中國城市洪澇問題:現(xiàn)狀、成因與挑戰(zhàn)

DOI：10.14042/j.cnki.32.1309.2024.03.001

摘要：全球氣候變化和快速城市化雙重影響下，中國城市洪澇問題日益嚴(yán)重，已成為影響中國城市公共安全與區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的突出瓶頸。本文基于文獻(xiàn)資料、災(zāi)情數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)年鑒等，梳理了中國城市洪澇類型與災(zāi)害特點(diǎn)，總結(jié)了城市洪澇的基本現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，闡釋了城市洪澇形成機(jī)制與災(zāi)害成因，分析了城市降水變化、產(chǎn)匯流特性變化、排水格局變化及規(guī)劃與管理對城市洪澇的影響;為科學(xué)認(rèn)識中國城市洪澇問題和實(shí)現(xiàn)變化環(huán)境下城市洪澇科學(xué)治理，從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)監(jiān)測與信息共享、基礎(chǔ)理論與機(jī)理研究、成因驅(qū)動與量化識別、城市洪澇預(yù)警預(yù)報(bào)與風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)以及城市洪澇災(zāi)害管理等6個方面，指出了當(dāng)前研究面臨的主要挑戰(zhàn)與未來研究的重點(diǎn)方向。

關(guān)鍵詞：城市洪澇;成因與挑戰(zhàn);城市化;氣候變化

中圖分類號：P426.616;TV877

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-6791（2024）03-0357-17

收稿日期：2024-01-23;網(wǎng)絡(luò)出版日期：2024-05-15

網(wǎng)絡(luò)出版地址：https：∥link.cnki.net/urlid/32.1309.P.20240514.1315.002

基金項(xiàng)目：中國工程院戰(zhàn)略研究與咨詢交辦項(xiàng)目（2022-JB-02）;江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目（BK20211247）

作者簡介：宋曉猛（1987—），男，江蘇徐州人，博士，副教授，主要從事城市洪澇與氣候變化方面研究。

E-mail：xmsong@cumt.edu.cn

聯(lián)合國《2018年版世界城鎮(zhèn)化展望》顯示，全球城市化水平不斷提升，城市化率由1950年的30%增加到2018年的55%，其中發(fā)展中國家城市化進(jìn)程顯著，如中國城市化率由1980年的19.4%增加到2023年的66.16%。根據(jù)IPCC第六次評估報(bào)告顯示，2001—2020年較1850—1900年氣溫上升約1 ℃，且未來20 a極可能突破1.5 ℃［1］。受全球變化和城市化雙重影響，全球極端水文氣象事件頻發(fā)［2］，嚴(yán)重影響區(qū)域水安全與社會可持續(xù)發(fā)展［3］，且城市地區(qū)已成為災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的前沿陣地以及應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)的主戰(zhàn)場［4］。因此，變化環(huán)境下城市地區(qū)極端事件及其災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對已成為人類需要共同關(guān)注的突出問題和面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

洪澇災(zāi)害是全球頻繁發(fā)生、損失嚴(yán)重且影響巨大的自然災(zāi)害之一。根據(jù)世界氣象組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1970—2019年間天氣、氣候和水的災(zāi)害占全部災(zāi)害的50%，占全部經(jīng)濟(jì)損失的74%，其中44%的災(zāi)害與洪水有關(guān)，且未來洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)與損失均有所上升［5-6］。據(jù)國際災(zāi)難數(shù)據(jù)庫（EM-DAT）統(tǒng)計(jì)，2000—2020年間全球共發(fā)生自然災(zāi)害8 591次，其中洪澇災(zāi)害占比40.2%。受季風(fēng)氣候和復(fù)雜地形影響，中國暴雨洪水集中、洪澇災(zāi)害嚴(yán)重［7］。近年來，“逢雨必澇”和“城市看海”正成為中國城市發(fā)展的通病，引發(fā)科學(xué)界和社會廣泛關(guān)注，成為城市防災(zāi)減災(zāi)體系的突出短板和影響城市公共安全的主要制約因素［8］。因此，城市洪澇問題已成為當(dāng)前水科學(xué)和公共管理領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)問題［9-11］。

面對城市洪澇系統(tǒng)的復(fù)雜性與環(huán)境變化的不確定性，科學(xué)認(rèn)清中國城市洪澇特性及其演變趨勢，系統(tǒng)識別城市洪澇致災(zāi)機(jī)理與成因驅(qū)動［12］，有助于因地制宜地推進(jìn)城市洪澇綜合防治策略［13］。為此，本文利用歷史數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)資料全面分析中國城市洪澇問題現(xiàn)狀與主要特性，深入剖析變化環(huán)境下城市洪澇形成機(jī)制與成因驅(qū)動，展望未來城市洪澇研究重點(diǎn)任務(wù)與面臨的主要挑戰(zhàn)，以期為中國城市洪澇綜合管理提供參考。

1" 中國城市洪澇問題

1.1" 城市洪澇現(xiàn)狀

中國是世界上洪澇災(zāi)害出現(xiàn)頻次最高的國家之一，據(jù)《中國歷史大洪水》不完全記載，公元前206年至1949年，全國各地較大的洪水災(zāi)害有1 092次;20世紀(jì)七大江河洪澇災(zāi)害尤為突出，其中，特大水災(zāi)31次，大水災(zāi)55次，一般性水災(zāi)127次。根據(jù)《全國防洪規(guī)劃》，2/3以上的國土面積存在洪水威脅，現(xiàn)有663個城市中有明確防洪任務(wù)的有642個（全國統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均不含香港和澳門特別行政區(qū)以及臺灣省，下同），其中重點(diǎn)和重要防洪城市85個（圖1（a）），也先后遭遇不同等級的洪澇事件，表1列舉了近百年中國典型城市洪澇災(zāi)害情況。

