上海市防御風暴潮洪“四碰頭”極端災害對策思考

萬 暉

（上海市水旱災害防御技術中心，上海 200050）

上海市瀕江臨海，地處長江入?？诤吞饔蜃钕掠?，地勢低平、河網密布，位于太平洋季風區(qū)，屬于亞熱帶季風氣候，由于處在冷暖氣候過渡帶、中緯度過渡帶和海陸過渡帶，受冷暖空氣的交替作用十分明顯，天氣情況比較復雜，災害性天氣時有發(fā)生，尤其是在汛期，幾乎每年都會不同程度遭受臺風、暴雨、高潮、洪水多種自然災害的襲擊。特殊的地理環(huán)境與氣候特征，使得上海市易受災、易成災。

近年來，全球極端氣象水文突發(fā)性災害事件頻發(fā)。上海市降雨特性和防汛形勢也發(fā)生新的變化，與以往發(fā)生的臺風、暴雨、高潮、洪水及損害防汛設施等單一或疊加災害不同，以1323 號臺風“菲特”和2106 號臺風“煙花”為代表的風暴潮洪“四碰頭”的極端災害給上海市造成了較大的防御壓力。

1 上海市“多碰頭”極端災害現(xiàn)狀分析

1.1“多碰頭”極端災害現(xiàn)狀

歷年來上海市出現(xiàn)風暴潮洪“四碰頭”的概率較低，較多的是風暴潮“三碰頭”，也有暴潮洪“三碰頭”。

據(jù)相關氣象資料記載，上海市發(fā)生臺風、暴雨、高潮、區(qū)域性洪水“四碰頭”的情況近10年發(fā)生過2次。①2013年臺風“菲特”期間。臺風“菲特”在福建福鼎市登陸（強臺風級），10 月7—8 日上海市首次出現(xiàn)了臺風、暴雨、天文高潮和上游洪水“四碰頭”的嚴峻局面。全市普降大暴雨到特大暴雨，最大24 h 降雨量332 mm；黃浦江上游米市渡站潮位10 月6—11 日超警戒12 次，并創(chuàng)下4.61 m 的歷史第2 高潮位。②2021年臺風“煙花”期間。臺風“煙花”先后在浙江舟山市、嘉興平湖市2次登陸。7月23—28日，上海市出現(xiàn)大到暴雨，局部大暴雨，平均降雨量286.1 mm。恰逢天文大潮，上海市沿江沿海及黃浦江上游支流水位代表站全部超警戒，杭州灣代表站出現(xiàn)歷史第2 高潮位，7 月26 日凌晨黃埔公園站最高潮位5.49 m（居歷史第3 位）；太湖出現(xiàn)2021 年第1 號洪水，黃浦江上游米市渡站最高潮位4.79 m（創(chuàng)歷史新高），形成風暴潮洪“四碰頭”。

1.2 研究現(xiàn)狀

1949 年起，我國對洪水、臺風、高潮、暴雨等方面做了諸多的總結和研究。洪水防御方面，20 世紀50 年代針對長江、黃河為代表的洪水防御做了大量的研究，主要集中在工程防御、水文特征分析等方面。臺風防御方面，研究工作起步較晚，20 世紀50 年代主要集中于臺風的降水特征、路徑分析及臺風期間的雷電防御知識等內容，至1963年才對浙江溫州地區(qū)的臺風災害防御進行研究，而后相關的研究成果逐步增多。暴雨防御方面，研究起步較早，20世紀50年代起已逐步出現(xiàn)關于暴雨的徑流與滲透的研究，20世紀80年代末90年代初關于暴雨的風險災害及防御對策研究逐步增多，至2000年該項研究成果已相對精細化和精準化。潮汐災害防御方面，研究起步較晚，20世紀90年代初陸續(xù)出現(xiàn)關于東南沿海潮汐災害的研究，2000年以后關于風暴潮造成的災害、風險評估等研究工作逐步成為熱點。盡管關于4種自然災害的研究起始時間不同，但經過不斷研究，目前國家、?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）、市、區(qū)等各個管理層級均形成了良好的應對預案，尤其是在災害風險評估及預測方面，有效支撐了各級單位制定相關的管理政策與對策措施。

20 世紀90 年代末，隨著全球沿海城市的發(fā)展，“三碰頭”的極端天氣逐步增多，全球諸多城市開始研究“三碰頭”形成的原因、應急預案等，并形成了較好的研究成果。

