浙江山地丘陵地貌內(nèi)澇防治研究

鞠興沂 ，吳 江 ，趙 萍 ，郝新宇

（1.浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310000；2.浙江省自然資源調(diào)查登記中心，浙江 杭州 310000）

0 引言

受全球氣候變化和城市“熱島效應(yīng)”影響，近年來(lái)我國(guó)極端天氣事件明顯增多，各大、中城市內(nèi)澇時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了城市安全運(yùn)行。國(guó)家和省級(jí)層面高度重視城鎮(zhèn)內(nèi)澇問(wèn)題，陸續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)政策法規(guī)，廣大人民群眾也日益關(guān)注水安全的問(wèn)題[1]。

1 現(xiàn)狀概況

1.1 地形地貌

龍泉市位于浙南山區(qū)，地勢(shì)由西南向東北傾斜，山脈多呈西南—東北走向，龍泉溪從西南向東北貫穿中部，群山平行于河谷對(duì)稱(chēng)分布，其中低、中山帶占市域總面積的70%，丘陵占27%，河谷平原占3%，故有“九山半水半分田”之謂。龍泉市地形如圖1所示。

圖1 龍泉市地形

1.2 降雨特點(diǎn)

龍泉市地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤(rùn)，四季分明，季風(fēng)明顯，雨水充沛，光熱較優(yōu)。由于地形復(fù)雜、海拔高低懸殊，垂直氣候變化明顯。年平均降雨量為1645.4 mm，降雨時(shí)空分布不均勻，春末夏初多梅雨、暴雨，盛夏晴熱干旱。

1.3 數(shù)學(xué)模型

龍泉市中心城區(qū)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用InfoWorks ICM 軟件進(jìn)行區(qū)域雨水系統(tǒng)模型構(gòu)建，模型包括模型網(wǎng)絡(luò)概化、地表產(chǎn)匯流模擬、管渠水動(dòng)力模擬以及一二維耦合模擬。

1.4 存在問(wèn)題分析

根據(jù)模型模擬結(jié)果，分析積水成因，主要是山區(qū)外水匯入，管網(wǎng)排澇能力不足，地勢(shì)低洼和河道水位頂托等原因造成的。

1.4.1 城區(qū)部分道路縱坡較大，雨水口收集雨水效率低

龍泉市屬于山區(qū)地形，道路設(shè)計(jì)建設(shè)按照現(xiàn)狀地形進(jìn)行規(guī)劃，造成部分市政道路縱向坡度較大，如松溪路、廣源街、廣濟(jì)街、劍川大道、后沙路、龍窯路等。道路兩側(cè)的雨水口實(shí)際收水范圍小，不能有效地收集路面的雨水，導(dǎo)致大量路面雨水通過(guò)道路路面縱向流到下游，容易造成局部積水現(xiàn)象。

1.4.2 排水主渠內(nèi)部淤積，降低行泄斷面

龍泉市山洪的特點(diǎn)是含泥沙量較大，顏色泛黃，幾條主要的排洪溪渠上游山區(qū)段坡度陡，下游城區(qū)段坡度緩，上游流速大，下游流速小，容易形成淤積，減少渠道的過(guò)水?dāng)嗝?。另外，城區(qū)部分行泄渠道采用蓋板形式，清淤難度很大。

1.4.3 山區(qū)匯水面積大，外水快速匯入

龍泉市中心城區(qū)四面環(huán)山，山區(qū)匯水面積約19.6 km2，城區(qū)面積17.7 km2，山區(qū)匯入面積約為城區(qū)面積的110.7%；山區(qū)匯水坡度較大，匯水速度快，主要排水通道羅木溪、牛門(mén)溪、金沙溪和大沙溪均貫穿城市中心區(qū)，容易造成山洪與內(nèi)澇疊加，城區(qū)管道排水不暢。

1.4.4 市政雨水管道規(guī)模較小，排水能力明顯不足

根據(jù)管徑規(guī)模對(duì)市政管道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中管道尺寸400 mm、500 mm、600 mm 的管道長(zhǎng)度分別為23.3 km、15.8 km 和17.7 km，占比分別為18.4%、12.5%和14.0%。根據(jù)自由出流工況下的排水能力評(píng)估結(jié)果，排水能力在1 年一遇以下的管道，總長(zhǎng)度81.1 km，占比64.3%。大量市政排水管道規(guī)模過(guò)小，排水能力不足，容易形成大量分散積水點(diǎn)。