改革開放以來，中國經(jīng)濟(jì)社會高度發(fā)展、城市化快速推進(jìn)，加之全球氣候變化影響，中國城市洪澇問題日益凸顯。據(jù)《中國水利年鑒》資料統(tǒng)計(jì)，1991—1998年間中國城市進(jìn)水受淹的縣級以上城市約700座（次），城市受災(zāi)幾率為13%，年均直接損失約300億元，占同期全國總洪澇災(zāi)害損失的16%。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對351個城市專項(xiàng)調(diào)研顯示2008—2010年有62%的城市發(fā)生過不同程度內(nèi)澇，其中，137座城市發(fā)生洪澇災(zāi)害超過3次，57座城市最大積水時間超過12 h，262座城市積水深度超過0.5 m［7］。據(jù)《中國水旱災(zāi)害公報(bào)》統(tǒng)計(jì)資料，2006—2018年全國年均有151座以上城市發(fā)生洪澇災(zāi)害，即約23%（12%～39%）的城市發(fā)生洪澇災(zāi)害。Jia等［14］調(diào)查了1984—2015年城市暴雨內(nèi)澇事件，結(jié)果顯示總體呈增長趨勢，2010年后增加明顯，2015年約57%的城市發(fā)生暴雨內(nèi)澇事件；柳楊等［15］調(diào)查發(fā)現(xiàn)1990—2015年多數(shù)城市發(fā)生過不同程度的洪澇災(zāi)害，呈現(xiàn)出“南重北輕、中東部重西部輕”的基本格局，主要集中于長江中下游城市群、成渝城市群和珠江三角洲城市群。筆者統(tǒng)計(jì)了2003—2018年城市洪澇事件（圖1（b）），進(jìn)一步驗(yàn)證了中國城市洪澇基本格局與現(xiàn)狀：城市洪澇多發(fā)區(qū)仍以南方濕潤地區(qū)的長江流域和珠江流域?yàn)橹鳎缟虾?、武漢等長江中下游城市以及廣州、深圳的珠三角城市;然而受氣候變化和人類活動影響，北方地區(qū)的北京、鄭州、濟(jì)南等地也多次遭遇影響重大的城市暴雨內(nèi)澇事件。總體而言，中國城市洪澇問題依然嚴(yán)峻，特別是大中型城市、城市群和都市圈面臨著更多的挑戰(zhàn)與威脅。

1.2" 城市洪澇特征

（1） 城市洪澇類型多樣性和復(fù)合性。根據(jù)城市地理位置和洪澇成因，從防洪角度一般分為濱海防洪城市、平原防洪城市與山丘防洪城市。不同類型城市洪澇特性差異顯著：濱海或河口城市，除遭遇上游洪水、當(dāng)?shù)乇┯陜?nèi)澇外，還會遭遇河口涌潮頂托，存在“洪、澇、潮”三碰頭的風(fēng)險(xiǎn);山丘區(qū)城市位于山地丘陵區(qū)，除江河洪水威脅外，還存在山洪、泥石流風(fēng)險(xiǎn);江河沿線城市主要受江河水位、汛期洪水影響明顯，而平原城市則常常因排水不暢，發(fā)生區(qū)域性城市內(nèi)澇［16］。大量研究表明在全球氣候變暖與人類活動的雙重影響下，城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)正由單一災(zāi)害/事件向多災(zāi)種、復(fù)合性方向發(fā)展，如“外洪+內(nèi)澇”［17］、“外洪+內(nèi)澇+風(fēng)暴潮”［18］等復(fù)合型事件。

（2） 城市洪澇系統(tǒng)變異性和復(fù)雜性。城市建設(shè)改變了城市水文過程的基本特性，導(dǎo)致城市洪澇系統(tǒng)具有更大的變異性，特別是城市洪澇形成條件、成災(zāi)模式及災(zāi)害損失發(fā)生明顯變化［19-20］。如氣候變化和城市化共同引發(fā)城市暴雨時空變異性增加，表現(xiàn)為暴雨區(qū)域集中、強(qiáng)度增強(qiáng)［21-22］，導(dǎo)致系統(tǒng)輸入變化;城市化建設(shè)推動了大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)，擴(kuò)大了下墊面的空間異質(zhì)性，土地利用變化導(dǎo)致區(qū)域不透水面擴(kuò)張、地表調(diào)蓄能力下降，局部地形和水系格局改造改變了城市產(chǎn)匯流特性，同時城市建筑物布局、排水管網(wǎng)系統(tǒng)以及防洪治澇設(shè)施等改變了地面水流和地下水流的水動力特性［8-9］，引起系統(tǒng)輸出響應(yīng)變化;多種因素共同驅(qū)動、相互影響，增加了城市洪澇系統(tǒng)的復(fù)雜性、動態(tài)性和非線性，特別是全球氣候變化使得超標(biāo)準(zhǔn)洪澇災(zāi)害頻次增加，一定程度上也增大了城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)及其治理難度［23］。

（3） 城市洪澇災(zāi)害連鎖性和突變性。城市洪澇系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致城市洪澇災(zāi)害的連鎖性與突變性［19-20］。連鎖性體現(xiàn)在城市洪澇災(zāi)害可能引發(fā)城市基礎(chǔ)設(shè)施或關(guān)鍵生命線工程的損害，進(jìn)而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成更大范圍的災(zāi)害影響或?yàn)?zāi)情急劇擴(kuò)展，導(dǎo)致間接損失可能遠(yuǎn)超直接損失，如典型的“城市洪澇-交通擁堵或癱瘓”和“城市洪澇-電力中斷-供水通信等中斷-生產(chǎn)停止”等［24］。突變性表現(xiàn)為城市洪澇損失與洪澇重現(xiàn)期密切相關(guān)，在防洪、排水、除澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的洪澇損失相對較小，但超標(biāo)準(zhǔn)洪澇災(zāi)害往往導(dǎo)致?lián)p失與影響急劇上升，即洪澇損失存在突變點(diǎn)，在城市洪澇防御與承受能力內(nèi)外存在顯著差異，如近年來城市超標(biāo)準(zhǔn)暴雨內(nèi)澇事件頻繁發(fā)生（北京2012年“7·21”、鄭州2021年“7·20”等）。

