全球變暖背景下城市內(nèi)澇防治策略研究

簡(jiǎn)國(guó)丹

（韶關(guān)市規(guī)劃市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 韶關(guān) 512000）

0 引言

近百年來，全球變暖已是不可辯駁的事實(shí)。隨著全球氣溫升高，冰川融化導(dǎo)致更多水分加入水汽循環(huán)，大氣平均水汽含量的增高，使外來水汽降水逐漸增多。得益于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的蓬勃發(fā)展，我國(guó)城市化水平不斷提高，目前我國(guó)的城市化率已超過60%，特別是東部沿海城市，城市化率甚至超過70%。從省份上看，上海、北京和天津城市化率超過80%，東部沿海的廣東、江蘇、浙江以及遼寧的城鎮(zhèn)化率超過70%。城鎮(zhèn)化不僅使城市規(guī)模擴(kuò)大，鎮(zhèn)的規(guī)模實(shí)際也在擴(kuò)大，快速的城鎮(zhèn)化以及不當(dāng)?shù)耐恋乩?，?dǎo)致城市非滲透性地面增加、自然滲透能力下降以及排水峰值和徑流量逐年增加。城市生態(tài)、徑流、流域等水文條件隨之變化，進(jìn)而反饋至氣候系統(tǒng)，適逢全球變暖，導(dǎo)致城市內(nèi)澇問題日益凸顯。

2020年6月2日至7月11日，中央氣象臺(tái)連續(xù)41天發(fā)布暴雨預(yù)警，全國(guó)共有433條河流發(fā)生超警以上洪水，其中109條河流發(fā)生超保洪水，33條河流發(fā)生超歷史洪水，預(yù)警持續(xù)時(shí)間為氣象災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布制度建立以來最長(zhǎng)。2021年7月17日至22日，河南鄭州、新鄉(xiāng)、開封、周口、焦作等地出現(xiàn)特大暴雨，鄭州市最大降雨量達(dá)201.9mm/h。如今，我國(guó)暴雨洪澇災(zāi)害日趨常態(tài)化，為滿足城市發(fā)展建設(shè)與設(shè)防保障的需要，科學(xué)編制城市排水防澇規(guī)劃、合理組織防澇設(shè)施建設(shè)運(yùn)維尤為重要。

1 城市內(nèi)澇災(zāi)害特性

1.1 危害

1）城市人口稠密，要素集聚，地下空間開發(fā)規(guī)模較大，易遭受內(nèi)澇災(zāi)害，且一旦發(fā)生災(zāi)害損失巨大。

2）城市基礎(chǔ)設(shè)施與地下綜合管線（給排水、電力、通信、燃?xì)?、熱力）是城市的主要?jié)點(diǎn)與脈絡(luò)，一旦受損則直接影響城市的基本運(yùn)行，甚至輻射至相鄰片區(qū)，增加應(yīng)急搶險(xiǎn)救援工作難度。

3）內(nèi)澇災(zāi)害會(huì)對(duì)城市衛(wèi)生造成很大影響，導(dǎo)致合流制溢流污染，長(zhǎng)時(shí)間浸泡垃圾還會(huì)產(chǎn)生惡臭。

4）內(nèi)澇會(huì)在短時(shí)間內(nèi)給城市帶來較大的排水壓力，當(dāng)大量徑流沿河道輸送至下游時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響下游城市的行洪。

1.2 原因

城市內(nèi)澇災(zāi)害的形成主要受降水與地形的影響。降水的持續(xù)時(shí)間、持續(xù)時(shí)間內(nèi)的降水總量、單位時(shí)間內(nèi)的降水量是表述一場(chǎng)降水強(qiáng)度的3個(gè)主要指標(biāo)。但降水具有隨機(jī)性，且極易受極端天氣影響，近年來隨著全球氣候變暖，降水呈短歷時(shí)強(qiáng)降雨的變化，即降水效率變得更高、更強(qiáng)。2021年“7·20”鄭州特大暴雨 24h降水總量超過了600mm，是鄭州市內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（50年一遇）199.4mm的3.12倍。由此可見，50年一遇防澇系統(tǒng)排水量占總降水量的33.2%，即使默認(rèn)該部分能全部排除，仍有66.8%的超標(biāo)準(zhǔn)降水在城市地表形成徑流，從而引發(fā)次生災(zāi)害。