縱觀國內外城市的規(guī)劃及研究，都面對氣候變化做出了能夠提高城市韌性和適應性的探索。然而，各地區(qū)的探究僅局限于“三碰頭”，關于“四碰頭”相關研究較少。臺風“菲特”期間我國遭遇了第1 個“四碰頭”災害。2015 年，太湖流域管理局研究了關于臺風“菲特”期間太湖水的洪水運動問題，其后上海市各相關單位研究了“四碰頭”災害下的淹沒模型等問題，但對于“四碰頭”災害的風險評估、防御措施等并未開展專題研究。

2 風險評估分析

近年來，在全球氣候變化加劇的大背景下，隨著上海市城市化進程加快，城市下墊面發(fā)生較大變化，熱島、雨島效應顯著。受其綜合影響，上海市降雨特性也發(fā)生新的變化，如暴雨場次增多、強度增強，降雨量呈上升趨勢、分布不均等。同時，由于受海平面上升、地面沉降、工情、水情變化等直接因素影響，黃浦江高潮位呈不斷抬升的趨勢，黃浦江干流上游及其主要支流水位不斷突破歷史紀錄，蘇州河上游歷史最高水位也持續(xù)刷新。

2.1 雨情風險評估

每年暴雨日數(shù)有增加趨勢。統(tǒng)計1956—2020年共65年暴雨日數(shù)，結合上海市城市化進程，將暴雨日數(shù)變化分為3 個階段，見圖1。1980年前，上海市年平均暴雨日數(shù)8.4 d；1980—2010年，暴雨日數(shù)增幅較大，年平均暴雨日數(shù)19.1 d；2010—2020 年，暴雨日數(shù)較前一階段增幅變緩，年平均暴雨日數(shù)21.7 d。

圖1 1956—2020年上海市暴雨日數(shù)變化圖

暴雨強度呈增強趨勢。最大1 h 和最大24 h 降雨量每10 年分別增大6.8 mm 和21.2 mm。2010—2020年的暴雨場次中，2012年起，大暴雨以上級別場次占比明顯增多。年最大1 h降雨量1956—1976年逐年上升趨勢明顯，1976年后逐年上升趨勢明顯減緩，為1976年前的1/3。年最大24 h降雨量1956—1993 年呈增強趨勢，1993 年后上升趨勢更顯著，為1993年前的2倍。年最大1 h和最大24 h降雨量變化趨勢見圖2。

2.2 水情風險評估

為分析黃浦江上游地區(qū)水位變化情況，以控制站米市渡站為例。對米市渡站1970—1999年和2000—2019年2個時段的年最高潮位、年平均高潮位、年最低潮位和年平均低潮位進行了統(tǒng)計分析，見表1。從表1 可以看出，年最高潮位和年最低潮位分別抬升了0.51 m 和0.36 m，年平均高潮位和年平均低潮位分別抬升了0.26 m 和0.21 m。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，黃浦江上游地區(qū)潮位2000 年后比2000 年前發(fā)生了顯著抬升。

表1 黃浦江上游米市渡站特征值分析表 m

根據(jù)米市渡站年最高潮位序列，20 世紀90 年代前，米市渡站年最高水位3.86 m，從未出現(xiàn)超過4.00 m 及以上的高水位，20 世紀90 年代后，超過3.86 m 的年最高水位共有23次。近年，最高潮位值不斷突破，9711號臺風“蕓妮”最高潮位4.27 m，0509 號臺風“麥莎”最高潮位4.38 m，1323 號臺風“菲特”最高潮位4.61 m，2106 號臺風“煙花”最高潮位4.79 m。米市渡站年最高潮位變化趨勢見圖3，1964 年前，年最高潮位相對穩(wěn)定，1964 年后年最高潮位抬升趨勢明顯。

圖3 米市渡站年最高潮位變化趨勢圖

因潮位抬升和防御能力提高，2015年米市渡站警戒潮位也相應調整，從3.50 m調整到3.80 m。但近些年，米市渡站潮位依然抬升，超警戒次數(shù)不斷增加，尤其是2016年和2020年太湖洪水期間，汛期潮位超警戒分別達25次和31次。

