案；最后，在城市規(guī)劃建設(shè)過程中，對(duì)歷史形成的溝壑不應(yīng)隨意改變，更不應(yīng)掩埋。

2.5 提高預(yù)警監(jiān)測

面對(duì)蘭州市頻繁、異常的強(qiáng)降雨天氣，加快氣象科技創(chuàng)新體系建設(shè)，大力發(fā)展數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型，完善內(nèi)澇災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)；同時(shí)將信息化技術(shù)應(yīng)用在城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)中，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)技術(shù)手段對(duì)雨水的儲(chǔ)蓄、流量、流速等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測并及時(shí)匯總分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測排水管網(wǎng)情況，實(shí)現(xiàn)城市水系統(tǒng)的信息化管理，提高城市內(nèi)澇應(yīng)急能力。

3 結(jié)語

治理城市內(nèi)澇災(zāi)害是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，涉及諸多因素。隨著蘭州的城市發(fā)展，澇災(zāi)造成的損失巨大。要充分了解產(chǎn)生內(nèi)澇的原因，結(jié)合實(shí)際情況，因地制宜提出防治措施，通過改變下墊面、加強(qiáng)城市調(diào)洪能力、提高預(yù)警等方面來提升城市內(nèi)澇防治能力，實(shí)現(xiàn)蘭州市可持續(xù)發(fā)展。