地形也是影響內(nèi)澇災(zāi)害形成的主要因素之一[1]。城市所在的區(qū)位、周邊地勢(shì)的高低與不透水層的面積等是影響周邊降水來水的主要影響因素。地面的透水性與粗糙度深刻影響著地表徑流的流量與流速。城市開發(fā)使原有的魚塘、湖泊、水庫(kù)被填埋，雨水的自然調(diào)蓄空間減少，則地表徑流量增加，徑流系數(shù)提高，徑流量增大，城市排水系統(tǒng)壓力增大，發(fā)生內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)上升。

2 全球變暖陸地降水趨勢(shì)變化分析

已有許多專家學(xué)者對(duì)陸地降水長(zhǎng)期趨勢(shì)變化進(jìn)行了研究，普遍認(rèn)為降水長(zhǎng)期趨勢(shì)變化隨全球變暖而緩慢變化。由于人為溫室氣體增加導(dǎo)致地表變暖，隨著溫度升高，全球平均降水量可能以大約2% K-1的速度增加[2]。全球平均降水長(zhǎng)期趨勢(shì)變化微弱，然而在不同區(qū)域的降水趨勢(shì)卻有較大差別，主要表現(xiàn)為赤道地區(qū)降水增加，副熱帶下沉區(qū)域降水減少，中緯度小范圍地區(qū)降水增加[3]。

通過比較大學(xué)氣候研究中心（CRU）和全球降水氣候中心（GPCC）的全球陸地降水觀測(cè)資料可以發(fā)現(xiàn)，6—8月期間，全球平均陸地降水變化極小，表現(xiàn)為微弱減少的趨勢(shì)，然而在12—2月期間，全球平均陸地降水趨勢(shì)變化顯著增多。

總體來說，氣候變暖下，全球在雨季降水總體有所增加，12—2月的冬季降水增幅最為顯著，6—8月夏季降水趨勢(shì)變化幅度不大。

3 全球變暖對(duì)極端降水事件發(fā)生的影響

水循環(huán)會(huì)隨著全球溫度上升不斷發(fā)生變化，但如前所述，全球降水的平均變化并不明顯。其演變的表征不在降水量的增減，而是體現(xiàn)在極端降水事件的增多和巨大的局地差異。不均勻的降水分布和極端降水事件的發(fā)生會(huì)使?jié)駶?rùn)地區(qū)更濕潤(rùn)、干旱地區(qū)更干旱。

極端降水是全球變暖所造成的后果中最難解決的問題之一，越來越多的研究證實(shí)了近百年來全球范圍內(nèi)極端降水事件的迅速增加[4]。極端降水事件的頻發(fā)，在全年總體降水量變化幅度不大的條件下，代表著平均降水的減少，密集的降水導(dǎo)致降水徑流的增加，同時(shí)增加了干旱和洪澇的風(fēng)險(xiǎn)。

大氣中水汽含量會(huì)隨著溫度的上升而增加，而水汽含量的變化是降水變化的主要因素。當(dāng)大氣中的水汽含量接近飽和時(shí)易發(fā)生極端降水事件，因此極端降水也與大氣水容量成正相關(guān)關(guān)系，即隨溫度增加呈Clausius-Clapeyron率的指數(shù)型增長(zhǎng)[5]?；趪?guó)家氣象中心發(fā)布的地面降水和溫度數(shù)據(jù)分析近20年來國(guó)內(nèi)的演變發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江以南、東北、西北和青藏高原近幾十年來都存在輕度降水的減少和重度降水的增加趨勢(shì)。而西北干旱及半干旱地區(qū)的極端降水則隨升溫呈局地減少。也有不少學(xué)者發(fā)現(xiàn)，近幾十年來我國(guó)東部地區(qū)降水從輕度降水逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樵絹碓蕉嗟闹囟冉邓?。人為溫室氣體的增加顯然是我國(guó)東部地區(qū)轉(zhuǎn)為重度降水的重要因素，且在可見的未來，隨著溫室氣體的持續(xù)大幅排放，將繼續(xù)向重度降水過渡。