2" 中國城市洪澇成因與驅(qū)動因素

城市洪澇災(zāi)害是一個典型的復(fù)雜系統(tǒng)，其影響因素大致可分為兩類［25-26］：一是自然因素，包括水文氣象條件、地形地貌特征以及全球氣候變化等;另一類是人為因素，主要是指城市化建設(shè)、規(guī)劃與管理、工程設(shè)施等。綜合來看，全球氣候變化和城市“雨島”效應(yīng)致使城市降水輸入增強(qiáng)，特別是短歷時強(qiáng)降水事件呈增多態(tài)勢，是中國城市洪澇問題頻發(fā)的根本原因［7-8，13］;城市化建設(shè)導(dǎo)致區(qū)域下墊面硬化、城市產(chǎn)匯流特性變化，如不透水面積增加、徑流系數(shù)增加、洪峰流量增大、匯流時間變短等，是城市洪澇愈演愈烈的基本背景［9］;早期城鎮(zhèn)化采取“重地表、輕地下”的發(fā)展模式，導(dǎo)致城市地下管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重偏低、城市排洪除澇能力異常薄弱，成為城市洪澇問題的助推劑;傳統(tǒng)的城市規(guī)劃理念忽視了城市空間格局與自然特性的銜接與匹配，加之城市管理不善、應(yīng)急管理體系欠缺，致使城市缺乏有效的洪澇災(zāi)害應(yīng)對規(guī)劃與治理策略，成為城市洪澇災(zāi)害損失加重的“幫兇”，如圖2所示。

2.1" 城市暴雨特性

降水是引發(fā)城市洪澇事件最直接的驅(qū)動因素。大量研究表明氣候變化導(dǎo)致全球降水格局發(fā)生明顯變化，特別是極端降水［3，7，27］，如IPCC第六次評估報(bào)告指出20世紀(jì)中期以來大部分地區(qū)的日尺度極端降水頻次和強(qiáng)度存在顯著增加;在亞日或小時尺度，現(xiàn)有數(shù)據(jù)不足或缺乏長期資料導(dǎo)致結(jié)果可信度相對偏低，但諸多結(jié)果顯示短歷時極端降水增強(qiáng)明顯［27］，是引發(fā)洪澇災(zāi)害的關(guān)鍵因子［28］。此外，城市發(fā)展引發(fā)城市熱島效應(yīng)，而復(fù)雜的城市冠層結(jié)構(gòu)也增加了城市降水變異性，導(dǎo)致城市極端降水頻次與強(qiáng)度增大［1，21，28-29］，甚至破紀(jì)錄的短歷時強(qiáng)降水事件頻發(fā)，如河南鄭州2021年“7·20”特大暴雨事件中最大1 h降水量為201.9 mm，刷新了中國大陸小時雨強(qiáng)的觀測記錄。

中國特殊地理位置和氣候條件形成了特定暴雨特性：降水期集中、暴雨強(qiáng)度大、持續(xù)時間長、影響范圍廣［30］。半個世紀(jì)以來，中國多數(shù)地區(qū)極端降水事件的頻次增多、強(qiáng)度增強(qiáng)，特別是東南、東北和西部地區(qū)［31-32］，其變化不僅與氣候系統(tǒng)變異有關(guān)，還受城市化發(fā)展、大尺度氣候因子等外部影響［33］。諸多研究證實(shí)，城市化誘發(fā)城市“雨島”效應(yīng)，改變了城市極端降水布局［34］，特別在亞日或小時尺度上［35-36］。利用中國逐日與逐時氣象數(shù)據(jù)，分析最大1日和最大1 h降水量的變化特征，如圖3所示。結(jié)果表明，最大1日和1 h序列中約64.56%和66.86%的站點(diǎn)存在增加趨勢，其中14.59%和11.19%表現(xiàn)為顯著增加，平均增幅分別達(dá)5.01 mm/（10 a）（0.59～98.71 mm/（10 a））和2.87 mm/（10 a）（0.36～19 mm/（10 a））;在84個主要防洪城市中約66.13%和67.42%的城市站點(diǎn)存在增加趨勢，其中10.73%和9.09%顯著增加，平均增幅分別為5.64 mm/（10 a）（2.33～8.63 mm/（10 a））和3.59 mm/（10 a）（1.15～7.38 mm/（10 a）），相對增幅分別約5.86%/（10 a）（4.64%～8.51%/（10 a））和9.75%/（10 a）（4.7%～20.69%/（10 a））;而農(nóng)村站點(diǎn)中約68.72%和67.77%表現(xiàn)為增加趨勢，其中14.48%和12.59%的站點(diǎn)顯著增加，平均增幅分別為6.16 mm/（10 a）（3.05～9.88 mm/（10 a））和2.75 mm/（10 a）（1.65～4.44 mm/（10 a）），相對增幅分別約5.96%/（10 a）（3.62%～9.42%/（10 a））和7.50%/（10 a）（5.11%～10.65%/（10 a））。總體而言，中國大部分地區(qū)暴雨表現(xiàn)為明顯增加，短歷時降水增強(qiáng)尤甚，成為城市洪澇頻發(fā)廣發(fā)的主要致災(zāi)因子，在一定程度上加大了城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)。

