城市暴雨内涝防控与海绵城市建设辨析

　　摘要：海绵城市建设一经提出就质疑声不断，为健康有序地推进海绵城市建设，对城市暴雨内涝防控与海绵城市建设的关系进行了讨论。论述了城市暴雨内涝成因，提出了城市暴雨内涝防控的工程措施和非工程措施，探讨了城市暴雨内涝监测预警技术。介绍了海绵城市概念和内涵，重点探讨了城市暴雨内涝防控与海绵城市建设两者关系，只有在成功地构建起源头径流控制系统、城市雨水管渠系统、超标雨水径流排放系统及城市水利防洪系统等城市雨洪管理四大子系统的基础上，才能有望解决城市内涝灾害问题。

　　关键词：城市暴雨内涝;海绵城市建设;工程措施;非工程措施;城市管理论文发表

　　近年来，受全球气候变化影响，暴雨、特大暴雨等极端天气对社会管理、城市运行和人民群众生产生活造成了巨大影响，加之部分城市排水防涝等基础设施建设滞后、调蓄雨洪和应急管理能力不足，出现了严重的暴雨内涝灾害。另外，城市化水平提升在一定程度上使得城市暴雨洪水频率增加，城市洪涝灾害的影响程度加深，影响范围也不断加大。我国正处于快速城市化进程中，城市洪涝风险呈不断上升趋势，频繁发生的城市洪涝灾害给社会经济生产造成了巨大损失，给居民生命财产安全带来了巨大威胁，内涝已经成为制约我国社会经济发展的重要因素[1]。面对日益严峻的城市洪涝灾害，我国相继推出了一系列举措，其中海绵城市建设已上升到国家战略高度，并在国内很多城市积极推进。由于海绵城市是新理念，学科跨度大，涉及行业广，一经推出就众说纷纭。虽然我国海绵城市建设试点城市已有30个、建设已有3年多，各种争论仍层出不穷，其中争论的焦点是海绵城市究竟能不能解决城市内涝问题。鉴于此，本文对此问题进行探讨，试图回答城市暴雨内涝防控与海绵城市建设两者之间的关系，以利我国城市内涝防控与海绵城市建设事业健康有序地推进。

　　1城市内涝成因

　　城市内涝一般是指城市范围内的强降雨或连续性降雨超过其雨水消纳能力，导致城市地面产生积水灾害的现象。据住房和城乡建设部调研资料，2008—2010年，全国有62%的城市发生过不同程度的洪涝，其中有137个城市洪涝灾害超过3次以上。最近几年雨季，广州、深圳、武汉、北京、南京、杭州等城市又轮番上演暴雨淹城景象，特别是济南“2007.7.18”特大暴雨、北京“2012.7.21”特大暴雨等，造成了人民生命和财产的巨大损失，其教训十分惨痛。城市除涝减灾已成为我国防洪除涝体系中的一个突出短板，严重影响了城市人民生命财产安全，制约了城镇化质量的提高。针对目前城市防洪除涝减灾中存在的重点问题，开展城市内涝成因分析是完善我国防洪除涝减灾体系、提升城市防洪除涝能力、保障人民群众安居乐业的迫切需求。

　　城市内涝是由多种因素共同作用产生的灾害，其中暴雨是城市内涝产生的最主要、也是最直接的因素[1]。很多研究表明，短时暴雨从农村转向城市，城市暴雨的强度、降雨量在增加，这主要是因为城镇化率越来越高，改变了当地降雨条件，城市普遍存在“热岛”“雨岛”效应，城市中水汽更容易凝结，凝结核的增多导致暴雨形成的可能增加，所以在城市区域特别容易形成特大暴雨。另外，城市下垫面变化是大城市内涝不断加剧的主要原因，主要表现在随着城市扩大，土地利用方式发生了结构性改变，原来的农村郊区变为城区，即不透水面积增加，透水面积缩小，蓄、滞、渗水能力减退，产流系数增大，产汇流时间缩短，洪峰流量也随之增大，加剧了暴雨洪水的形成。造成城市内涝的另一个原因则是城市下水管道开发建设缺乏长期规划，排水标准过低，城区原来标准较低的排水系统，随着城市大规模的扩张建设，其排涝能力可能进一步降低。另外，外江洪水及潮水顶托、排水排涝标准不衔接、排水系统维护不到位及不重视非工程措施建设等也是内涝频发的重要原因。

