新型城鎮(zhèn)化下的城市排水防澇技術(shù)研究

趙曜 李巧巧 李晶晶

摘 要：我國城鎮(zhèn)化的推進(jìn)讓越來越多的人民群眾享受到城市經(jīng)濟(jì)與文明，但近年來因極端暴雨事件引發(fā)的城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，已成為困擾我國城市可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題之一。本文分析了傳統(tǒng)城鎮(zhèn)化模式下城市內(nèi)澇災(zāi)害及其成因，介紹了世界各國治理城市內(nèi)澇的經(jīng)驗(yàn)，探討了在新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略下的幾種重要排水防澇技術(shù)，為全面推進(jìn)海綿城市建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：新型城鎮(zhèn)化; 排水防澇技術(shù); 海綿城市; 雨水利用; 可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號：TV121? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）8-179-002

1.城鎮(zhèn)化與城市內(nèi)澇災(zāi)害

改革開放以來，隨著社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，正在經(jīng)歷由追求高速度的粗放模式到追求高質(zhì)量的精細(xì)模式的轉(zhuǎn)變[1]。1978年到2019年[2]，我國城市人口從1.72億增加至8.48億，城鎮(zhèn)化率由17.9%增長至60.6%。與此同時，我國城鎮(zhèn)化在傳統(tǒng)粗放模式下的快速推進(jìn)中積累的一些問題逐漸凸顯，水資源短缺、水體污染、供水安全、排水防澇等“城市水病”已成為困擾城市可持續(xù)發(fā)展的重要難題之一。

近年來，我國極端降雨事件頻發(fā)。2015年汛期，全國共出現(xiàn)35次暴雨過程，較2014年同期偏多6次[3]。2016年，全國共出現(xiàn)暴雨8303站日，64站連續(xù)降水量突破歷史極值，暴雨日數(shù)為1961年以來最多，南北洪澇并發(fā)，26個?。▍^(qū)、市）出現(xiàn)不同程度城市內(nèi)澇[4]。2020年，全國共出現(xiàn)37次區(qū)域性暴雨過程，暴雨日數(shù)比常年偏多24.1%，為1961年以來第二多（僅次于2016年）[5]。不僅暴雨日數(shù)和降水量屢次達(dá)到或突破歷史極值，且有增多、增強(qiáng)的趨勢。由極端暴雨事件引發(fā)的城市內(nèi)澇對社會管理、城市運(yùn)行和人民群眾生產(chǎn)生活造成的經(jīng)濟(jì)損失也日趨嚴(yán)重，防治城市內(nèi)澇災(zāi)害，既是關(guān)乎民生的重要工程，也是關(guān)乎城鎮(zhèn)未來發(fā)展的基礎(chǔ)工程。

2.城市內(nèi)澇成因

在自然條件下，降落至地表的雨水一部分滲入土壤，補(bǔ)給地下水，一部分通過蒸散發(fā)返回大氣，另一部分則形成地表徑流，直接匯入河流。而在城鎮(zhèn)化過程中，越來越多的自然地表被路面、屋面或其他不透水硬質(zhì)地表所覆蓋，阻斷了雨水的自然下滲，原有的水文平衡關(guān)系被打破。降雨期間，更多的雨水匯集形成地表徑流，經(jīng)由溝渠、管道等工程設(shè)施排至附近水系或滯留設(shè)施。遭遇短時強(qiáng)降雨時，地表徑流產(chǎn)流增加、且排出受阻，形成大面積嚴(yán)重積水，進(jìn)而引發(fā)城市內(nèi)澇。從產(chǎn)生機(jī)制上來看，城市內(nèi)澇是自然因素（持續(xù)性強(qiáng)降雨）、城市因素（防洪排澇能力）和人為因素（城市居民活動）共同作用的結(jié)果。其中，持續(xù)性強(qiáng)降雨是致災(zāi)因子，相對落后的城市防洪排澇體系為城市內(nèi)澇發(fā)生提供了環(huán)境，而城市居民活動則決定了城市內(nèi)澇災(zāi)害的損害程度[6]。

3.各國治理城市內(nèi)澇的經(jīng)驗(yàn)