2.2" 城市產(chǎn)匯流特性

城市化發(fā)展改變了區(qū)域下墊面條件，對城市產(chǎn)匯流特性帶來顯著影響［9，37-38］，如下墊面硬化導(dǎo)致下滲量減少、地表產(chǎn)流量增加、徑流系數(shù)增加、匯流時間減少等現(xiàn)象［5，39］，如圖4所示。改革開發(fā)以來，中國城市化進(jìn)程快速推進(jìn)，據(jù)《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》資料顯示，中國城市建成區(qū)面積由1981年的7 438 km2增加到2021年的63 890 km2，年均增加約1 411 km2;據(jù)遙感數(shù)據(jù)估算，城市下墊面不透水面積也呈現(xiàn)顯著增加［40］，從1978年的1.21萬km2增長到2017年的17.76萬km2。為此，針對中國城市水文效應(yīng)開展了諸多試驗(yàn)研究、統(tǒng)計(jì)分析與情景模擬研究，如表2所示。諸多研究證實(shí)：城市不透水率與徑流系數(shù)存在顯著正相關(guān)，且變化閾值與降水強(qiáng)度存在一定關(guān)系［9］，如小等級降水條件下徑流系數(shù)隨不透水率的增幅更大;不透水面積增加也顯著增加了城市洪峰流量，且變化幅度與洪水等級存在一定關(guān)系，如常規(guī)洪水增幅比超常洪水增幅偏大［41］;城市化導(dǎo)致城市地表匯流時間減少［42］，且其減少幅度與下墊面類型、不透水空間分布（如有效不透水面積、相互連通性）、排水格局與密度等密切相關(guān)［43］。同時，城市區(qū)域的產(chǎn)匯流特性與城市氣候條件、土地利用與覆被類型、城市化發(fā)展水平、研究尺度等因素有關(guān)，不同條件下城市水文效應(yīng)差異明顯，存在明顯的區(qū)域特征［44］。總之，城市化對產(chǎn)匯流特征的影響是復(fù)雜的，盡管缺乏全國尺度的綜合研究，但現(xiàn)有結(jié)果表明中國快速城市化進(jìn)程不同程度地改變了城市產(chǎn)匯流特性，增加了城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)，成為城市洪澇頻發(fā)的主要因素之一。

2.3" 城市排水格局

城市建設(shè)改變了城市排水格局，通常城市采用地表-管道-（泵站）-河道的分級排水模式，其中管道排水系統(tǒng)最為脆弱，常因設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不高而難以應(yīng)對超標(biāo)準(zhǔn)的暴雨事件導(dǎo)致排水系統(tǒng)癱瘓;而城市排水系統(tǒng)的另一弊端則體現(xiàn)在管道系統(tǒng)及其河道排水之間的銜接與配套不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致排水格局紊亂，增加了城市排水系統(tǒng)的脆弱性［8］。長期以來，中國城市排水系統(tǒng)建設(shè)相對滯后，如城市排水管網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、城區(qū)排水與治澇設(shè)施不配套、城市防洪排澇能力不足等，成為中國城市洪澇問題頻發(fā)的主要誘因之一。

城市排水能力主要受城市排水管網(wǎng)密度、管網(wǎng)排水標(biāo)準(zhǔn)、地形坡度、下墊面特征等影響，其中城市排水管網(wǎng)密度和排水標(biāo)準(zhǔn)是衡量城市排水能力的關(guān)鍵指標(biāo)。據(jù)《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)，1978—2021年全國排水管道長度持續(xù)增長，從19 556 km增長到872 283 km;全國建成區(qū)排水管道密度從2002年的6.66 km/km2增長到2021年的12 km/km2，年均增長了0.267 km/km2。根據(jù)296個地級及以上城市的2002—2021年建成區(qū)排水管網(wǎng)密度均值2.31～30.20 km/km2（圖5（a））可知，東部地區(qū)城市排水管網(wǎng)密度較大（如天津、江浙滬等地），中部次之，西部最小。雖然2002—2021年中國城市排水建設(shè)取得較大增長，但相較于發(fā)達(dá)國家仍存在一定差距，如2002年德國和美國排水管網(wǎng)密度平均值分別超過10 km/km2和15 km/km2，而2004年

日本一般為20～30 km/km2，甚至部分地區(qū)達(dá)到50 km/km2。長期以來中國城市雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相對偏低，如《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50014—2006》中規(guī)定雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為“一般采用0.5～3 a，重要干道、重要地區(qū)或短期積水即能引起較嚴(yán)重后果的地區(qū)，一般采用3～5 a”。經(jīng)2011年、2014年、2016年部分修訂和2021年全面修正為《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB50014—2021》，排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有所提升，但實(shí)際應(yīng)用往往采取標(biāo)準(zhǔn)下限，加之歷史遺留問題等導(dǎo)致現(xiàn)存城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)偏低，如鄭州金水區(qū)排水標(biāo)準(zhǔn)小于1年一遇的占比約25.80%，小于3年一遇的占比為50.15%［65］;徐州市排水管渠現(xiàn)狀小于1年一遇約占50%，小于等于3年一遇約占60%［66］;長沙龍王巷流域片區(qū)排水標(biāo)準(zhǔn)小于1年一遇的管網(wǎng)長度為148.13 km（40.31%），不足3年一遇的管網(wǎng)約占48.70%［67］?？傮w而言，近年來中國排水管網(wǎng)密度與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均有所提升，但排水管網(wǎng)維修保養(yǎng)不夠、舊管道占比大等原因?qū)е屡潘芰μ嵘邢?，如排水管網(wǎng)受沉積和腐蝕等導(dǎo)致排水能力不足1年一遇的管道增加7.4%，滿足3年一遇的管道減少2.8%，在3年一遇2 h設(shè)計(jì)降雨條件下，積水范圍比管網(wǎng)無缺陷時增大了13.8%［68］。