為分析黃浦江河口潮位變化情況，根據(jù)實測資料，對黃浦江河口吳淞站及蘇州河河口黃浦公園站資料序列的年極值進行排序，統(tǒng)計各測站1970 年以來最高潮位前5 名及發(fā)生時間，見表2。對兩站的年最高潮位、年平均高潮位進行了計算分析，主要統(tǒng)計了2000年前后各站潮位特征值的變化情況，見表3。兩站的年最高潮位平均值和年平均高潮位，2000年后比2000年前都有不同程度的抬升。

表2 吳淞站、黃浦公園站歷史最高潮位前5名及發(fā)生時間統(tǒng)計表 m

表3 吳淞站、黃浦公園站潮位特征值分析表 m

2.3 風險區(qū)域分析

上海市作為超大城市，在遭遇“四碰頭”極端災害后除出現(xiàn)內澇積水、地下空間受淹、農田受淹等洪澇災害外，還將引發(fā)老舊房屋坍塌、城市生命線等基礎設施損毀、人員傷亡等次生衍生災害。歷史災情分析表明，內澇災害風險區(qū)域主要分布在中心城區(qū)等易積水小區(qū)和易積水道路；風暴潮災害風險區(qū)域主要分布在海塘沿線；洪澇災害風險區(qū)域主要分布在黃浦江中上游堤防薄弱段的兩翼地區(qū)和金青松等地勢低洼地區(qū)。

2021 年起，上海市穩(wěn)步推進水旱災害風險普查工作。根據(jù)《上海市第一次水旱災害風險普查實施方案》《洪水風險區(qū)劃技術導則（試行）》等技術規(guī)范，編制完成了《上海市洪水風險區(qū)劃圖》和《上海市中心城內澇風險區(qū)劃圖》。

《上海市洪水風險區(qū)劃圖》表明，上海市低風險地區(qū)面積6 146.0 km2，占總面積的91.82%，總體處于低風險區(qū)。從區(qū)劃結果看，極高風險地區(qū)面積1.5 km2，占比0.02%，主要集中在上海市西部青浦區(qū)油墩港淀浦河區(qū)域及淀山湖西北側區(qū)域。高風險地區(qū)面積23.5 km2，占比0.35%，主要集中在青浦區(qū)油墩港淀浦河區(qū)域、淀山湖西北側區(qū)域、大蒸塘北側區(qū)域，嘉定區(qū)練祁河鹽鐵塘區(qū)域，浦東新區(qū)川楊河區(qū)域、張家浜區(qū)域，普陀區(qū)蘇州河桃浦河區(qū)域，金山區(qū)山塘河區(qū)域，寶山區(qū)蕰藻浜區(qū)域，長寧區(qū)北夏家浜區(qū)域，奉賢區(qū)巨潮港區(qū)域，楊浦區(qū)走馬塘區(qū)域。

《上海市中心城內澇風險區(qū)劃圖》表明，上海市中心城低風險地區(qū)面積占比86.5%，中風險地區(qū)面積占比8.9%，高風險地區(qū)面積占比2.7%，極高風險地區(qū)面積占比1.9%，總體以內澇低風險為主。上海市中心城共涉及289 個排水系統(tǒng)，其中，19 個排水系統(tǒng)內澇風險較高（分別是楊盛東、涇西、曲陽、康橋鎮(zhèn)自排區(qū)域、漢陽、北蔡安建、前程、大柏樹、浦興、大名、滬東新村、華涇西、蒲匯塘、長島、龍柏、真光、芙蓉江、福建北、武進）。

3 提升“四碰頭”災害防御能力的對策措施

3.1 進一步提高工程防御能力

持續(xù)推進海塘、堤防、水閘、泵站等工程達標建設，增強防御極端自然災害的基礎能力。針對臺風“煙花”暴露的薄弱岸段制定相應的整治計劃，結合設施養(yǎng)護和堤防專項維修工程，完成公用和非經營性專用薄弱岸段整治工作。在薄弱岸段消除前，制定完善專項預案，加強日常管理，做好各項應急保障工作，確保防汛安全。