發(fā)達(dá)國家的城鎮(zhèn)化發(fā)展較早，很多城市也曾飽受內(nèi)澇之苦。各國根據(jù)自身面臨的水問題，探索出了適應(yīng)各自地域環(huán)境條件的城市內(nèi)澇治理技術(shù)（或措施）。其中最具影響力的有：水敏感城市設(shè)計(jì)（WSUD，澳大利亞）、低影響開發(fā)技術(shù)（LID，美國）、活躍美麗清潔水源計(jì)劃（ABC Waters，新加坡）和可持續(xù)城市排水系統(tǒng)（SuDS，英國）。盡管名稱各不相同，但上述技術(shù)和措施的規(guī)劃與設(shè)計(jì)原理相似，均是要求從源頭對雨水徑流進(jìn)行管理，以使其恢復(fù)到場地開發(fā)前的水文特征，最大限度減少對城市原有水生態(tài)環(huán)境的破壞。這就需要從維持徑流總量和峰值流量兩方面入手：一方面，采取滲透、儲存等措施，確保場地開發(fā)后一定量的徑流量不外排，以使徑流總量維持在開發(fā)前水平;另一方面，采取滲透、積存、緩釋等措施，起到削減徑流峰值流量、延緩峰值出現(xiàn)時間的作用，以使峰值流量維持在開發(fā)前水平。此外，結(jié)合使用沉淀、滲濾等措施，可使儲存的雨水徑流得以充分再利用。

除提出具體的城市水環(huán)境系統(tǒng)解決方案外，美國、英國、德國、日本等國還頒布了法令，制定了與之配套的法規(guī)、政策，推動實(shí)施。例如美國早在1972年頒布了《清潔飲用水法》[7]，要求城市的排水防澇系統(tǒng)不僅能防澇，而且出流水質(zhì)應(yīng)達(dá)標(biāo)。LID設(shè)計(jì)理念和技術(shù)興起后，又與綠色建筑有機(jī)結(jié)合，使得環(huán)境友好和低能耗成為現(xiàn)代建筑的新方向。英國、德國很多城市不僅有龐大的地下排水管網(wǎng)作為防洪核心，而且公園、綠地、私人花園建設(shè)有大量的雨水收集系統(tǒng)，構(gòu)成了較完善的防洪排澇體系。2009年，英國還建立首個洪水預(yù)警系統(tǒng)，民眾可以訂閱相關(guān)預(yù)警，信息每15分鐘更新一次。日本多個城市在近年來開展的城市“再開發(fā)”，主要是建設(shè)地下超大規(guī)模的儲水池群和與之配套的再利用系統(tǒng)，以提升城市的防洪排澇和利用雨水的能力。

4.我國城市排水防澇技術(shù)

隨著“可持續(xù)發(fā)展”“人與自然和諧共處”等理念的逐漸深入，國內(nèi)各大城市現(xiàn)階段的排水防澇戰(zhàn)略已轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮芾砗樗?、人水和諧”[8]，促進(jìn)雨水資源利用和城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)。2013年以來，國家出臺多項(xiàng)政策，大力推進(jìn)海綿城市建設(shè)。

海綿城市是一種形象的表述，是指城市在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有像海綿一樣的良好“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用[9]。主流技術(shù)包括生物滯留設(shè)施、透水鋪裝、儲水設(shè)施、綠色屋頂、雨水花園、植草溝、滲溝等。

4.1生物滯留設(shè)施

生物滯留設(shè)施，是指在地勢較低的區(qū)域，構(gòu)建一個植物、土壤和微生物系統(tǒng)，用以蓄存、滲透和凈化雨水徑流。按照應(yīng)用位置不同，又分為雨水花園、生物滯留帶、生物洼地（或生態(tài)溝）等。生物滯留設(shè)施適用范圍廣，可根據(jù)周邊已有建筑物情況和當(dāng)?shù)貜搅魑廴緦?shí)際水平等進(jìn)行有針對性的設(shè)計(jì)，充分與建筑物屋頂、露臺、周邊綠地的滲濾設(shè)施結(jié)合，最大限度發(fā)揮排水防澇功能，同時有效對雨水徑流進(jìn)行處理。

4.2透水路面

透水路面，是指由透水材料修筑、路表水可以進(jìn)入路面橫向排出，或滲入路基內(nèi)部的路面總稱，適用于廣場、停車場、人行道以及車流量較小的小區(qū)道路、公園道路等。常用的透水材料包括透水瀝青混合料、透水混凝土、透水磚等。為防止細(xì)顆粒進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)，通常在路基之上和基層以下設(shè)置反濾隔離層。透水路面與道路及周邊公共用地的地下調(diào)蓄設(shè)施協(xié)同工作，降雨期間不僅能實(shí)現(xiàn)路面雨水的快排，而且經(jīng)過沉淀池、生物滯留設(shè)施處理后的雨水，可直接用作綠地噴灌或景觀用水，有效實(shí)現(xiàn)了雨水的回收再利用。但此類路面易發(fā)生堵塞，且堵塞后清理困難，因而透水路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)的開發(fā)刻不容緩。