一般而言，城市排水標(biāo)準(zhǔn)主要考慮較小匯流面積上短歷時暴雨產(chǎn)生的排水問題（小排水系統(tǒng)），而排澇標(biāo)準(zhǔn)則是針對較大匯流面積上較長歷時暴雨產(chǎn)生的澇水排放問題（大排水系統(tǒng)）。長期以來，中國缺乏明確統(tǒng)一的城市排澇標(biāo)準(zhǔn)，主要包括《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T50805—2012》和《治澇標(biāo)準(zhǔn)：SL723—2016》的治澇標(biāo)準(zhǔn)和《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范：GB51222—2017》的內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)，然而因研究對象、計(jì)算方法與研究范圍等不一致導(dǎo)致設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同。如城市治澇標(biāo)準(zhǔn)針對城鎮(zhèn)內(nèi)河、城區(qū)外圍過境河道和湖泊等澇水承泄區(qū)，應(yīng)對24 h或更長歷時降雨，要求雨后24 h排除，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)保證河道不發(fā)生漫溢;而城市內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)針對城鎮(zhèn)范圍，應(yīng)對3～24 h的長歷時強(qiáng)降雨，允許地面出現(xiàn)一定深度積水，根據(jù)城鎮(zhèn)能承受的程度明確最大允許退水時間（0.5～4 h）。由此可見，因管理體制約束，治澇標(biāo)準(zhǔn)與內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)的分離導(dǎo)致系統(tǒng)不匹配、銜接不暢，進(jìn)而與“源頭”排水標(biāo)準(zhǔn)和“終端”防洪標(biāo)準(zhǔn)難以銜接［69-70］。面對日益增多的“洪”“澇”并發(fā)和“洪”“澇”“潮”交織等復(fù)合洪澇事件，分離式的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)策略弊端尤為明顯，如平原濱江城市或沿海三角洲城市發(fā)生暴雨內(nèi)澇時，通常城市內(nèi)河或外江的水（潮）位也處于較高水平，標(biāo)準(zhǔn)銜接問題也會導(dǎo)致澇水無法順利排入河道，從而加劇內(nèi)澇災(zāi)害。例如2013年“菲特”臺風(fēng)造成浙江余姚市70%主城區(qū)受淹，因姚江水位長期在警戒水位之上，致使城區(qū)被淹達(dá)4 d之久。因此，統(tǒng)籌城鎮(zhèn)排水標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)和治澇標(biāo)準(zhǔn)、防洪標(biāo)準(zhǔn)，形成統(tǒng)一的城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治和流域防洪體系成為城市洪澇綜合管理的重點(diǎn)。雖然設(shè)計(jì)規(guī)范已明確，但當(dāng)前中國城市治澇標(biāo)準(zhǔn)與內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)（圖5（b））的達(dá)標(biāo)情況仍有待進(jìn)一步評估，如上海市主城區(qū)規(guī)劃治澇標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，而現(xiàn)狀14個水利分片治澇標(biāo)準(zhǔn)僅達(dá)到15年一遇;揚(yáng)州市規(guī)劃城區(qū)治澇標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，而現(xiàn)狀僅為10～20年一遇;廣州市大部分區(qū)域尚未達(dá)到規(guī)劃的20年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)，許多尚未整治的內(nèi)河水系不滿足10年一遇的排澇標(biāo)準(zhǔn)［71］;鄭州市規(guī)劃內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，主城區(qū)38個排澇分區(qū)中僅1個滿足，部分分區(qū)實(shí)際應(yīng)對降雨能力甚至不足5年一遇（對應(yīng)24 h降水量127 mm）;重慶市規(guī)劃內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，而現(xiàn)狀僅滿足30～50年一遇?？梢姡磥矶鄶?shù)城市在排澇標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)方面仍有很大提升空間。

結(jié)合陸詠晴等［72］定義的城市排水壓力指數(shù)（城市單位時段降水量與城市排水管道密度的比值），本文評估最大1日和1 h降水量（圖5（c），圖5（d））以及不同排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的降雨強(qiáng)度下中國296個主要城市的排水壓力指數(shù)（圖5（e）—圖5（h））。從城市排水壓力指數(shù)的空間分布來看，總體上中國東部和南部承受壓力較大，西部和北部相對較小，但江蘇、浙江等發(fā)達(dá)省份排水管網(wǎng)密度較大使得其城市排水壓力相對較小，可見城市排水壓力隨著排水管網(wǎng)密度提升而降低。