加快推進黃浦江河口水閘建設，減少“四碰頭”的概率。由于全球氣候變暖、海平面上升、地面沉降、風暴潮加劇等自然環(huán)境因素變化，以及人類活動的影響，黃浦江水情工情發(fā)生了較大的變化，黃浦江高潮位呈趨勢性抬升，現(xiàn)狀黃浦江防汛墻堤頂超高不足，抗風險能力有所降低。在黃浦江河口建閘，阻擋外潮頂托，大幅降低“四碰頭”的概率，是提高上海市防洪除澇能力的關鍵性工程。《太湖流域綜合規(guī)劃（2012—2030 年）》明確提出“開展黃浦江河口建閘的前期研究工作，科學決策”?！渡虾Ｊ蟹姥闯凉骋?guī)劃（2020—2035 年）》明確要求“做好河口閘規(guī)劃選址及用地控制，并擇機建設”。目前，黃浦江河口水閘已完成選址規(guī)劃，加快推進建閘工作，可縮短黃浦江沿線防洪戰(zhàn)線，有效應對超標準洪潮引發(fā)的綜合風險。

3.2 進一步強化二次防御能力

我國傳統(tǒng)的生態(tài)治水智慧，尊重自然、順應自然、天人合一，推崇基于規(guī)避災害、治水、節(jié)水、用水的低成本、低影響的規(guī)劃和建設理念，歷經千年依然能給予我們啟發(fā)。其次，根據(jù)歐美等發(fā)達國家的經驗，城市綠地及生態(tài)空間是城市短期應急防汛的主要承載部分，對于城市的應急防汛具有決定性作用。因此，極端氣象水文情況下，基于自然的防御解決方案，關鍵是轉變生態(tài)空間建設思路，提升安全避險功能，統(tǒng)籌利用生態(tài)空間進行國土安全含水安全、生態(tài)安全、地質安全、國防安全等方面的綜合防御。

依照《上海市生態(tài)空間專項規(guī)劃（2021—2035）》，至2035年，市域生態(tài)用地（含綠地廣場用地）占市域陸域面積比例將達到60%以上。如何充分利用現(xiàn)有的和規(guī)劃中的生態(tài)空間、生態(tài)濕地、郊野公園、森林，提高以生態(tài)空間為主的蓄滯納量，將規(guī)劃生態(tài)空間與上海防洪現(xiàn)有“千里海堤、千里江堤、區(qū)域除澇、城鎮(zhèn)排水”體系密切結合，充分利用郊野公園、生態(tài)廊道等作為抗御超標洪水的臨時蓄洪區(qū)，減少市區(qū)及核心區(qū)的壓力是應對超標洪水的重要工作內容。對規(guī)劃建設的生態(tài)廊道（含生態(tài)農田），尤其是“藍綠交織”的濱河綠帶，在設計規(guī)范和導則中需明確協(xié)助調蓄河道水量的作用，并據(jù)此選擇適合的“兩棲”植物等進行配植，減少短期淹沒的損失。

3.3 進一步加強防御保障能力

對社會生活、生產有重大影響的交通、通信、供水、排水、供電、供氣、輸油等生命線工程設施為極端自然災害的重點防護區(qū)域。每年圍繞電力、醫(yī)院、交通、通信等城市生命線敏感地帶，開展防臺風、防范極端降雨等演練，提升處突能力。相關部門應編制城市生命線工程和重大基礎設施防御超標準洪澇災害專項預案。強化生命線相關單位間的應急聯(lián)運、救援支援協(xié)作機制。針對汛期交通特點，及時調整警力部署，充實路面警力，重點加強對高速公路、國省干道、重要縣鄉(xiāng)道路，以及漫水路、漫水橋和安全隱患路段的巡邏管控工作。

此外，城市地下空間因其具有的特殊性，一直是防汛的重點和難點：①地下空間存在防汛先天劣勢，暴雨時容易進水積水；②大面積、超深度、連通多、綜合化、多業(yè)態(tài)的地下空間逐年增多，加之部分地下空間產權人、物業(yè)管理單位或使用人安全意識薄弱，削弱了地下空間防汛抗災能力。

各地下空間產權人、物業(yè)管理單位或使用人要根據(jù)地區(qū)排水能力提升新要求，規(guī)范實施或完善地下空間進出口駝峰和擋板，保證各地下空間本身的擋水能力；加強地下空間雨水泵、污水泵、消防泵及配套的更新和維護保養(yǎng)，定期對集水井和排水管道進行檢測和養(yǎng)護，確保地下空間的排水暢通和正常運行。對地處地勢低洼地區(qū)、排水系統(tǒng)末梢地區(qū)、臨江臨河的地下空間制定針對性的防汛預案，對單電源供電、設施老化一時無法更新、周邊暫時有施工影響排水的情況提出針對性的應對措施，確保地下空間防汛能力，以保障防汛安全。