高密度城市暴雨洪澇防御對(duì)策
——鄭州“7·20”特大暴雨啟示

陳文龍，楊 芳，宋利祥，張大偉，劉 培，陳高峰

（水利部珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院，510611，廣州）

我國地處歐亞大陸東南部， 位于東亞季風(fēng)氣候區(qū)，暴雨洪水集中、洪澇災(zāi)害頻發(fā)， 城市洪澇問題歷來是一個(gè)非常突出的問題。 近20 年來，在全球氣候變化和城市化進(jìn)程加快背景下，我國城市洪澇災(zāi)害問題日趨嚴(yán)重，“城市看海”現(xiàn)象連年發(fā)生，城市暴雨洪澇災(zāi)害已成為目前我國城市最突出的水患問題。 本文結(jié)合鄭州“7·20”特大暴雨以及廣州“5·22”暴雨等其他主要城市暴雨洪澇成因?qū)Σ哐芯砍晒?通過深入分析我國高密度城市暴雨洪澇主要特征、成因，探討提出高密度城市暴雨洪澇防治對(duì)策， 為系統(tǒng)解決城市洪澇問題、 提升洪澇防御能力和韌性提供新思路。

一、高密度城市暴雨洪澇防治能力現(xiàn)狀分析

1.高密度城市暴雨洪澇災(zāi)害主要特征

總結(jié)國內(nèi)主要城市的暴雨洪澇災(zāi)害，有以下幾個(gè)特征：

（1）損失大

對(duì)于人口密度大、GDP 高的城市地區(qū)，一旦發(fā)生暴雨洪澇災(zāi)害，將造成人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、城市基礎(chǔ)設(shè)施受損以及系列次生災(zāi)害， 如北京2012 年“7·21”、廣州 2020 年“5·22”和鄭州 2021 年“7·20”等特大暴雨，均造成了重大人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，受到全社會(huì)的廣泛關(guān)注。

（2）突發(fā)性強(qiáng)

城市地區(qū)下墊面情況復(fù)雜，在下墊面的動(dòng)力和熱力作用共同影響下，易出現(xiàn)局部范圍突發(fā)性強(qiáng)對(duì)流天氣，引發(fā)短歷時(shí)強(qiáng)降雨。 這類突發(fā)性暴雨具有前期征兆不明顯、影響因素復(fù)雜、預(yù)報(bào)難度大等特點(diǎn)。 如廣州2017 年“5·7”暴雨，由于受到廣州北部山區(qū)“喇叭口”地形、暖濕氣流突然北上和城市“雨島效應(yīng)”等因素的綜合影響，在前期強(qiáng)降水信號(hào)征兆不明顯的情況下，發(fā)生了全市范圍大暴雨，多地出現(xiàn)城市內(nèi)澇、山體滑坡、洪水和泥石流等災(zāi)害。

（3）致災(zāi)快

城市化改變了地表天然的產(chǎn)匯流條件，天然調(diào)蓄水體銳減、不透水地面比例增加、 天然匯水格局改變，導(dǎo)致地表產(chǎn)流量加大、 匯流速度加快。 以粵港澳大灣區(qū)高密度城市典型流域?yàn)槔?，與城市化前（1992 年）相比，城市化后（2019 年）流域出口斷面洪峰出現(xiàn)時(shí)間平均提前0.51 小時(shí)。當(dāng)短歷時(shí)強(qiáng)降雨和城市化影響疊加，形成“脈沖式”暴雨洪水，致災(zāi)速度極快。鄭州“7·20”特大暴雨中京廣快速通道隧道由最大1 小時(shí)降雨開始至完全淹沒僅1.5 小時(shí)，致災(zāi)速度之快，令人猝不及防。

（4）洪澇交織

城市暴雨洪澇防御工程體系包括市政排水系統(tǒng) （又稱小排水系統(tǒng)）和水利排澇系統(tǒng)（又稱大排水系統(tǒng)）。小排水主要通過市政管網(wǎng)將城區(qū)較小匯水面積上較短歷時(shí)的雨水徑流排入城市內(nèi)河，大排水主要通過城市內(nèi)河將上游及兩岸管網(wǎng)匯集的區(qū)域雨水徑流排入外江。 城市洪澇防御系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)整體，呈“流域樹”結(jié)構(gòu)，大排水構(gòu)成樹干和枝杈，地面排水區(qū)為樹葉。 暴雨徑流按“水往低處流”規(guī)律在“流域樹”運(yùn)動(dòng)，洪澇無明顯界限，相互交織。 北京、廣州等城市受區(qū)域降雨影響，上游山洪可順勢(shì)入城，疊加中下游城市暴雨內(nèi)澇，洪澇交織特點(diǎn)更加突出，加劇了城市洪澇的復(fù)雜性。