2.4" 城市規(guī)劃與管理

城市規(guī)劃是一定時期城市發(fā)展、空間布局和各項(xiàng)建設(shè)的綜合部署和計(jì)劃安排，而早期城市規(guī)劃側(cè)重于城市發(fā)展方向、規(guī)模與布局，忽視了城市建設(shè)與自然條件的相互影響，使得城市規(guī)劃與原有自然地理格局不相協(xié)調(diào)［73］。如南京市河西地區(qū)原先為長江河岸的緩沖地帶，地勢低洼，有汛期蓄水的作用，而《南京市城市總體規(guī)劃（1991—2010）》將其定位為南京的副中心，進(jìn)行高強(qiáng)度開發(fā)，使得河西地區(qū)排水系統(tǒng)壓力很大;北京市蓮花橋原為河網(wǎng)水系所在，后被改造成下沉式立交橋，成為逢雨必澇之處［8］。多數(shù)城市規(guī)劃從規(guī)劃視角構(gòu)建城市空間格局，占用了湖泊、河流水系、暗河、洼地等天然調(diào)蓄空間，破壞了天然水系格局，如武漢原有百湖之城的美譽(yù)，建國時城區(qū)有湖泊127個，隨著城市化發(fā)展使得城區(qū)近90個湖泊消失，致使2016年城市因調(diào)蓄能力不足而出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇［74］。城市建設(shè)中也形成了以地下空間、下沉式廣場、立體式交通系統(tǒng)等為代表的新型“洼地”，增加了城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。如2007年7月18日濟(jì)南特大暴雨導(dǎo)致銀座地下商場被淹，2012年7月21日北京特大暴雨致多線地鐵停運(yùn)以及多個立交橋（蓮花橋、復(fù)興門橋、東直門橋等）積水嚴(yán)重甚至導(dǎo)致人員傷亡，2013年“菲特”臺風(fēng)期間上海多條地鐵進(jìn)水停運(yùn)，2021年7月20日鄭州特大暴雨地鐵5號線和京廣快速路北隧道發(fā)生淹水倒灌以及地下車庫進(jìn)水［75］。加之對城市洪澇認(rèn)識不足，城市規(guī)劃往往缺乏對城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)和緩解措施的整合。雖存在城市排水規(guī)劃、防洪規(guī)劃、治澇規(guī)劃等專項(xiàng)規(guī)劃，但與總體規(guī)劃之間銜接不夠，特別在尺度范圍、內(nèi)容細(xì)節(jié)層面存在顯著差異，致使城市各項(xiàng)建設(shè)相對獨(dú)立，且規(guī)劃僅考慮行政區(qū)劃層面而缺乏流域?qū)用娼y(tǒng)籌思考與技術(shù)銜接［76］。近年來，中國經(jīng)歷了高速城鎮(zhèn)化發(fā)展，使得城市規(guī)劃往往“跟不上”發(fā)展步伐，導(dǎo)致規(guī)劃無法適應(yīng)多變的城市問題。隨著城市系統(tǒng)的復(fù)雜性和綜合性增強(qiáng)，環(huán)境變化的不確定性及城市規(guī)劃的適應(yīng)性成為重要挑戰(zhàn)。

城市管理也是影響城市洪澇的關(guān)鍵因素。首先，在管理體制層面，早前中國城市洪澇管理機(jī)制不健全、政策法規(guī)缺失、管理職能分散、基礎(chǔ)信息匱乏，形成了“九龍治水而水不治”的困局，尚未搭建完成洪澇實(shí)時監(jiān)測-風(fēng)險(xiǎn)評估-預(yù)警預(yù)報(bào)-綜合調(diào)控-應(yīng)急響應(yīng)的綜合管理體系，制約著中國城市洪澇的有效管理和干預(yù)控制能力。其次，在日常管理方面，因維護(hù)保養(yǎng)不善導(dǎo)致城市防洪排澇工程設(shè)施難以發(fā)揮其功效從而擴(kuò)大城市洪澇影響，以城市排水系統(tǒng)為例，日常維護(hù)與管理不善使得城市排水管道設(shè)施老化、堵塞等導(dǎo)致過水能力不足，無法滿足特殊情況下的城市排水需求，增加了城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。再者，從應(yīng)急管理視角，因缺乏高效的跨部門/地區(qū)信息共享機(jī)制以及完善的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和應(yīng)急管理方案，使得信息交流滯緩，難以整合水利、氣象、市政、交通等信息做出精準(zhǔn)預(yù)判與預(yù)警，災(zāi)害應(yīng)急處置水平與基層執(zhí)行能力有待提升，雖說國家機(jī)構(gòu)改革完成應(yīng)急管理部門組建，但仍有待進(jìn)一步功能完善與工作協(xié)同，如河南鄭州“7.20”特大暴雨這一“天災(zāi)”事件暴露出應(yīng)急管理問題的“人禍”影響。

3" 研究挑戰(zhàn)與展望

針對中國城市洪澇問題的研究取得了諸多創(chuàng)新性成果，然而由于城市系統(tǒng)的復(fù)雜性、洪澇響應(yīng)的動態(tài)性、成因驅(qū)動的多元性和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的不確定性，當(dāng)前認(rèn)識還不夠充分、洪澇災(zāi)害治理與應(yīng)對體系還不夠完善，特別是都市圈或城市群發(fā)展模式以及氣候變暖、海平面上升等多重影響，使得大型城市洪澇問題更為復(fù)雜，導(dǎo)致該研究領(lǐng)域仍存在諸多挑戰(zhàn)與困難：

（1） 數(shù)據(jù)監(jiān)測與信息共享方面。城市下墊面的復(fù)雜性和物理過程的多樣性觸發(fā)了城市水文過程研究的精細(xì)化需求，然而現(xiàn)有觀測站點(diǎn)、測量方式、采集手段等限制了高分辨率、高質(zhì)量數(shù)據(jù)的獲取，使得城市水文研究面臨極大的數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)與困難。因此，需要構(gòu)建科學(xué)完備的氣象、水文、地表、地下等多維空間、空-天-地一體化信息監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)降水、排水與洪澇等全過程、全要素、全方位的動態(tài)監(jiān)測，為智慧水務(wù)建設(shè)和城市洪澇預(yù)警預(yù)報(bào)及防災(zāi)減災(zāi)提供完備的數(shù)據(jù)支撐。在信息共享方面也存在一些限制，如城市洪澇管理涉及諸多部門，數(shù)據(jù)共享機(jī)制不清、信息傳輸過程不暢、實(shí)時發(fā)布與動態(tài)更新不足等均影響了城市洪澇科學(xué)應(yīng)對與治理。未來需強(qiáng)化信息溝通機(jī)制，結(jié)合多源信息融合技術(shù)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)平臺，聯(lián)合政府機(jī)構(gòu)、科研院校、科技企業(yè)等完善大數(shù)據(jù)存儲和共享機(jī)制，建立城市洪澇綜合信息數(shù)據(jù)庫，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)字孿生等技術(shù)完善城市洪澇預(yù)警預(yù)報(bào)能力，建立健全信息實(shí)時更新與動態(tài)發(fā)布系統(tǒng)。