1.4.5 地勢(shì)低洼，缺乏地表調(diào)蓄，行泄通道不健全

在地勢(shì)低洼區(qū)，雨水造成低洼區(qū)管道節(jié)點(diǎn)冒水，并形成大片積水。且地勢(shì)低洼區(qū)域的行泄通道不健全，無(wú)法快速將該區(qū)域的積水導(dǎo)入其他滯蓄區(qū)。

以呂家屋積水點(diǎn)為例，該積水點(diǎn)的管網(wǎng)在強(qiáng)降雨時(shí)來(lái)不及排水，僅靠地表行泄，沒(méi)有澇水調(diào)蓄空間，造成地表積水。

1.4.6 河道水位頂托，進(jìn)一步加劇積水風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)比同一重現(xiàn)期在自由出流及淹沒(méi)出流工況下，以20 年一遇設(shè)計(jì)降雨為例，淹沒(méi)出流選取龍泉溪10 年一遇洪水位，沿岸排口基本均處于淹沒(méi)狀態(tài)；與自由出流工況相比較，積水面積增加約13.0%，澇水量增加約50.5%，龍泉溪對(duì)上游管網(wǎng)的頂托作用明顯，因此區(qū)域的積水問(wèn)題主要是上游排澇系統(tǒng)的問(wèn)題，但下游河道的頂托作用進(jìn)一步加劇了上游內(nèi)澇。

2 內(nèi)澇工程防治思路

結(jié)合龍泉市的現(xiàn)狀特點(diǎn)，提出“上滯、中控、下疏”的總體內(nèi)澇工程防治思路。

（1）“上滯”——利用海綿城市建設(shè)理念，通過(guò)綠色設(shè)施蓄滯雨水，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰排放。龍泉市山洪的特點(diǎn)是峰高量大、水量集中、漲落較快，洪水過(guò)程的主要時(shí)段一般集中在3 d 左右。龍泉市的發(fā)展特點(diǎn)是往溪流（排洪渠）上游開(kāi)發(fā)建設(shè)。這就打破了原溪流（排洪渠）的平衡性，讓原本捉襟見(jiàn)肘的過(guò)流能力更加雪上加霜。而海綿城市建設(shè)理念的提出，可以解決發(fā)展與保護(hù)這對(duì)矛盾體。在城市新地塊的開(kāi)發(fā)中，融入海綿城市建設(shè)的理念，通過(guò)綠色設(shè)施在洪峰期間蓄滯一定量的雨水，為溪流（排洪渠）提供一定的排洪時(shí)間和空間，并在平峰時(shí)將綠色設(shè)施內(nèi)的雨水有序排入溪流（排洪渠）內(nèi)，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰排放。

（2）“中控”——控制行泄通道、控制豎向標(biāo)高。老城區(qū)根據(jù)問(wèn)題導(dǎo)向，規(guī)劃預(yù)留可行性山洪行泄通道，確保山洪對(duì)老城區(qū)的影響降低到最小。新開(kāi)發(fā)的建設(shè)區(qū)吸取老城區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格控制山洪行泄通道的斷面和開(kāi)敞性，在滿(mǎn)足行泄功能的前提下結(jié)合景觀打造成美觀的山洪行泄通道。同時(shí)，根據(jù)水位標(biāo)高控制規(guī)劃地塊的豎向標(biāo)高。

（3）“下疏”——疏通溪流渠道。從龍泉市現(xiàn)狀溪流渠道縱向標(biāo)高進(jìn)行分析，溪流渠道底基本呈現(xiàn)中上游坡度陡、下游接近龍泉溪段坡度緩，如果上游來(lái)水含沙量大時(shí)，容易在該段下游淤積，久而久之削弱了該溪流渠道的實(shí)際過(guò)流能力，對(duì)洪峰期間的排水非常不利，應(yīng)該及時(shí)對(duì)該區(qū)段的淤積進(jìn)行疏通。

3 內(nèi)澇管理防治思路

龍泉市結(jié)合現(xiàn)狀特點(diǎn)，提出“一管、三控”的防澇管理總體思路[2-3]。

3.1 “一管”——負(fù)面清單管理

高度結(jié)合氣象部門(mén)的暴雨預(yù)警體系（藍(lán)色、黃色、橙色、紅色），依據(jù)翔實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，制作不同暴雨預(yù)警下城市可能積水內(nèi)澇點(diǎn)的負(fù)面管理清單，相關(guān)部門(mén)提前介入干預(yù)，將損失和影響降到最小。