因此， 城市洪澇災(zāi)害損失大、致災(zāi)快、 突發(fā)性強(qiáng)及洪澇交織的特點(diǎn)，給城市洪澇預(yù)報(bào)、 預(yù)警及治理帶來巨大挑戰(zhàn)。

2.高密度城市暴雨洪澇災(zāi)害成因分析

總結(jié)國內(nèi)主要城市的暴雨洪澇災(zāi)害，其成因主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）超標(biāo)準(zhǔn)降雨是城市洪澇災(zāi)害的主要成因

近年國內(nèi)城市暴雨頻率高、強(qiáng)度大、歷時(shí)短、范圍集中的特點(diǎn)越發(fā)凸顯，遭遇超標(biāo)準(zhǔn)降雨的概率提高。 如本次鄭州特大暴雨最大1 小時(shí)降雨量達(dá)到201.9 mm，突破我國大陸小時(shí)降雨量歷史極值（198 mm），鄭州國家觀測站最大日降雨量達(dá)624.1 mm，接近該站年平均降雨量641 mm，相當(dāng)于一天下了將近一年的雨量。 我國城市內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低，以標(biāo)準(zhǔn)偏低的洪澇防御系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極端暴雨洪水，必定力不勝任。

（2）快速城市化導(dǎo)致城市洪澇防御能力下降

城鎮(zhèn)化快速擴(kuò)張過程中，原有的農(nóng)田、綠地、水系（池塘、河道、湖泊）等透水、蓄水性強(qiáng)的“天然調(diào)蓄池”被占用、填平，被不透水的“硬底化”水泥地面所取代。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣州市從1990年到2016 年不透水面積從421 km2增加到 1 812 km2， 增加了 3 倍以上；鄭州市 2000 年到 2021 年不透水面積從 373 km2增加到 1 147 km2， 增加了2 倍以上， 另外鄭州古代至少有3 個(gè)超大湖澤（西邊滎澤、東邊圃田澤、五里堡南仆射陂湖）發(fā)揮調(diào)蓄作用，隨著城市化進(jìn)程推進(jìn)， 如今這些調(diào)蓄湖基本消失。 城市化導(dǎo)致地表徑流系數(shù)加大，同量級(jí)的降雨產(chǎn)匯流時(shí)間縮短，流量顯著增加，洪峰形成加快，徑流峰型趨“尖瘦”化。 珠江水利科學(xué)研究院統(tǒng)計(jì)了粵港澳大灣區(qū)15 個(gè)高密度城市典型流域，與城市化前相比，城市化后流域最大3 小時(shí)暴雨洪峰流量平均增加了41%。隨著城市繼續(xù)擴(kuò)張，原本標(biāo)準(zhǔn)偏低的城市洪澇防御系統(tǒng)能力將進(jìn)一步下降，加劇城市洪澇災(zāi)害。

（3）城市重大基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)未充分考慮自身洪澇風(fēng)險(xiǎn)

城市基礎(chǔ)設(shè)施是城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的生命線系統(tǒng)，一旦因洪澇而遭受損害， 會(huì)在系統(tǒng)之間形成連鎖反應(yīng)，間接損失甚至超過直接損失。以廣州市某地鐵站為例， 在選址及工程建設(shè)時(shí)，未充分論證其洪澇設(shè)防措施，防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，2020 年“5·22”暴雨期間發(fā)生倒灌，該站停運(yùn)2 個(gè)月，直接經(jīng)濟(jì)損失約2 億元； 鄭州某醫(yī)院重要供電設(shè)施防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低， 在2021年“7·20”暴雨期間陷入癱瘓，導(dǎo)致大量先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備損壞、大規(guī)模停水、停電。