（2） 基礎(chǔ)理論與機(jī)理研究方面。多元化的城市結(jié)構(gòu)與發(fā)展模式、復(fù)雜多變的環(huán)境條件致使城市水系統(tǒng)的變異性和水文響應(yīng)及其伴生效應(yīng)的異質(zhì)性。科學(xué)認(rèn)識復(fù)雜條件下城市水文響應(yīng)機(jī)制是水科學(xué)研究的重點(diǎn)，是理解城市洪澇形成機(jī)制的關(guān)鍵和治理城市洪澇災(zāi)害的前提?，F(xiàn)有研究主要集中于點(diǎn)尺度或小區(qū)域范圍的城市水文效應(yīng)研究，以單一變量的響應(yīng)機(jī)制居多，且多以試驗(yàn)觀測或數(shù)值模擬為主，但對缺資料或無資料地區(qū)的城市、大中城市或城市群尺度的研究較為匱乏，尚未形成科學(xué)有效的水文計(jì)算方法體系;城市水文系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致影響因素眾多，單一視角的探索尚無法系統(tǒng)闡釋復(fù)合因子耦合作用下的洪澇響應(yīng)機(jī)制，如降水、下墊面、人工設(shè)施等對洪澇過程的共同效應(yīng)及其貢獻(xiàn)有待進(jìn)一步加強(qiáng)。因此，未來需從不同區(qū)域、不同城市類型、不同下墊面特征開展城市水文效應(yīng)及產(chǎn)匯流機(jī)理分類研究，如多尺度城市水文效應(yīng)監(jiān)測與試驗(yàn)研究、精細(xì)化的城市水文過程模擬及多物理過程模型耦合、多學(xué)科視角下城市人水關(guān)系及交互作用、復(fù)雜條件下的城市洪澇災(zāi)害鏈演變及其級聯(lián)效應(yīng)等，以科學(xué)揭示復(fù)雜條件下城市洪澇形成機(jī)制與致災(zāi)機(jī)理。

（3） 成因驅(qū)動及影響評估方面。城市洪澇災(zāi)害是多因素復(fù)合影響下城市水系統(tǒng)狀態(tài)的一種極端響應(yīng)，是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境與抗災(zāi)承災(zāi)能力失衡的結(jié)果。城市系統(tǒng)的復(fù)雜性、洪澇響應(yīng)的變異性導(dǎo)致城市洪澇成因的差異性、影響因素的多樣性，即城市洪澇過程并非各影響因素的簡單疊加，而是動態(tài)交互的結(jié)果，且成因機(jī)制也并非一成不變，與城市類型、建設(shè)模式、環(huán)境狀況、水文氣象條件等均密切相關(guān)?，F(xiàn)有成果多聚焦于特定洪澇事件或單一類型的城市洪澇成因及驅(qū)動因素，尚缺乏多尺度、全過程、系統(tǒng)性的研究，且較少涉及洪澇影響因素的量化評估，特別是全球變化和城市化發(fā)展加劇了城市洪澇的風(fēng)險(xiǎn)及不確定性。因此，未來需著重開展復(fù)雜條件下城市洪澇成因與致災(zāi)機(jī)制研究，系統(tǒng)識別城市洪澇的主要影響因素，理清關(guān)鍵因子對城市洪澇過程的影響機(jī)制，科學(xué)評估全球變化和城市化發(fā)展對城市洪澇的貢獻(xiàn)程度。

（4） 城市洪澇預(yù)測預(yù)報(bào)方面。城市雨洪模擬是城市水文學(xué)的核心主題，其中城市洪澇預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)則是科學(xué)應(yīng)對城市洪澇災(zāi)害的關(guān)鍵。城市洪澇致災(zāi)機(jī)理的復(fù)雜性、城市下墊面空間差異性、城市降水的時空變異性等種種原因均給城市洪澇預(yù)測預(yù)報(bào)帶來了巨大挑戰(zhàn)。未來需加強(qiáng)城市雨洪模擬技術(shù)和模型方案的系統(tǒng)研究，基于理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬技術(shù)，耦合一維與二維模型、隨機(jī)性與確定性結(jié)構(gòu)、水文與水動力學(xué)方法，建立適應(yīng)城市地區(qū)水循環(huán)規(guī)律和下墊面變化條件下的產(chǎn)匯流特征以及城市管網(wǎng)水流運(yùn)動規(guī)律的城市雨洪模型，實(shí)現(xiàn)地面-管道-河網(wǎng)耦合的洪水演進(jìn)研究;并開展缺資料或無資料信息條件下的城市雨洪模型參數(shù)優(yōu)化與不確定性評估，形成城市雨洪模型集合預(yù)報(bào)方案，減小模型預(yù)測的不確定性，提高預(yù)報(bào)精度及結(jié)果可靠性;考慮到洪澇模擬過程的復(fù)雜性、精細(xì)化大尺度模擬的計(jì)算效率，集合高性能計(jì)算機(jī)和并行技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)高效的城市洪澇預(yù)測預(yù)報(bào)，為城市防洪減災(zāi)、應(yīng)急應(yīng)對與快速響應(yīng)提供決策依據(jù)。