根據(jù)龍泉市氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2010—2021 年，日降雨量大于50 mm 的降雨天數(shù)總共74 d。日降雨量最大值出現(xiàn)在2010 年5 月22日，為151 mm。平均每年有6~7 d 的日降雨量超過(guò)50 mm。

暴雨預(yù)警方面，平均每年約3 次暴雨橙色預(yù)警。暴雨紅色預(yù)警在2010 年預(yù)報(bào)了3 次，2016 年預(yù)報(bào)了1 次，2019 年預(yù)報(bào)了2 次。氣象暴雨預(yù)警信號(hào)如表1所示。

表1 氣象暴雨預(yù)警信號(hào)

根據(jù)模型數(shù)據(jù)分析，人工識(shí)別輔助，制作龍泉市在發(fā)出暴雨橙色預(yù)警后，需要加強(qiáng)管理的市政道路負(fù)面清單，如表2 和圖2 所示。

3.2 “三控”——源頭徑流控制、行泄通道控制、豎向標(biāo)高控制

如果城市發(fā)展只顧著將雨水快速排入管道，勢(shì)必造成下游管道排水能力不能滿(mǎn)足新增加流入的雨水量，從而出現(xiàn)下游雨水井外溢道路積水現(xiàn)象。要解決以上問(wèn)題，就要從源頭徑流、行泄通道、豎向標(biāo)高進(jìn)行控制。源頭徑流控制主要引入海綿城市的理念，這是城市向周邊發(fā)展的重要前提，行泄通道的控制也是重要的一環(huán)，如果城市在建設(shè)發(fā)展中不能很好地保留和保護(hù)原有的河道，將不利于洪水和澇水的通行，因此控制好河道的寬度和形態(tài)至關(guān)重要。豎向標(biāo)高控制即在地塊建設(shè)時(shí)將地坪標(biāo)高控制在規(guī)劃要求的標(biāo)高范圍內(nèi)，不宜太高也不宜太低，太高對(duì)景觀處理不利，太低易造成內(nèi)澇積水。

3.2.1 源頭徑流控制

《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》將我國(guó)大陸地區(qū)大致分為5 個(gè)區(qū)，并給出了各區(qū)年徑流總量控制率α 的最低和最高限值，即Ⅰ 區(qū)（85%≤α≤90%）、Ⅱ 區(qū)（80%≤α≤85%）、Ⅲ區(qū)（75%≤α≤85%）、Ⅳ區(qū)（70%≤α≤85%）、Ⅴ區(qū)（60%≤α≤85%）。龍泉市屬Ⅲ區(qū)，其年徑流總量控制率α 取值范圍為75%≤α≤85%。綜合考慮龍泉市的自然環(huán)境和建設(shè)現(xiàn)狀、城市定位、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多方面條件，確定龍泉市年徑流總量控制率目標(biāo)為75%，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量約為23.0 mm。

龍泉市屬于山地丘陵地區(qū)，適合山地丘陵地區(qū)的源頭徑流控制措施有綠色屋頂和下沉綠地等，但是龍泉市工業(yè)區(qū)由于綠化占比較少，因此很難建設(shè)大面積的下沉綠地，所以需要建設(shè)適當(dāng)?shù)挠晁赜谜{(diào)蓄池。

3.2.2 行泄通道控制

城市開(kāi)發(fā)建設(shè)后的行泄通道通行總能力不得低于開(kāi)發(fā)建設(shè)前的過(guò)流能力。河道、湖泊、濕地、溝塘等自然設(shè)施是城鎮(zhèn)蓄洪、排水的重要載體。應(yīng)根據(jù)城鎮(zhèn)自然蓄洪設(shè)施數(shù)量和行泄能力控制指標(biāo)要求，合理確定城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)建設(shè)方案。在開(kāi)發(fā)建設(shè)中應(yīng)重視對(duì)河湖水系等城鎮(zhèn)現(xiàn)狀雨水受納水體的保護(hù)，填埋現(xiàn)狀河道的同時(shí)應(yīng)提出科學(xué)有效的補(bǔ)償方案，對(duì)于沒(méi)有足夠受納水體的新區(qū)開(kāi)發(fā)，應(yīng)提出水體開(kāi)挖方案。應(yīng)保證規(guī)劃行泄通道過(guò)流能力不低于現(xiàn)狀過(guò)流能力，在某種程度上甚至要高于原過(guò)流能力。為保證城市行泄通道不受城市建設(shè)開(kāi)發(fā)的影響，城市用地規(guī)劃以及對(duì)應(yīng)的控制工程規(guī)劃中必須對(duì)重點(diǎn)水面水體的行泄通道予以保證。