（4）城市洪澇應(yīng)急管理能力不足

在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，城市災(zāi)害應(yīng)急管理體系是最后一道防線。 目前城市洪澇應(yīng)急管理仍存在明顯短板。 首先，暴雨洪澇的監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警能力不足，特別是對(duì)極端暴雨的預(yù)報(bào)精度仍偏低， 預(yù)警主要依靠大規(guī)模短信群發(fā)、網(wǎng)絡(luò)消息推送、 電視廣播輪播等手段，未精準(zhǔn)明確風(fēng)險(xiǎn)位置、發(fā)生時(shí)間和危險(xiǎn)程度，對(duì)市民安全出行、人員避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移和防災(zāi)應(yīng)急搶險(xiǎn)提供的支撐有限。 其次，公共事件應(yīng)急預(yù)案可操作性差、聯(lián)動(dòng)性差，特大災(zāi)害來臨時(shí)無法及時(shí)、有效發(fā)揮效用，無法充分調(diào)動(dòng)足夠資源解決危機(jī)。

二、高密度城市暴雨洪澇韌性防治對(duì)策研究

任何防洪排澇體系都有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，極端超標(biāo)準(zhǔn)暴雨產(chǎn)生的災(zāi)害不可避免，洪澇災(zāi)害不存在根治，未來城市暴雨洪澇防治需采用新的治理理念，實(shí)現(xiàn)“防御體系有韌性、基礎(chǔ)設(shè)施有韌性、極端暴雨少損失”三大目標(biāo)。

1.提升城市防洪排澇工程體系防御能力和韌性

隨著我國城市化快速發(fā)展，人口、經(jīng)濟(jì)逐漸向城市聚集。 截至2020年， 我國人口密度最大的10 座城市總面積僅占全國的0.51%， 而人口和國民生產(chǎn)總值占比分別達(dá)到8.96%和16.99%。高密度城市人口、經(jīng)濟(jì)高度聚集，社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位決定了其淹不起、澇不得，必須高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，同時(shí)充分科學(xué)論證防洪排澇基礎(chǔ)設(shè)施資金投入與防御能力提升的最佳經(jīng)濟(jì)效益比，確定科學(xué)合理的內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)。

（2）創(chuàng)新高密度城市暴雨洪澇治理理論，構(gòu)建多維城市洪澇防御工程體系

長期以來，小排水系統(tǒng)和大排水系統(tǒng)治理各自為政。 小排水系統(tǒng)按照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，以管網(wǎng)擴(kuò)容提標(biāo)為主要措施；大排水系統(tǒng)按照《治澇標(biāo)準(zhǔn)》，以河道擴(kuò)寬、堤防加高為主要措施，彼此之間銜接不緊密，忽略了小排水和大排水系統(tǒng)之間的系統(tǒng)性。 在高度城鎮(zhèn)化背景下，提升城市洪澇防御能力受用地嚴(yán)重制約，河道擴(kuò)寬無空間，管網(wǎng)擴(kuò)容將嚴(yán)重影響城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 按傳統(tǒng)洪澇分治的治理模式，城市內(nèi)河提標(biāo)只能通過加高堤防來解決， 一則嚴(yán)重影響城市風(fēng)貌，二則壅高河道水位不利市政管網(wǎng)排水，三則防治手段單一，遭遇超標(biāo)準(zhǔn)暴雨洪澇時(shí)極有可能整體失效。

傳統(tǒng)城市洪澇治理模式難以適應(yīng)新時(shí)期高密度城市洪澇治理需求，須基于流域系統(tǒng)整體觀，以流域?yàn)閱卧\(yùn)用“統(tǒng)一目標(biāo)、統(tǒng)一規(guī)劃、多維共治、系統(tǒng)優(yōu)化”的高密度城市暴雨洪澇治理規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，即：以流域相同頻率設(shè)計(jì)暴雨條件下，城市內(nèi)河堤防保安全、地面積水不成災(zāi)作為城市洪澇治理的共同目標(biāo)；小排水系統(tǒng)和大排水系統(tǒng)同步一體化規(guī)劃，以避免各自為政導(dǎo)致的邊界條件不銜接和工程規(guī)模不協(xié)調(diào)；在整個(gè)內(nèi)河流域尺度充分挖掘治理空間和蓄排潛力，采用蓄排結(jié)合的多元措施、布局若干分散工程（如水庫挖潛、利用下凹式廣場和濕地公園、建設(shè)分散式雨水調(diào)蓄池、疏通河道、建設(shè)排澇泵站、構(gòu)建路面行洪通道、建設(shè)深層隧道等），聯(lián)動(dòng)累加、形成合力，構(gòu)建流域多維共治體系， 共同消納流域暴雨徑流；最后通過流域洪澇耦合模型，對(duì)多維體系工程布局下的城市洪澇過程精細(xì)化模擬， 系統(tǒng)優(yōu)化工程布局及措施，確保各維度分散工程的聯(lián)動(dòng)累加效應(yīng)最優(yōu)化。 通過構(gòu)建韌性城市洪澇防御工程體系，實(shí)現(xiàn)從“雞蛋裝在一個(gè)籃子里”向“雞蛋裝在多個(gè)籃子里”轉(zhuǎn)變，避免超標(biāo)準(zhǔn)暴雨洪水唯一依靠堤防的對(duì)抗性脆性防御。

