极端暴雨下城市防洪排涝系统建设

 极端暴雨下城市防洪排涝系统建设

李典

深圳市城市规划设计研究院股份有限公司（广东深圳518000）

摘要：近年来，我国极端暴雨事件频发，多项降雨指标破历史记录，造成了城市洪水和内涝，给应急处置、抢险救灾带来极大挑战，社会经济和人民财产安全都受到了严重损失。本文从全球气候变暖、城市化等方面分析了极端暴雨产生的缘由，阐述了目前城市洪涝体系建设落后、洪涝矛盾日益加剧、洪涝设施标准不足、水文测报欠缺精准、洪涝设施重建轻管等存在的问题，并提出了相应对策。

关键词：极端暴雨；城市防洪排涝；系统建设

近年来，受到台风和气流交汇的影响，我国多个地区持续遭受极端暴雨袭击。广东、浙江、湖南等多个省份都出现了大暴雨天气，一些地方甚至遭受了连续多日的暴雨侵袭，降雨量之大超出了往年同期的正常范围。以深圳为例，受台风“海葵”残余环流、季风和弱冷空气共同影响，2023年9月7日傍晚到8日，深圳出现了1952年有气象记录以来最强暴雨过程。此次降雨具有“强度超强、持续时间超长、强降雨范围超大”的特征，并刷新最大滑动雨量七项历史记录；2023年7月29日至8月1日，北京大部、天津、河北中南部等地出现暴雨到大暴雨，部分地区特大暴雨，过程累计雨量100至600毫米，局地600毫米以上，最大雨量出现在河北邢台临城县，达到惊人的1003毫米（相当于两年的降水量），北京市最大雨量出现在昌平王家园水库（744.8毫米）；京津冀地区平均累计降水量175毫米，超过平均年降水量的三分之一……。这些罕见的极端暴雨天气，给应急处置、抢险救灾带来极大挑战。极端暴雨事件造成了严重的城市洪水和重大的社会经济影响，给城市防洪排涝能力提出了更高要求。

一、极端暴雨天气产生的缘由

这种频繁的极端降雨事件可能与气候变化有关，例如全球气候变暖，气温升高导致大气水蒸气含量增加，从而加剧了降水量的增加[1]。此外，随着城市化的进程，土地的水源涵养能力减弱，也导致了降雨引发的洪涝灾害更加严重。最后，极端暴雨的发生往往是受多种因素共同影响，比如台风的残余环流和热带气旋等等。

1.全球气候变暖

南京信息工程大学王会军院士团队对梅雨如何响应气候变化展开研究，研究预测全球温度越高梅雨越“暴力”[2]；有科学家研究团队发现人类温室气体排放导致的全球气候系统增暖是导致超强台风季节提前的主要原因[3]。从气候变化角度看，全球变暖不仅改变了地球陆地大气温度状态及其分布格局，而且引起海洋热力状况亦发生变化，进而引起气候状态变化加剧，打破原天气气候稳定状况，导致暴雨发生频率增加，甚至形成了极端暴雨等灾害性异常[4]。我国属于洪涝灾害和台风灾害风险多发地区，山洪、城市内涝、农田渍涝等灾害风险较高，台风灾害影响范围也开始由原来的华东和华南沿海地区扩大到华北和东北。

2.城市化的发展

城市化发展加快的后果是，城市面积不断扩大，不透水地面人工地物(如建筑、道路、工业用地等)覆盖率增加，自然地物(如森林、草地、湖泊和河流)等蓄水空间覆盖率减少。这些不仅改变了自然的排水方式，而且也使原有的自然水文系统遭到破坏，导致雨水无法自然渗透和排放，只能流入排水系统，从而增加了排水系统的负担，引发城市内涝和其他洪灾[4]。植被、土壤等下垫面类型的改变，加剧水土流失，导致洪峰流量增加，导致山洪泥石流并发并重，流域性大洪水风险不断上升。受城市化发展影响最大洪涝灾害往往发生在超大型城市，因为超大型城市人口密度高，经济水平高，地下空间被大规模开发，使得洪涝调蓄空间有限，城市“雨岛效应”和“热岛效应”显著，产汇流特性剧烈变化[5]。超大型城市极端暴雨事件一般具有明显的局地性、突发性，包括引发大规模洪水、山洪泥石流、积水内涝等，且具有聚集、连锁、放大效应，不仅威胁民众生命财产安全，还可能导致通信、电力、交通等生命线瘫痪，对城市安全运行形成极大考验。

