洪澇安全評(píng)估在城市開發(fā)建設(shè)中的重要性與技術(shù)要點(diǎn)

陳睿智 劉壯添

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

0 引 言

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對(duì)351 個(gè)城市進(jìn)行專項(xiàng)調(diào)研成果，2008－2010 年，全國(guó)有62%的城市發(fā)生過內(nèi)澇，超過3 次以上的有137個(gè)，其中有57個(gè)城市的最大淹沒時(shí)間超過12 h[1]。應(yīng)急管理部發(fā)布的2021 年全國(guó)十大自然災(zāi)害中，臺(tái)風(fēng)與暴雨洪澇災(zāi)害占6項(xiàng)，但受災(zāi)人口、死亡失蹤人口、緊急轉(zhuǎn)移安置人口與直接經(jīng)濟(jì)損失占比分別高達(dá)97.8%、93.2%、96.3%和92.1%[2]。近年來,典型的城市洪澇災(zāi)害如廣州“2020.5.22”特大暴雨災(zāi)害，導(dǎo)致全市共出現(xiàn)443處積水，多地出現(xiàn)水淹，增城廣汽本田生產(chǎn)基地被淹，廣州地鐵增城官湖地鐵站、新沙地鐵站嚴(yán)重浸水，導(dǎo)致地鐵13 號(hào)線停運(yùn)[3]，全市死亡4人。2021年鄭州“7·20”特大暴雨造成380 人因?yàn)?zāi)死亡失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失409 億元[4]。洪澇災(zāi)害已成為我國(guó)城市化進(jìn)程中面臨的一大問題。

城市洪澇災(zāi)害頻發(fā)，除氣候變化因素外，城市粗獷擴(kuò)張導(dǎo)致的下墊面硬化、調(diào)蓄容積減少等問題是洪澇災(zāi)害加劇的另外一個(gè)重要因素。為從源頭落實(shí)洪澇安全管控，全面提升城市內(nèi)澇防治能力，廣州市于2021 年3 月印發(fā)了《城市開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目洪澇安全評(píng)估技術(shù)指引》，在全國(guó)率先從城市規(guī)劃階段開展洪澇安全評(píng)估工作。本文結(jié)合廣州市洪澇安全評(píng)估工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，論述洪澇安全評(píng)估在城市開發(fā)建設(shè)中的重要性并針對(duì)評(píng)估技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行探討。

1 洪澇安全評(píng)估的主要內(nèi)容

為解決城市洪澇問題，廣州市從城市開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目前期規(guī)劃階段著手，要求廣州市域內(nèi)的新、改（擴(kuò)）建及城市更新項(xiàng)目（含主體設(shè)施及附屬設(shè)施）在策劃方案階段和控制性詳細(xì)規(guī)劃階段均應(yīng)開展相應(yīng)深度的洪澇安全評(píng)估，作為規(guī)劃條件發(fā)放的依據(jù)。重點(diǎn)評(píng)估的內(nèi)容有：①風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估定選址。在策劃方案階段重點(diǎn)評(píng)估地塊所處區(qū)域的洪澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并結(jié)合地塊建設(shè)用途進(jìn)行選址適應(yīng)性分析。②規(guī)劃復(fù)核定布局。在控制性詳細(xì)規(guī)劃階段根據(jù)各項(xiàng)水務(wù)上位規(guī)劃要求，落實(shí)上位規(guī)劃關(guān)于防洪排澇、排水、海綿等設(shè)施用地。③洪澇復(fù)核定規(guī)模。在控制性詳細(xì)規(guī)劃階段明確各類洪澇相關(guān)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)各類排水防澇設(shè)施的控制指標(biāo)、規(guī)模。

2 洪澇安全評(píng)估在城市內(nèi)澇防治中的重要性

2.1 維持下墊面天然調(diào)蓄能力和產(chǎn)匯流格局的重要手段

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”地面所取代，降低了城市的自然調(diào)蓄能力?！坝驳谆备鞘沟糜晁聺B量和截留量減少，徑流系數(shù)增大，從而改變了城市下墊面的產(chǎn)匯流格局，導(dǎo)致洪峰增大，峰現(xiàn)時(shí)間提前。

以廣州市為例，1990－2016 年，廣州市不透水面面積從421 km2增加到1 812 km2，增加了3 倍以上[5]。受城市建設(shè)導(dǎo)致的“硬底化”影響，廣州市的地面徑流系數(shù)由0.3～0.5 增大到0.6～0.9，暴雨匯流速度加快，“龍舟水”徑流峰值出現(xiàn)時(shí)間提前了1～2 h[6]。通過統(tǒng)計(jì)廣州市66 個(gè)典型排澇片不透水率與內(nèi)部易澇點(diǎn)密度的關(guān)系（圖1）可以看出，片區(qū)內(nèi)的澇點(diǎn)密度隨著片區(qū)內(nèi)地面不透水率的增加，呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖1 地面不透水率與易澇點(diǎn)密度的關(guān)系