2.提高城市重大基礎(chǔ)設(shè)施洪澇防御能力和韌性

（1）提高重大基礎(chǔ)設(shè)施防御能力

提高重要市政基礎(chǔ)設(shè)施（如自來水廠、電廠、變電站）、重要交通設(shè)施（如火車站、飛機(jī)場、地鐵站）等重要基礎(chǔ)設(shè)施的防御能力。 建議其設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不低于城市洪澇設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，并制定獨(dú)立的應(yīng)急預(yù)案。

（3）物理性危害。常見的有玻璃、鐵絲、鐵釘、金屬碎片、砂石等異物，操作人員加工時(shí)落入食品中的毛發(fā)也算物理性危害。

（2）強(qiáng)化部門協(xié)同治理

城市洪澇是系統(tǒng)病，包括防御體系和被保護(hù)對(duì)象兩個(gè)方面，涉及水務(wù)、交通、住建、規(guī)劃和自然資源、供電等多部門，城市洪澇治理必須是多元主體，需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、明確責(zé)任、各司其職，確保防御體系和被保護(hù)對(duì)象之間的協(xié)調(diào)。 以廣州市為例，水務(wù)部門負(fù)責(zé)河道、水庫范圍內(nèi)防洪排澇能力建設(shè)；交通部門負(fù)責(zé)道路、涵隧、橋梁等區(qū)域防洪排澇能力建設(shè)；住建部門負(fù)責(zé)地下停車場、地下通道、大型地下商場等地下空間的防洪排澇能力建設(shè)；規(guī)劃和自然資源部門負(fù)責(zé)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)域的防洪排澇能力建設(shè)；供電部門負(fù)責(zé)供電設(shè)施防洪排澇能力建設(shè)。 通過防御體系“全局戰(zhàn)場”和被保護(hù)對(duì)象“局部戰(zhàn)場”的有機(jī)結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)城市洪澇標(biāo)本兼治。

（3）把洪澇安全作為城市開發(fā)建設(shè)的剛性約束，依法確保城市重要基礎(chǔ)設(shè)施的防御能力

豐富“以水定城”的內(nèi)涵，在水資源剛性約束的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化洪澇管理法規(guī)建設(shè)，杜絕城市開發(fā)進(jìn)程中時(shí)常出現(xiàn)的擠占現(xiàn)有河道和水務(wù)設(shè)施空間的現(xiàn)象，實(shí)施城市重要基礎(chǔ)設(shè)施洪澇安全評(píng)估。 目前廣州市已經(jīng)在全國率先實(shí)施《廣州市城市開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目海綿城市建設(shè)—洪澇安全評(píng)估技術(shù)指引（試行）》，明確重要基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目控制性詳細(xì)規(guī)劃階段必須開展洪澇安全評(píng)估， 嚴(yán)控河湖水域藍(lán)線、明確片區(qū)重要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)豎向高程及設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)， 充分落實(shí)海綿城市、防洪排澇相關(guān)規(guī)劃及自身洪澇安全措施，從城市規(guī)劃階段落實(shí)“源頭”洪澇安全管控，以有效提高城市基礎(chǔ)設(shè)施洪澇防御韌性。

3.提高超標(biāo)準(zhǔn)暴雨應(yīng)急管理能力

超標(biāo)準(zhǔn)暴雨引起洪澇災(zāi)害是不可避免的，政府及社會(huì)應(yīng)急管理能力是超標(biāo)準(zhǔn)極端暴雨條件下減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失的關(guān)鍵要素。

（1）加強(qiáng)“四預(yù)”體系建設(shè)