3.多种因素叠加

如深圳“9.7”暴雨，造成本次极端特大暴雨的原因主要有：一是台风“海葵”低压环流从7日下午开始至8日凌晨长时间停滞；二是低压、季风和弱冷空气三者叠加；三是强降雨列车效应导致强降雨持续时间长。如京津冀极端暴雨，一是充沛水汽输送，“杜苏芮”残余环流本身携带了大量水汽，它的东侧为副热带高压，二者之间有较强的气压梯度，会导致京津冀地区东风、东南风显著增强，两大台风的水汽在京津冀接踵而至，共同作用，从而导致了这次刷新历史的强降雨。二是地形抬升增幅作用，华北平原，西有太行，北有燕山，东靠大海，兼具充沛水汽补充和有利降雨的特殊地形，正因为如此，在“杜苏芮”、副高压以及“卡努”的共同作用下，降雨中心沿着太行山-燕山的地形铺展开，太行山东麓成为本次暴雨的重灾区。携带水汽的东风和东南风抵达华北平原后，受西边的太行山脉、北边的燕山山脉地形阻挡作用，产生抬升动力，可能会在山前形成极端降水。三是降水持续时间长，在华北东部有副热带高压，西部有高压脊东移，在华北北部形成一个高压坝，这使得“杜苏芮”的环流北上速度减缓，并在华北、黄淮一带持续滞留，降水持久，导致这一带地区的累计雨量增长非常明显。

二、城市防洪排涝系统存在的问题

1.洪涝体系建设落后

在应对极端暴雨洪水时，防洪排涝体系能否正常发挥效益非常重要，在城市化进程中，过度追求建设速度和效益，防洪排涝体系的建设与经济社会发展的进程不相匹配，比如随着城市大开发，由于城市市区用地紧张，过度追求经济社会发展，而忽视了城市水体“蓝化效应”，在我国特别是大城市，不同程度存在着城区水库、河流、湖泊等水体被填占挤压，还有河道暗渠化等现象，导致城市自我调蓄能力下降、排水能力不畅，城市洪涝灾害概率增加。而海绵城市、生态修复等建设依旧不成熟，目前无法弥补城市化进程中对生态环境的影响。此外，河流往往流经多个行政区域，而在实际工程中，由于政府管辖区域和职能不同的缘故，导致河流在防洪治理工程中，河流整治工程各区段的防洪标准设置和建设时序难以协调统一，没有形成有效流域防洪排涝体系。以上种种，直接或间接影响了城市排水能力，导致暴雨情况下灾害频发。

2.洪涝矛盾日趋加剧

随着内涝的范围和涝灾的增加，洪与涝的矛盾日趋加剧。一是不少城市在城市防洪时所采取的策略有都不断加高防洪堤，这虽然提高了城市防洪能力，但是也壅高了水位，导致城市内部遭遇强降雨时，只能依靠泵站抽排，排涝难度加大，加剧城市内涝。二是排涝时不考虑较高洪水位的制约，导致外洪通过排涝通道或者排水管网倒灌入城。一些城市在建设内部的排涝通道和排水管渠时，没有与所排入的防洪河道在水位方面做好衔接，在这些防洪河道处于高水位时，城市会排涝困难，甚至出现洪水倒灌入城的现象。刘国纬教授《论防洪中的十大关系》提到为了防洪排涝围绕城市修建围堤，既防止外水侵入，又可通过功能强大的抽水工程将城市内积水排向城市围堤之外。然而这种做法打乱了原有的河网水系结构，改变了原有的流域蓄泄关系，抬高了城市外河网的水位，结果又增加了城市的洪水威胁。这是城市面临的洪涝关系新情况。

3.洪涝设施标准不足

随着城市化进程，水体蓝线空间被挤占，特别是穿越城区的河道，或被改成了暗涵或者房屋侵占了蓝线等，整治难度非常大。同时，在非城区区域河道防洪排涝标准普遍较低，堤防残、缺、矮、薄现象普遍，防汛通道不畅通，主河槽存在淤积、堵塞、挤占现象，下游段两岸地面低洼，汛期地面积水，影响居民生产和生活。然而在河道整治过程中，因为涉及历史遗留等拆迁问题，河道的有效断面无法得到满足，从而导致防洪标准无法满足规定要求。我国城市排水系统的暴雨重现期标准为2-5年。然而在老城区，由于历史遗留问题，管网设计暴雨重现期多为1年一遇或0.5年一遇；而在新建排水管道，部分城市为减少管网的投资，排水管网设计标准多为规定的下限值，无法满足日益严峻的城市防洪排涝要求。而城市也常常因为下雨高峰期排水不及时，而出现内涝或者积水。