重點(diǎn)控制行泄通道：不得隨意改變?cè)兴蛐螒B(tài)，不得減小其水域面積。行泄通道線位需隨之調(diào)整且寬度保持不變。

一般控制行泄通道：原有水域形態(tài)在滿(mǎn)足河道通暢的前提下考慮景觀等要求，可結(jié)合周邊地塊在詳細(xì)規(guī)劃中做出合理變更。行泄通道線位需隨之調(diào)整，寬度不變。

3.2.3 豎向標(biāo)高控制

根據(jù)浙江省《城鎮(zhèn)防澇規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》，城鎮(zhèn)用地宜按照有利于雨水排除的豎向進(jìn)行控制，避免形成排水不利區(qū)塊。在規(guī)劃建設(shè)中，一些地方在城鎮(zhèn)周邊低洼地帶，甚至是漫灘、滯洪區(qū)等危險(xiǎn)地區(qū)進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設(shè)，這不但降低了城鎮(zhèn)對(duì)于雨水徑流的調(diào)蓄能力，而且引起城鎮(zhèn)抵御內(nèi)澇能力的下降，給城鎮(zhèn)帶來(lái)極大的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。故城鎮(zhèn)用地應(yīng)優(yōu)先按照有利于雨水排除的豎向進(jìn)行控制，盡量避免形成排水不利區(qū)塊。地面自然排水坡度不宜小于0.3%。條件允許時(shí)，地面坡度應(yīng)坡向所在區(qū)域的雨水受納水體方向，并保證排水分區(qū)內(nèi)的最遠(yuǎn)點(diǎn)高程高于雨水受納水體水位與雨水管渠的水力坡降之和。

道路規(guī)劃最低點(diǎn)高程宜高于雨水受納水體防洪標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的洪水位加安全超高。當(dāng)雨水受納水體采用水閘、泵站等設(shè)施控制水位時(shí)，道路規(guī)劃最低點(diǎn)高程可高于內(nèi)澇防治系統(tǒng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)的洪（澇）水位加安全超高。合理地提高地面高程是治理低洼易澇地區(qū)的一個(gè)非常有效的措施，對(duì)此應(yīng)統(tǒng)籌考慮，進(jìn)行科學(xué)的豎向規(guī)劃，即在現(xiàn)狀地形分析基礎(chǔ)上，結(jié)合防洪排澇水位，確定規(guī)劃范圍內(nèi)道路的標(biāo)高、坡度，以及地塊的控制高程。

為避免發(fā)生河水倒灌，道路規(guī)劃高程宜按高于雨水受納水體的防洪標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的洪水位加安全超高確定。若雨水受納水體的水位是可控的，如通過(guò)閘站控制，則道路規(guī)劃高程可按高于內(nèi)澇防治系統(tǒng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)的洪（澇）水位加安全超高考慮。龍泉市內(nèi)河20 年一遇水位標(biāo)高如表3 所示。

表3 龍泉市內(nèi)河20 年一遇水位標(biāo)高

建設(shè)用地地塊的規(guī)劃高程應(yīng)按地塊的重要性和地形條件確定，除用于雨水收集的綠化帶和集水區(qū)外，重要地塊的規(guī)劃高程宜比周邊道路的最低路段高程高出0.35 m 以上，一般地塊的規(guī)劃高程宜比周邊道路的最低路段高程高出0.2 m 以上。住宅建筑首層地面標(biāo)高宜比地塊的規(guī)劃高程高出0.15 m 以上，工商業(yè)建筑物的首層地面標(biāo)高宜比地塊的規(guī)劃高程高出0.3 m 以上。

地下設(shè)施的入口高程應(yīng)高于周邊地面高程，車(chē)行入口高程宜高出周邊地面0.15 m 以上，人行入口高程宜高出周邊地面0.5 m 以上。地下設(shè)施本身易受澇，故應(yīng)采取措施防止客水進(jìn)入，以免造成更嚴(yán)重內(nèi)澇。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析山地城市防洪思路，結(jié)合數(shù)學(xué)建模和氣象預(yù)警，提出“一管三控”的防澇治理管理措施，有效解決了山地丘陵城市往河道上游開(kāi)發(fā)所導(dǎo)致的下游積水、內(nèi)澇現(xiàn)象，同時(shí)提升了現(xiàn)代化城市治理水平。