　　由于城市内涝形成的复杂性，不同类型的城市暴雨内涝形成原因不尽相同，主要可以分为山前平原型城市、沿海城市及平原河网型城市等3种类型城市内涝。济南市、福州市和贵阳市等为山前平原型城市代表，这些城市往往容易受到来自城区周边山区洪水的袭击，造成极大的城市内涝灾害。珠三角地区城市为沿海城市代表，这些地区城市暴雨内涝除了受到当地暴雨影响外，还受到上游来水和下游潮水的顶托影响。以太湖流域为代表的长江三角洲地区城市内涝除了受到局部暴雨影响外，常受到太湖河网区排水的制约，涝水难以及时排出内河，容易在整个片区形成洪涝灾害。针对不同类型城市进行分类研究，对于深入系统地揭示城市内涝原因及城市内涝整治有非常重要的作用。

　　2城市暴雨内涝防控措施

　　2.1国内外城市内涝控制标准比较

　　目前国内城市排水系统除河道、蓄滞洪区以外，主要由排水管道系统组成，在《室外排水设计规范》(GB50014—2006)(2016年修订版)中[2]，明确规定了雨水管渠设计重现期，见表1。

　　发达国家和地区的城市排水一般有两套系统，即小排水系统和大排水系统，也有的国家将大小排水系统称为“双排水系统”[2-5]。小排水系统主要针对城市常见雨情，设计暴雨重现期一般为2年一遇到10年一遇，通过常规雨水管渠系统收集排放;大排水系统主要针对城市超常雨情，设计暴雨重现期一般为50年一遇到100年一遇，由隧道、绿地、水系、调蓄水池及道路等组成，通过地表排水通道或地下排水深隧，传输小排水系统无法传输的径流，该系统也可以称为城市内涝防治体系，是输送高重现期暴雨径流的排水通道。

　　表2为我国当前雨水管渠设计重现期与发达国家和地区的对比情况。

　　我国《城镇内涝防治技术规范》(GB51222—2017)规定[3]，内涝防治设计重现期应根据城镇类型、积水影响程度和内河水位变化等因素，经技术经济比较后按表3的规定取值，超过内涝设计重现期的暴雨，应采取综合控制措施。地面积水设计标准满足以下两个条件：居民住宅和工商业建筑物的底层不进水;道路中一条车道的积水深度不超过15cm。

　　2.2城市内涝防治措施

　　2.2.1工程措施

　　城市内涝防治技术主要包括工程措施和非工程措施两大类。工程措施主要包括整治河道，以便上承雨水管网的雨水，下达排涝闸站排泄涝水;改造地下管网，增加排涝设施;增加调蓄和渗透能力，强力推行海绵城市开发建设模式。

　　解决城市内涝不能仅靠提高地下排水管网的排水标准来解决，改造下水道的工程投资巨大，同时也会引起诸如交通堵塞、影响市民生活等其他问题。对于北京、上海、广州、深圳等超大城市中心城区，降雨量高度集中，极端暴雨频发，仅靠建设传统的浅层地下排水系统可能难以彻底解决城市内涝问题，可以适当考虑建设深层隧道排水系统等综合性措施，但在建设前一定要进行系统深入的研究，充分发挥深层隧道排水系统在应对超标暴雨和减缓面源污染方面的功效。目前，北京、上海、广州、深圳和武汉等城市正在规划这些工程。世界上目前正在运行的深层隧道排水系统主要包括如下几种形式[6-7]：