4.3儲水設(shè)施

儲水設(shè)施多種多樣，包括各尺寸、外形的蓄水池（或儲水罐）、雨水罐（或雨水桶），可設(shè)于地面、屋頂或地下。屋頂?shù)膬λO(shè)施主要是簡易式集蓄設(shè)施，用于儲存一定量的雨水，另作他用;地面的儲水設(shè)施多與建筑物的落水管直接相連，主要用于收集經(jīng)由落水管排出的屋頂雨水;地下埋設(shè)的大型蓄水池一般與建筑物的落水管、周邊綠地的排水管、道路排水溝渠等直接連接或經(jīng)一級沉淀池后匯入，不影響地面以上的景觀和既有建筑物。可見儲水設(shè)施單獨(dú)使用意義不大，需要與其他集、蓄、排設(shè)施協(xié)同工作，才能承擔(dān)起城市排水防澇和雨水再利用等任務(wù)。

4.4綠色屋頂

綠色屋頂，也稱植被屋頂、生態(tài)屋頂或屋頂綠化，是在傳統(tǒng)屋頂上鋪設(shè)一定厚度種植基質(zhì)，種植不同類型綠植，適用于平屋頂或坡度在15°以下的坡屋頂。降落至屋頂?shù)挠晁来伪痪G植、基質(zhì)截留或吸收，多余的雨水則由落水管排入與之配套的地面或地下儲水設(shè)施。干燥期內(nèi)，被綠色屋頂吸收的雨水將通過土壤蒸發(fā)和植物蒸騰作用排出返回大氣。按種植基質(zhì)的厚度不同，綠色屋頂又分為普通型和集約型兩種，普通型的基質(zhì)層較薄，適合種植草和低矮灌木;集約型的基質(zhì)層較厚，可種植較高樹木，層次更豐富，節(jié)能減排作用也更好。

5.結(jié)語

“十四五”時期，我國城鎮(zhèn)化步入快速增長的中后期，以人為核心的新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略正在加快實(shí)施。與此同時，我國海綿城市建設(shè)盡管已取得一定成績，但仍有很多亟待進(jìn)一步解決的問題，如各類集蓄設(shè)施內(nèi)雨水水質(zhì)長期監(jiān)測、城市洪水預(yù)警系統(tǒng)、區(qū)域內(nèi)與區(qū)域間海綿設(shè)施協(xié)同工作等。此外，新型城鎮(zhèn)化下的城市排水防澇體系建設(shè)不僅需要政策、技術(shù)和資金的支持，更需要全民參與。只有各方協(xié)同，才能真正建立起智慧型城市防洪排澇體系，最大限度提升城市的防洪排澇和利用雨水的能力。

基金資助項(xiàng)目：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技計(jì)劃項(xiàng)目（2019-K-140），南京林業(yè)大學(xué)青年科技創(chuàng)新項(xiàng)目（CX2019031）

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧晰隆，葉子榮，郝曉薇.城鎮(zhèn)化發(fā)展模式從“高速發(fā)展”向“高質(zhì)量發(fā)展”的轉(zhuǎn)變啟示[J]西南民族大學(xué)學(xué)報：人文社會科學(xué)版，2020，12，114-121.

[2]國家統(tǒng)計(jì)局.中國統(tǒng)計(jì)年鑒2020[M]中國統(tǒng)計(jì)出版社，2020.

[3]中國氣象局，國家氣候委員會.2015年中國氣候公報[OL].http：//www.cma.gov.cn/root7/auto13139/201705/P020170601594377185320，pdf

[4]中國氣象局，國家氣候委員會.2016年中國氣候公報[OL].http：//www.cma.gov.cn/root7/auto13139/201705/P020170525594191586338.pdf

[5]中國氣象局，國家氣候委員會.2020年中國氣候公報[OL].http：//www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xqxxw/2011xqxyw/202102/t20210209_571871.html

[6]何振東.城市內(nèi)澇風(fēng)險評估及應(yīng)用[J]科技風(fēng)，2021，8：115-116

[7]高偉東，王志遠(yuǎn)，蔣華棟，蘇海河.城市防洪澇，各國有啥招[N]經(jīng)濟(jì)日報，2016-8-26.

[8]劉曙光，周正正，鐘桂輝，方琦.城市化進(jìn)程中的防洪排澇體系建設(shè)[J]科學(xué)，2020，72（5）：32-36

[9]住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）[S]2014