①預(yù)報(bào)：在基于新一代天氣雷達(dá)的強(qiáng)降雨監(jiān)測預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上，建設(shè)城市暴雨洪澇全過程、 全要素監(jiān)測網(wǎng)，運(yùn)用城市洪澇快速模擬技術(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)測預(yù)報(bào)水淹位置、 范圍和過程，實(shí)現(xiàn)洪澇風(fēng)險(xiǎn)早期識(shí)別，合理指導(dǎo)人員轉(zhuǎn)移、搶險(xiǎn)布防、交通管制。

②預(yù)警：完善城市洪澇災(zāi)害預(yù)警發(fā)布機(jī)制，做好預(yù)警發(fā)布工作，針對(duì)不同用戶、不同場景、不同需求進(jìn)行“實(shí)時(shí)響應(yīng)、精準(zhǔn)定位、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)”精準(zhǔn)靶向預(yù)警，確保能夠及時(shí)向責(zé)任人和受影響群眾發(fā)布預(yù)警信息，及時(shí)啟動(dòng)避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、交通管制等。 針對(duì)重大災(zāi)害性天氣過程， 滾動(dòng)預(yù)測預(yù)報(bào)，及時(shí)發(fā)布預(yù)警，特別是要做好短臨預(yù)報(bào)預(yù)警，確保預(yù)警信息到村、到社區(qū)、到戶、到人。 組織滾動(dòng)聯(lián)合會(huì)商，發(fā)揮氣象、水利、自然資源等部門專業(yè)優(yōu)勢(shì)，精準(zhǔn)研判風(fēng)險(xiǎn)，周密部署防范。

③預(yù)演：在城市暴雨洪澇應(yīng)對(duì)過程中，運(yùn)用數(shù)字化、智慧化手段，對(duì)氣象預(yù)報(bào)-洪澇預(yù)報(bào)-水工程調(diào)度-預(yù)警信息發(fā)布-多部門應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等洪澇應(yīng)急響應(yīng)全過程進(jìn)行模擬預(yù)演，為政府各部門應(yīng)急聯(lián)動(dòng)、協(xié)同搶險(xiǎn)救災(zāi)提供科學(xué)決策支持。

④預(yù)案：除了各級(jí)政府現(xiàn)行的防汛預(yù)案，需要重視超標(biāo)準(zhǔn)洪澇防御預(yù)案、城市重大基礎(chǔ)設(shè)施洪澇防御專項(xiàng)預(yù)案。 建立“政府統(tǒng)籌，應(yīng)急主導(dǎo)，部門聯(lián)動(dòng)” 的城市洪澇應(yīng)急管理機(jī)制，強(qiáng)化洪澇風(fēng)險(xiǎn)隱患摸查及洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖在預(yù)案中的應(yīng)用，針對(duì)城市更新情況及時(shí)修編洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖和預(yù)案，突出預(yù)案的實(shí)用性與可操作性。

（2）強(qiáng)化洪澇科普，提升公眾應(yīng)急避險(xiǎn)能力

當(dāng)前技術(shù)水平條件下，短臨暴雨預(yù)報(bào)、 洪澇預(yù)報(bào)還存在誤報(bào)和漏報(bào)，因此，在面臨極端天氣條件時(shí)，民眾的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)和自救能力極其重要。 利用洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖向社會(huì)公布、線上線下普及暴雨洪澇風(fēng)險(xiǎn)源及避險(xiǎn)常識(shí)、 科普基地教育等措施，加強(qiáng)對(duì)公眾的洪澇災(zāi)害應(yīng)急避險(xiǎn)培訓(xùn)，增強(qiáng)群眾的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)，科學(xué)指導(dǎo)群眾學(xué)會(huì)正確的自保方式，增強(qiáng)危險(xiǎn)狀態(tài)下的自救能力、互助能力和理智行為能力，提高惡劣環(huán)境下民眾自身對(duì)洪澇災(zāi)害的適應(yīng)性。

三、結(jié) 語

城市洪澇防治標(biāo)準(zhǔn)不可能無限高，當(dāng)發(fā)生超過設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的極端降雨時(shí)，洪澇災(zāi)害不可避免。 本文提出的城市暴雨洪澇韌性防治對(duì)策， 從城市洪澇治理理論創(chuàng)新、 城市洪澇管理法規(guī)建設(shè)、強(qiáng)化“四預(yù)”能力等方面，為系統(tǒng)解決我國城市洪澇問題、提升韌性防御能力提供新思路， 可有效降低城市洪澇系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)， 最大程度減少極端降雨發(fā)生后的洪澇災(zāi)害損失。