4 城市內(nèi)澇防治策略

隨著密集降水日趨加重，各城市制定內(nèi)澇問題防治對(duì)策時(shí)應(yīng)按照因地制宜、近遠(yuǎn)結(jié)合、標(biāo)本兼治、綜合治理的原則，同時(shí)把海綿城市、多部門協(xié)同治理等理念納入防治對(duì)策的改進(jìn)方向。城市內(nèi)澇防治是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多個(gè)專業(yè)及學(xué)科，需要在統(tǒng)籌排水、土地利用、道路交通、水環(huán)境生態(tài)等方面進(jìn)行統(tǒng)一謀劃，充分發(fā)揮它們之間的耦合作用。

4.1 防治理念

2017年7月1日起實(shí)施的GB 51222—2017《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期劃定了超大城市、特大城市、大城市、中等城市和小城市的取值范疇，確定了超大城市為100年，特大城市為50～100年，大城市為30～50年，中、小城市為20～30年。城市的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)以上述標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，充分結(jié)合所在城市的城市首位度、排水管網(wǎng)狀況、未來發(fā)展規(guī)劃、實(shí)際和潛在的排水需求、受災(zāi)影響、經(jīng)濟(jì)技術(shù)等情況設(shè)計(jì)具體的防治標(biāo)準(zhǔn)。

建議以“管標(biāo)降雨排水暢，澇標(biāo)降雨不成災(zāi)，超標(biāo)降雨可應(yīng)對(duì)”為目標(biāo)科學(xué)合理界定排水系統(tǒng)內(nèi)澇防治分目標(biāo)，貫徹從源頭到末端全過程管控理念，系統(tǒng)采用工程、生態(tài)、管理等措施削減雨水峰值流量、控制徑流總量，以降低城鎮(zhèn)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 完善城市排洪防澇體系建設(shè)

完善城市調(diào)蓄工程體系能在較大程度上削減雨水峰值流量，同時(shí)也是應(yīng)對(duì)超標(biāo)降水的有效舉措[6]。建成區(qū)中，如果缺乏建設(shè)條件，可以考慮和城市廣場(chǎng)、公園和綠地建設(shè)相結(jié)合。很多城市為應(yīng)對(duì)局部?jī)?nèi)澇問題規(guī)劃建設(shè)了大量的調(diào)蓄設(shè)施，但大都局限在緩解小范圍的減排問題上，沒有實(shí)現(xiàn)多重目標(biāo)控制的要求，因此建議做好已建與將建的調(diào)蓄設(shè)施應(yīng)的協(xié)同設(shè)計(jì)，提高調(diào)蓄控制利用率。

推進(jìn)海綿城市建設(shè)，推行生態(tài)文明建設(shè)，在上游城市匯水分區(qū)采用低影響開發(fā)模式進(jìn)行源頭控制，通過工程設(shè)施將雨水就地下滲或臨時(shí)調(diào)蓄，可起到控流、削峰的作用[7]。有序完善良性城市排水系統(tǒng)、提高管網(wǎng)維護(hù)水平，也是保障城市防洪排澇能力的重要舉措。雨水管網(wǎng)是城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)的重要部分，實(shí)現(xiàn)地表徑流高效排放、改善排水系統(tǒng)，對(duì)解決城市內(nèi)澇問題具有重要作用。