（5） 城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)評估方面。城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)辨識、評價(jià)與可靠性分析成為城市洪澇應(yīng)對的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在氣候變化和人類活動的影響下，城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)因子發(fā)生顯著變化，如何準(zhǔn)確識別和快速評估城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而為城市洪澇應(yīng)急管理提供支持。當(dāng)前研究以單災(zāi)種為主，通過疊加單災(zāi)種風(fēng)險(xiǎn)判定綜合風(fēng)險(xiǎn)等級。面對日益復(fù)雜的城市環(huán)境，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)逐漸由單一災(zāi)害向多災(zāi)種、復(fù)合性、突發(fā)性方向發(fā)展，多災(zāi)種復(fù)合、災(zāi)害級聯(lián)效應(yīng)以及鏈?zhǔn)叫?yīng)等尤為凸顯，特別是沿海城市往往遭遇更大風(fēng)險(xiǎn)，未來應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注復(fù)雜條件下復(fù)合型災(zāi)害時空響應(yīng)機(jī)理與成因機(jī)制，深化理解復(fù)合災(zāi)害與災(zāi)害級聯(lián)效應(yīng)及其可能影響，同時考慮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的不確定性，科學(xué)實(shí)施綜合動態(tài)評估，為城市綜合應(yīng)對災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提供支持。

（6） 城市管理與洪澇防治方面。高效的城市管理體系和完善的洪澇防治體系是保障城市水安全的關(guān)鍵。單純依靠工程措施的防御模式已無法應(yīng)對日益嚴(yán)峻的城市洪澇問題，中國雖初步構(gòu)建了“預(yù)防為主、預(yù)報(bào)預(yù)警、應(yīng)急調(diào)度、搶險(xiǎn)救災(zāi)”的城市洪澇防治體系，將災(zāi)害治理實(shí)踐轉(zhuǎn)向風(fēng)險(xiǎn)管理模式，但城市擴(kuò)張和氣候變化的影響致使超標(biāo)準(zhǔn)暴雨洪澇事件多發(fā)，加之基礎(chǔ)設(shè)施日常管理維護(hù)不善、預(yù)警信息發(fā)布不及時、應(yīng)急管理預(yù)案執(zhí)行不到位、搶險(xiǎn)救災(zāi)準(zhǔn)備不充分等問題無形中增加了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。因此，未來亟需探索“全方位關(guān)注、全過程治理、全主體參與”災(zāi)害管理新模式，統(tǒng)一協(xié)調(diào)城市排水、排澇和防洪標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化“海綿城市、韌性城市”發(fā)展理念，科學(xué)安排洪澇治理工程體系及非工程措施，統(tǒng)籌城市-流域尺度構(gòu)建“城市海綿單元-市政排水系統(tǒng)-水利排澇系統(tǒng)”雨洪調(diào)控系統(tǒng)，推動城市洪澇治理體系現(xiàn)代化。

4" 結(jié)" 語

受全球變化和城鎮(zhèn)化影響，中國城市洪澇頻發(fā)，嚴(yán)重影響了城市公共安全與可持續(xù)發(fā)展。暴雨的突發(fā)性、洪澇的不確定性、損失的嚴(yán)重性凸顯了城市洪澇問題的復(fù)雜性。本文從中國城市洪澇現(xiàn)狀入手，闡釋了城市洪澇基本特征，分析了城市洪澇主要影響因素及其成因機(jī)制，指出了當(dāng)前的挑戰(zhàn)與未來研究方向：完善基礎(chǔ)數(shù)據(jù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，建立高效信息共享機(jī)制;強(qiáng)化基礎(chǔ)理論與機(jī)理研究，科學(xué)認(rèn)識城市洪澇形成過程及其致災(zāi)機(jī)理;識別城市洪澇關(guān)鍵驅(qū)動因素，量化環(huán)境變化對城市洪澇的影響貢獻(xiàn);完善城市洪澇模擬技術(shù)，提升洪澇預(yù)測預(yù)報(bào)能力;健全城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，辨識城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)演變及其影響;構(gòu)建高效的城市管理體系，探索新型的城市洪澇災(zāi)害管理模式，優(yōu)化城市洪澇綜合治理體系，為城市防災(zāi)減災(zāi)提供支撐。

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Urban flooding in China：current status，causes and challenges

The study is financially supported by the Strategic Study Project of Chinese Academy of Engineering （No.2022-JB-02） and the Basic Research Program of Jiangsu Province，China （No.BK20211247）.

SONG Xiaomeng1，2，3，XU Nantao1，ZHANG Jianyun2，3，HE Ruimin2，3

（1. School of Resources and Geosciences，China University of Mining amp; Technology，Xuzhou 221116，China;

2. The National

Key Laboratory of Water Disaster Prevention，Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210029，China;

3. Research Center for Climate Change，Ministry of Water Resources，Nanjing 210029，China）

Abstract：Urban flooding has become an extremely serious disaster in China due to global climate change and rapid urbanization，resulting in a prominent bottleneck that affects urban public safety and high-quality development.This paper provides an overview of the types and characteristics of urban floods，based on existing literature，disaster records，and statistical yearbooks.It also summarizes the current status and development trends of urban flooding in China.Moreover，this review discusses the main causes of urban flooding in China from multidisciplinary perspectives，including the changes in precipitation patterns，rainfall-runoff relationships，drainage networks，and urban planning and management.Finally，this work describes the primary challenges and potential future developments related to urban flooding.It is necessary to focus on the theoretical and practical exploration of data monitoring and information sharing，theoretical analysis and mechanism research，cause-driven and quantitative identification，early warning and forecasting，risk assessment and management for urban flooding in the future，which can provide the support to improve urban disaster prevention and mitigation，as well as the integrated management of urban flooding in a changing environment.

Key words：urban flooding;causes and challenges;urbanization;climate change