　　(1)雨洪排放型隧道。

　　(2)污水输送型隧道。

　　(3)合流调蓄型隧道。

　　除建设深层隧道排水系统外，还可以因地制宜地建设大型地下调蓄工程应对超标准暴雨。

　　2.2.2非工程措施

　　由于工程措施投资巨大，涉及面较广，技术十分复杂，实施难度较大，想短期内改变城市内涝现状十分困难，因此采用城市内涝防控的非工程措施，着力提高城市暴雨内涝预警水平，减少内涝损失显得尤为迫切。城市内涝防治的非工程措施主要包括排水系统信息化管控平台、城市暴雨内涝预警预报系统建设、大力加强城市排水设施管理、人民群众宣传教育、城市雨洪管理政策法规建设及城市内涝应急处置体系等[1]。

　　城市暴雨内涝预警预报系统主要由城市内涝积水监测系统和预警预报系统组成。城市内涝积水监测主要由城市下立交积水监测和城市道路积水监测两部分组成，适用于城市下立交、城市易涝点、城市道路低洼路段、城市隧道的内涝防治，并可与排水泵站进行联动，实现内涝监测、预警和防治功能。根据易涝点周边区域内降水数据和当前时刻的淹没水深数据预测未来淹没水深，对潜在涉水风险进行提前预警，为交通管制提供决策依据。城市内涝积水监测系统由现场监测站及监控中心平台软件组成，现场监测站由雨量传感器、电子水尺、高清摄像头、遥测终端机、LED显示屏和电源系统组成，监控中心软件平台可远程监测重点路段积水动态实时状况、进行水位预测分析并可对现场显示屏发送预警信息，并逐步从易涝黑点扩大到对城区主干道路和下行隧道的实时监控。

　　建立基于ArcGIS的城市内涝预警预报系统，如果气象部门预报较为准确的话，可利用预警预报系统为政府的“三防”指挥提供预警。

　　尽管目前我国在极端暴雨预警方面有了长足进步，比如雷达测雨应对极端天气的水平已经较高，但由于夏季气团非常活跃，突发性极端暴雨预报还是十分困难，这加大了城市暴雨内涝预警工作的不确定性。

　　目前全国各大城市已具备了建设城市暴雨内涝预警预报系统的条件，最新一轮的排水防涝规划对城市地下排水管网进行了普查，开发了精度良好的地下排水管网数据库系统，为城市暴雨内涝系统开发提供了重要的基础数据。基于水文水动力学方法的精细化城市暴雨内涝模型构建技术已经较为完善，GIS、RS和高性能计算机技术为内涝预警预报系统构建提供了重要保障，较好地解决了模型计算精度与计算效率之间的矛盾。各城市以新一代天气雷达为主要预报手段的强降雨监测预报技术日趋成熟，为提高城市突发性强暴雨预报精度提供了技术保障，为预警系统提供了较好的输入条件。

　　3海绵城市概念与内涵

　　习近平同志在2013年12月中央城镇化工作会议上，提出“建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”。为了贯彻习近平同志讲话及中央城镇化工作会议精神，节约水资源，保护和改善城市生态环境，促进生态文明建设，2014年10月，住房和城乡建设部出台了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》[8]，同年12月，财政部、住房和城乡建设部、水利部联合启动了全国首批海绵城市建设试点城市申报工作，共有16个城市入选。2015年10月11日，国务院办公厅颁布了《关于推进海绵城市建设的指导意见(国办发〔2015〕75号)》，为加快推进海绵城市建设，修复城市水生态、涵养水资源，增强城市防涝能力，扩大公共产品有效投资，提高新型城镇化质量，促进人与自然和谐发展起到了重要作用。

　　海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用，通过加强城市规划建设管理，充分发挥绿地和水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展理念[8]。海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源利用和生态环境保护。在海绵城市建设过程中，应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用各环节，并考虑其复杂性和长期性。因此，海绵城市建设核心内容是低影响开发的雨水利用技术。