有序完善及優(yōu)化城市排水系統(tǒng)、提高管網(wǎng)維護(hù)水平，也是保障城市防洪排澇能力的重要舉措。雨水管網(wǎng)及排澇泵站是城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)的重要部分，實(shí)現(xiàn)地表徑流高效排放、改善排水系統(tǒng)，在降水峰值來臨期間對(duì)緩解城市排澇壓力具有關(guān)鍵作用。雨水管網(wǎng)建設(shè)改造可以結(jié)合城市更新和道路改擴(kuò)建工程一起實(shí)施，逐步改造不滿足排水要求的雨水管網(wǎng)，提高排水能力，擴(kuò)大覆蓋面積。同時(shí)，做好排水設(shè)施的日常管養(yǎng)，加強(qiáng)巡查，對(duì)老化、堵塞、淤積、破損的管道進(jìn)行修復(fù)，也是完善城市排水系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。

4.3 完善預(yù)案預(yù)報(bào)預(yù)警工作，切實(shí)強(qiáng)化氣象防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急體系建設(shè)

在全球氣候不斷變暖的背景下，極端降雨逐漸趨于常態(tài)化，一次災(zāi)害就是一場(chǎng)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。準(zhǔn)確的氣象監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和雨情水情研判，是防災(zāi)減災(zāi)的重要基礎(chǔ)。利用地理信息系統(tǒng)、數(shù)字模型、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)并整合相關(guān)數(shù)據(jù)，建立內(nèi)澇防治管理的基礎(chǔ)信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多部門內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)信息共享，建立有效的暴雨內(nèi)澇預(yù)警機(jī)制，使媒體和公眾可以及時(shí)接收發(fā)布的災(zāi)害預(yù)警信息，減輕內(nèi)澇災(zāi)害造成的危險(xiǎn)和損失。

極端降水的監(jiān)測(cè)，不僅要關(guān)注重要城市內(nèi)的水量變化，還應(yīng)該對(duì)城市所在流域的上下游水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)江河水位上漲至各地的超標(biāo)準(zhǔn)洪水預(yù)警水位時(shí)，承擔(dān)防汛任務(wù)的部門、單位應(yīng)根據(jù)水情預(yù)警，按照規(guī)定的權(quán)限和應(yīng)急方案、洪水調(diào)度方案全面調(diào)度運(yùn)用防洪工程，啟動(dòng)應(yīng)急泵站強(qiáng)排，對(duì)堤岸及易澇區(qū)實(shí)施交通管制，搶險(xiǎn)人員與防汛物資要部署到位。同時(shí)，需要及時(shí)聯(lián)絡(luò)流域上下游的水電站或水利樞紐工程，必要時(shí)開閘放水。

災(zāi)情的預(yù)防，當(dāng)?shù)卣幸惶仔兄行У膽?yīng)急方案[8]。應(yīng)急方案的實(shí)施需要多個(gè)部門的配合，這需要加強(qiáng)不同部門之間的溝通與協(xié)作，提高防災(zāi)救援的團(tuán)隊(duì)配合能力和工作效率，增強(qiáng)應(yīng)變能力，實(shí)現(xiàn)內(nèi)澇防治工作的有序進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

在全球氣候不斷變暖背景下，水循環(huán)也隨著不斷變化。雖然全年降水總量變化不大，但冬季降水顯著增多，且降雨效率逐年增強(qiáng)，極端降雨事件頻發(fā)。在此背景下的城市開發(fā)建設(shè)，應(yīng)重視夏冬季降水與汛情，統(tǒng)籌城市上下游河道防洪工程、低影響開發(fā)片區(qū)規(guī)劃，綜合考慮排澇特性和現(xiàn)實(shí)施工條件，構(gòu)建一套科學(xué)、完善、具有可操作性的城市內(nèi)澇應(yīng)急管理體系，充分利用現(xiàn)有設(shè)施，提高總體調(diào)控能力，使城市內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)與能力逐步與城市發(fā)展相適應(yīng)。