從研究結(jié)果可知，城市開發(fā)建設(shè)會(huì)對(duì)下墊面的天然調(diào)蓄能力和產(chǎn)匯流格局產(chǎn)生重大影響。其中反映敏感的指標(biāo)包括綠地率、透水率、水面率、年徑流總量控制率，徑流系數(shù)，調(diào)蓄容積等。洪澇安全評(píng)估正是從這些指標(biāo)入手，從開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃階段就開展充分論證，從規(guī)劃階段嚴(yán)控約束性指標(biāo)，明確鼓勵(lì)性指標(biāo)，并在地塊核發(fā)規(guī)劃條件時(shí)落實(shí)。例如在調(diào)蓄容積設(shè)置方面，要求同時(shí)滿足：①新建工程硬化面積達(dá)1 萬m2以上的項(xiàng)目，除城鎮(zhèn)公共道路外，每1 萬m2硬化面積應(yīng)當(dāng)配建不小于500 m3的雨水調(diào)蓄設(shè)施。②項(xiàng)目建設(shè)后雨水徑流量不大于建設(shè)前徑流量。③對(duì)應(yīng)片區(qū)的年徑流總量控制率要求。通過這樣的方式，從項(xiàng)目建設(shè)的源頭階段落實(shí)管控要求，是維持城市地區(qū)下墊面天然調(diào)蓄能力和產(chǎn)匯流格局的重要手段。

2.2 保障規(guī)劃內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)落地的重要環(huán)節(jié)

長(zhǎng)期以來，城市的防洪排澇工程設(shè)計(jì)遵循《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201）《治澇標(biāo)準(zhǔn)》（SL 723）等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，市政排水工程建設(shè)遵循《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014）等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，海綿城市設(shè)施亦有各層級(jí)的建設(shè)規(guī)范。但由于不同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范間并未完全銜接，在實(shí)際的城市洪澇災(zāi)害治理中，常出現(xiàn)各系統(tǒng)各自“達(dá)標(biāo)”，但洪澇災(zāi)害卻久治不愈的情況，問題和責(zé)任也難以清晰界定。

針對(duì)這個(gè)問題，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布了《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治規(guī)范》（GB 51222），提出了“內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期”概念，旨在串聯(lián)城市洪澇防御體系中防洪排澇、排水、海綿城市三大系統(tǒng)，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，攜手解決城市內(nèi)澇問題。而洪澇安全評(píng)估，作為內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估環(huán)節(jié)，在復(fù)核防洪排澇、排水、海綿城市三大系統(tǒng)各自設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，考慮三大系統(tǒng)綜合運(yùn)用效果，開展內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核，對(duì)未滿足標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)項(xiàng)目提出具體的措施要求，并結(jié)合上位規(guī)劃要求復(fù)核水務(wù)工程用地，確保各類措施順利實(shí)施，在城市規(guī)劃內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)落地過程中起到了關(guān)鍵性的作用。

2.3 提高城市洪澇防御韌性的重要基礎(chǔ)

1973 年，加拿大生態(tài)學(xué)家Holling[7]首次提出“韌性”概念，將其用于表達(dá)系統(tǒng)受到外界沖擊后，通過自身調(diào)節(jié)，維持正常功能的能力。這一概念在城市洪澇災(zāi)害防御系統(tǒng)中可以體現(xiàn)為當(dāng)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪澇災(zāi)害時(shí)，防御系統(tǒng)不會(huì)馬上崩潰，城市重要基礎(chǔ)設(shè)施不受嚴(yán)重?fù)p害，災(zāi)后城市可以迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。一個(gè)優(yōu)秀的城市洪澇災(zāi)害防御系統(tǒng)不僅需要標(biāo)準(zhǔn)高，還需要韌性強(qiáng)。洪澇安全評(píng)估在提高城市洪澇防御系統(tǒng)韌性方面起到了兩個(gè)關(guān)鍵作用：