4.水文测报欠缺精准

极端暴雨的应对也暴露我国一些城市在水文测报的一些问题，一是水文站网密度不足，测雨雷达监测覆盖不足，存在无法覆盖山洪灾害易发区等重点区域情况。雨量站点密度不足，无法准确掌握降雨数据，同时中小河流缺乏水文站，无法及时掌握支流来水情况，影响洪水预报经度。蓄滞洪区监测设施薄弱，蓄滞洪区、洼地圩区等缺乏水位、流量等监测设施设备；二是“四预”能力有待提升，针对具体河流的暴雨预报落区还存在左右摆动或南北移动等不确定性情况，洪水预报覆盖面不足，无资料或缺资料地区洪水预报尚无有效手段，传统模型方法多采用传统降雨产汇流和考虑河道下渗的洪水演进模型，针对自然漫溢、扒口分洪、堤防局部溃口等工况条件，传统水文模型方法适用性不高，此外，水文部门与水利、水务等工程管理部门运行调度信息共享不充分不及时，对水利工程调度和运行产生一定负面影响。

5.洪涝设施重建轻管

总体看，经过多年的建设和发展，洪涝工程的建设和管理已取得重大进展，在保障城市防洪安全方面发挥了重要作用。但是，对比党中央对城市防洪安全的高标准和严要求，在运维管理方面还有一定差距，影响洪涝设施的良性运行。特别是水库、河道堤岸等的安全监测、运行管理、应急处置等数字化管理水平参差不齐。部分堤防建成时间较久，维修养护不足，存在堤身塌方、滑坡、渗漏，穿堤建筑物病险等问题，造成工程安全隐患。在汛期，病险水库、堤坝若是蓄水运行，则可能导致渗漏、漫坝或垮坝的危险，极有可能危害下游人民群众的生命财产安全。我国水库大坝数量全球第一，对国家水网、经济社会系统而言，许多江河控制性枢纽工程牵一发而动全身，如何保障好大坝安全是一道必答题。如2021年7月，呼伦贝尔市莫力达瓦旗因暴雨导致永安水库发生垮坝，受永安溃坝洪水汇入影响，永安水库下游新发水库垮坝，造成较大经济损失。如何加强洪涝设施管理，确保工程安全并发挥应有功能和效益，仍是面临的严峻问题。

三、城市防洪排涝系统建设的对策及建议

1.培育城市防洪排涝系统韧性

一是统筹生态系统保护修复和城市开发建设。重视山林涵养水、湖库调蓄水、江河排放水、城市利用水之间的有机联系，建设可持续的城市水循环系统；二是完善防洪排涝系统工程包括堤防、泵站、管网等涉水工程基础设施建设，同时结合绿地、湖泊等设置调蓄空间，通过基础设施和调蓄空间的建设，切断致灾因子和承灾体之间的联系，从而降低灾害对城市的影响；三是结合城市水资源利用和防灾减灾提高城市蓄水和排水能力，在提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”，缺水城市可以加大雨水的收集利用，利用雨水下渗回补地下水；四是统筹好洪水和涝水之间的关系，洪水和涝水相辅相成，防洪没有解决好，可能会倒灌入城，或者高水位影响本地降雨的安全排放，导致城区内涝，而如果城区雨水全部排入河道，也要统筹考虑下游河流的防洪压力。因此要在内河外河防洪标准方面、支流干流水位方面、河流上下游之间做好衔接。

2.做好防洪与排涝的标准衔接

内涝和外洪彼此之间存在着复杂的联系，包括因雨致涝、因洪致涝等多种情况。由于调蓄能力的差异，水利河网排涝相对偏重于雨量的排除，而城市雨涝的排除不仅注重于雨量的排除，更注重于雨峰的排除，亦即市政排水与水利排涝间因调蓄能力不同而导致汇流历时的不同才是导致两者标准中取用重现期相差较大的主要原因。再换言之，就同一场暴雨径流过程而言，水利排涝偏重于整个过程的水量的容蓄与排出，而市政排水侧重于雨峰的排除，原因在于调蓄能力不同（汇流历时不同）而导致防范侧重点的差异，再鉴于市政排水工程和河道规模等因素，从而产生暴雨重现期各自不同的规定。因此，制定合理衔接的城市排涝与区域防洪标准是有效应对城市和所在区域防洪排涝矛盾、科学提升区域防洪排涝效益的有效手段。此外，全国人大代表钮新强提出要提高城市防洪排涝标准，增强极端天气洪涝风险应对能力，防洪与排涝标准衔接的原则应就高不就低，为城市可持续、高质量发展提供高标准的防洪安全保障。。