（1）選址適應(yīng)性評(píng)估，在規(guī)劃階段杜絕風(fēng)險(xiǎn)隱患。大多數(shù)的城市洪澇災(zāi)害產(chǎn)生原因，既有天災(zāi)、也有人禍，而選址不當(dāng)是“人禍”中最常見也是最應(yīng)該避免的情況。例如，在廣州“2020.5.22”特大暴雨災(zāi)害中，發(fā)生2 人溺亡的開源隧道、地鐵口水浸導(dǎo)致倒灌的13號(hào)線官湖地鐵站，選址均位于多面環(huán)山的凹地，建設(shè)前期風(fēng)險(xiǎn)考慮不足。洪澇安全評(píng)估在規(guī)劃階段開展選址適應(yīng)性評(píng)估，分析建設(shè)對(duì)象類型與其選址的洪澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的匹配度，提出選址優(yōu)化建議。尤其是針對(duì)危化企業(yè)及?；穫}(cāng)庫(kù)，水、電、氣、通信等城市命脈系統(tǒng)，易積水道路工程、重要交通設(shè)施、黨政重要辦公場(chǎng)所等失事后對(duì)城市正常運(yùn)行或人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生重大影響的項(xiàng)目，通過選址適應(yīng)性評(píng)估可避免項(xiàng)目建設(shè)在洪澇風(fēng)險(xiǎn)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，如確需建設(shè)，也會(huì)提出洪澇災(zāi)害防御具體要求，并對(duì)其采取的措施進(jìn)行全面復(fù)核。

（2）多元措施統(tǒng)籌考慮，三維立體設(shè)防。與洪澇災(zāi)害韌性防御相對(duì)應(yīng)的是對(duì)抗性防御，指采用單一措施正面抵抗洪澇威脅的防御方式，最為典型的就是通過一味加高堤防來提高城市防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)。這種方式簡(jiǎn)單直接，建設(shè)維護(hù)成本低，但也存在一定的弊端：①洪澇災(zāi)害問題是一個(gè)系統(tǒng)性問題，單一措施難以做到標(biāo)本兼治，往往解決了舊問題，又引發(fā)新問題，如堤防加高，會(huì)引起地表排水不暢、河道水位過高頂托管網(wǎng)排水等問題。②單一措施的脆性較強(qiáng)，一旦超過工程設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)險(xiǎn)情，如堤防潰堤，容易引起雪崩式的災(zāi)難，后果不堪設(shè)想。針對(duì)這個(gè)問題洪澇安全評(píng)估要求防洪排澇、排水、海綿城市各系統(tǒng)全面達(dá)標(biāo)，做到多元措施、分散布局，聯(lián)動(dòng)累加、形成合力共同消納流域暴雨徑流；重視地塊豎向標(biāo)高控制，三維立體設(shè)防，全面提高防御系統(tǒng)的韌性。

3 評(píng)估技術(shù)要點(diǎn)探討

3.1 以流域系統(tǒng)整體觀看待洪澇風(fēng)險(xiǎn)

城市內(nèi)部的小流域集雨面積一般都不大，流域范圍同時(shí)發(fā)生暴雨的可能性很大，加之小流域內(nèi)水力聯(lián)系緊密，在開展洪澇安全評(píng)估時(shí)，應(yīng)打破評(píng)估對(duì)象范圍的束縛，在充分識(shí)別洪澇風(fēng)險(xiǎn)來源的基礎(chǔ)上，以流域系統(tǒng)整體觀看待洪澇風(fēng)險(xiǎn)，將洪澇風(fēng)險(xiǎn)分析的范圍擴(kuò)大至與地塊存在水力聯(lián)系的一個(gè)或多個(gè)小流域，合理設(shè)置分析邊界條件。以廣州“2020.5.22”特大暴雨災(zāi)害中受淹嚴(yán)重的南崗地鐵站周邊片區(qū)為例，該區(qū)域位于南崗河流域下游右岸，地勢(shì)低洼，雨水排水路徑復(fù)雜，既有直排南崗河干流區(qū)域，也有排入南崗河支流大氹涌區(qū)域，還有一部分排雨水入南崗河流域相鄰橫滘河流域的沙步涌?！?020.5.22”特大暴雨中，該區(qū)域的洪澇水既有由于外排不暢而積蓄的本地雨水，也有南崗河上游洪水通過河道漫溢的洪水。因此，在確定洪澇安全評(píng)估分析范圍和邊界條件時(shí)應(yīng)從流域風(fēng)險(xiǎn)角度看問題，分析范圍應(yīng)從受淹范圍擴(kuò)展到南崗河流域和橫滘河流域，南崗河流域重點(diǎn)分析干流及大氹涌片，其余支流流量及東江北干流潮位可作為外邊界條件，橫滘河流域重點(diǎn)分析沙步涌片，沙步涌出口匯入的東滘涌可將水位作為外邊界條件。分析片區(qū)與分析范圍地理空間關(guān)系示意圖見圖2。