3.补齐城市洪涝防治工程短板

2021年4月，国务院办公厅印发了《关于加强城市内涝治理的实施意见》，把城市内涝治理列入“重大民生工程”和“重大发展工程”。2023年10月24日，十四届全国人大常委会第六次会议表决通过了全国人民代表大会常务委员会关于批准国务院增发国债和2023年中央预算调整方案的决议，增发1万亿元国债用于提升防灾减灾救灾能力，包括强化气象、地震、洪涝等灾害监测预警系统的建设，加强基础设施的灾害防护能力，提高应急救援力量的快速反应能力。城市排水防涝体系的建设，是在排水防涝工程建设基础之上，排水防涝工程项目应遵循两个原则，一是要尊重城市自然基底，对城市现状防洪排涝工程进行全面梳理，全面摸清突出问题和短板，建立台账，明确城市排水防涝治理策略和建设标准，科学规划实施各项工程措施，强化各项工程系统性，制定实施计划，合理安排实施，制定工程建设“时间表”；二是要统筹做好各项工程之间衔接，分析工程轻重缓急，明确工程建设责任主体、建设时序及后期运维，逐步补齐城市洪涝防治工程短板，构建城市排水防涝工程体系。

4.提升城市排水设施运维水平

城市防洪排涝是一项专业工作，更是一件民生实事，要提升城市排水设施运维水平，一是要成立专业的国企排水设施运维单位，保障运维资金和加强人才队伍建设，进一步优化城市排水布局，推进防洪排涝建管一体化，健全排水设施的建设运维体系；二是构建专注于城市排水系统运维的信息化系统，目前城市排水设施运维方式主要以人工巡检巡查为主，随着大数据、人工智能等技术的进步和越来越先进的智能化设施设备，可以构建城市排水系统运维动态更新数据库，实现排水系统运维工作流程的智能化、高效化、精细化、科学化；三是构建城市排水设施修复养护方案，构建排水行业修复养护相关规范或指南，建立修复养护实施细则，包含修复养护方法选择、施工方案、注意事项等内容，同时确定各项修复、养护措施以及检测方式定额，进行定额管理。以上，推动建立健全城市防洪排涝设施运维管理长效机制，确保这些设施在防汛关键时刻“靠得住”。

3.5完善洪涝灾害监测预警体系

现代化灾害预防工作的原则是预警在前、防范为先、救灾在早，需要建立科学的预警体系，一是要系统梳理、全面检视海河流域“天空地”水文监测和预报预警体系，组织编制海河流域雨水情监测预报“三道防线”建设专项方案，在重大防洪影响区等布设测雨雷达站，加密雨量站、水文站、水位站，完善监测预报系统平台建设，提档升级测报设施设备，不断提升水文测站的测报能力；二是要推进水文部门加强与水库、蓄滞洪区、闸坝等管理部门雨水情和调度信息的及时共享，推进水利科研单位与水文业务部门加强沟通协作，建立健全信息共享机制，加大共享力度，实现堰闸开启、泵站排涝、抢险分洪等信息的互联互通；三是要尽快开展具备“四预”功能的智慧防洪信息化建设工作，丰富雨水情实时获取手段、构建高分辨率数字底板、采用新一代的洪水预报和预演模型技术，尽可能提高洪水预报的精度，为防洪决策提供扎实的科技支撑，提高洪涝灾害的预见期和精准度。

四、结语

综上所述,随着近年来极端暴雨天气情况频发，城市防洪排涝工作也会越来越有挑战性，我们必须要用科学系统的思维对待城市防洪排涝问题，积极应对，实现“防御体系有韧性、基础设施有韧性、极端暴雨少损失”三大目标。

参考文献：

[1]黄丹青,极端天气气候事件频发：基本规律与科学应对.国家治理[J],2023(17):46-52.

[2]胡珉琦,研究预测全球温度越高梅雨越“暴力”[N].中国科学报,2023(1).

[3]孙明源,科学家发现全球变暖驱动超强台风季节提前[N].科技日报2023(2).

[4]张金良等,城市极端暴雨洪涝灾害成因及对策研究进展与展望[J].水资源保护,2023(10):1-13.

[5]康立芸等,我国大江大河堤防现状与建设对策建议[J].中国水利,2023(14):4-7.

【作者简介】李典（1992.02-），男，汉族，江西九江市人，硕士研究生学历，深圳市城市规划设计研究院股份有限公司工程师，主要研究方向：水务规划与设计。