圖2 分析片區(qū)與分析范圍地理空間關(guān)系

3.2 洪澇同源，水利市政統(tǒng)一分析

城市小流域的洪和澇都來源于降雨，兩者之間沒有明顯的界限，洪澇相互交織[8]、相生相伴、相互轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)的分析方法中，水利的洪水復(fù)核通常采用伯努利方程或者一維水動(dòng)力模型推求水面線復(fù)核河道過流能力，而市政的內(nèi)澇復(fù)核通常采用謝才公式或管網(wǎng)水動(dòng)力模型復(fù)核管道的過流能力。這些復(fù)核方式簡(jiǎn)單易用，但無法考慮河道、地表、管網(wǎng)的水量交換與相互影響，容易帶來較大的評(píng)估誤差。如通過一維模型復(fù)核河道過流能力時(shí)，入流邊界條件通常由單位線法或推理公式法計(jì)算得到，未考慮地表硬化和排水管網(wǎng)的影響。而實(shí)際中，城市地區(qū)硬化后的地表和排水管網(wǎng)會(huì)加快匯流速度，增大洪峰。這種情況會(huì)導(dǎo)致一維模型計(jì)算得到的洪峰較實(shí)際洪峰偏小。又如針對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水河道發(fā)生漫溢的情況，一維模型無法考慮漫溢水量，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算得到的河槽流量、水位偏大。因此，為從方法層面減少人為誤差，提高模擬分析精度，建議：①采用“大包小，長(zhǎng)包短”的方法[6]統(tǒng)一市政排水和水利排澇的設(shè)計(jì)雨型，以設(shè)計(jì)降雨作為分析計(jì)算的邊界條件。②構(gòu)建河道—地表—管網(wǎng)—海綿城市的全要素耦合模型，以統(tǒng)一模型同步考慮河道、排洪溝、排水管網(wǎng)、低影響開發(fā)（LID）設(shè)施等具有水力聯(lián)系的水利和市政防洪排澇工程設(shè)施，考慮各要素間的水量交換與相互影響，最大程度還原城市地區(qū)真實(shí)產(chǎn)匯流過程。

3.3 充分識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)源，開展多工況復(fù)核

在洪澇安全計(jì)算中，常見以單一工況計(jì)算結(jié)果作為評(píng)判內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，這樣可能會(huì)導(dǎo)致重要洪澇風(fēng)險(xiǎn)源被忽略，出現(xiàn)評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況不符的情況。以前文提到的南崗地鐵站周邊片區(qū)為例，該片區(qū)位于南崗河流域下游，受東江北干流潮位影響明顯，如果分析時(shí)僅考慮暴雨為主的工況，則忽略了高潮位頂托帶來的排水不暢風(fēng)險(xiǎn)，在排水泵站規(guī)模、豎向標(biāo)高取值等方面可能出現(xiàn)考慮不足情況。因此，在設(shè)置洪澇風(fēng)險(xiǎn)分析工況時(shí)，首先要根據(jù)地塊所屬的地理位置、周邊條件及歷史洪澇災(zāi)害情況對(duì)洪澇風(fēng)險(xiǎn)來源進(jìn)行充分識(shí)別，常見的洪澇風(fēng)險(xiǎn)來源包括：本地降雨洼地積水、河道洪水漫溢、外潮頂托倒灌、山水入城等。在此基礎(chǔ)上，基于歷史數(shù)據(jù)開展洪（雨）潮遭遇分析，合理選擇洪（雨）潮遭遇量級(jí)與典型過程。最后，充分考慮分析對(duì)象的洪澇風(fēng)險(xiǎn)源及遭遇情況，合理設(shè)置分析工況，取多種工況洪澇影響分析結(jié)果的外包值，作為評(píng)估內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。

4 結(jié) 語

（1）在城市開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃階段開展洪澇安全評(píng)估工作，是維持下墊面天然調(diào)蓄能力和產(chǎn)匯流格局的重要手段，也是保障規(guī)劃內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)落地和提高城市洪澇防御韌性的重要措施。

（2）在開展洪澇安全評(píng)估時(shí)應(yīng)打破評(píng)估對(duì)象范圍的約束，以流域系統(tǒng)整體觀看待洪澇風(fēng)險(xiǎn)，合理確定分析范圍及邊界條件。

（3）在分析方法選擇時(shí)應(yīng)充分考慮洪澇同源特性，在統(tǒng)一水利、市政設(shè)計(jì)雨型基礎(chǔ)上，構(gòu)建河道—地表—管網(wǎng)—海綿城市的全要素耦合模型，考慮各要素間的水量交換與相互影響，提高模擬分析精度。

（4）在分析工況設(shè)置時(shí)，應(yīng)充分考慮分析對(duì)象的洪澇風(fēng)險(xiǎn)源及遭遇情況，開展多工況計(jì)算，全面系統(tǒng)分析洪澇風(fēng)險(xiǎn)。