　　海绵城市的实质是现代城市雨洪管理，它和近20多年来美国所倡导的最佳管理措施(BestManagementPractices，BMP)、低影响开发(LowImpactDevelopment，LID)，英国等欧洲国家提出并推广的可持续排水管理(SustainableUrbanDrainageSystem，SUDS)，澳大利亚提出的水敏感城市设计(WaterSensitiveUrbanDesign，WSUD)以及近年来逐渐提出的绿色(雨水)基础设施(GreenStormwaterInfrastructure，GSI)等一脉相承[8-15]。海绵城市理念的核心是打破传统的“快排”“末端控制”的单一控制模式，构建以分散式、生态化、多目标为指导思想的新型雨水控制利用系统，实现对城市雨水从源头到终端的全流程控制和利用，符合顺应自然、适应自然、与自然和谐相处的原则，与上述国家所提出的现代雨洪管理模式相契合。

　　传统的排水模式是雨水排得越多、越快越好，低影响开发雨水系统则是基于“渗、滞、蓄、净、用、排”方针，将雨水的渗透、滞留、集蓄、净化、循环使用和排水密切结合，统筹考虑内涝防治、径流污染控制、雨水资源化利用和水生态修复等多个目标，进而达到“更宜居、更安全、更节能、更生态”的目标。

　　4城市内涝防控与海绵城市建设关系

　　城市内涝防治是一项系统工程，是用于防治内涝灾害的工程措施和非工程措施的总和，涵盖从雨水径流的产生到末端排放的全过程控制，包括产流、汇流、调蓄、利用、排放、预警和应急等，而不仅仅包括传统的排水管渠建设。城市内涝防治系统分为源头控制、排水管渠和排涝除险等工程设施以及应急管理等非工程措施，与防洪设施相衔接，并分别与国际上常用的低影响开发设施、小排水系统和大排水系统基本对应[3]。

　　综上所述，城市内涝防治体系与海绵城市不同层面的关系如图1所示。

　　在海绵城市建设中存在大量质疑声音，例如，低影响开发的适用性问题，海绵城市建设与低影响开发的关系，海绵城市建设的“碎片化”问题，“问题导向”和“目标导向”的关系，尤其是年径流控制率等考核指标问题，其中最被关注的一个问题是海绵城市建设到底能不能解决城市洪涝灾害[9-15]。

　　尽管学术界和工程界对海绵城市争议不断，但令人欣慰的是，2017年1月，住房和城乡建设部办公厅和国家发展改革委办公厅联合发布了《关于做好城市排水防涝补短板建设》的通知，明确要求加强地下排水管渠、雨水源头减排工程、城市排涝除险设施及城市数字化综合信息管理平台建设等工作，上述这些工作部署与现代城市雨洪管理模式相对应，只有在此框架下有效地构建起源头径流控制系统、城市雨水管渠系统、超标雨水径流排放系统及城市水利防洪系统等城市雨洪管理四大子系统，才能有望解决城市内涝灾害问题。

　　中国面临城市内涝、防洪抗旱、水资源安全及水生态安全等各种复杂问题，仅在小区尺度和城区范围的海绵城市建设难以奏效，必须从流域尺度上，与水系整治结合，打造海绵城市建设。在海绵城市建设过程中，要注意强调源头和末端结合，地下和地上结合，绿色、灰色和蓝色紧密结合，而不能简单地将海绵城市建设与狭义的低影响开发划等号。在专业融合上，需要市政、水务、水利、城市规划、风景园林、城市管理等各个行业高度融合，面对海绵城市建设所带来的机遇和挑战，各专业紧密结合、协同作战，只有这样才能将海绵城市建设可持续发展下去，才能真正地解决我国在新时期所面临的复杂水问题。

　　5结语

　　城市暴雨内涝是由多种因素共同作用而产生的灾害现象，暴雨是城市内涝发生的最主要、也是最直接的因素，城市暴雨内涝防控主要包括工程措施和非工程措施，除了建设传统的浅层地下排水系统外，可适当考虑建设深层隧道排水系统和大型调蓄设施等综合性措施应对超标暴雨，同时大力加强排水系统信息化管控平台和城市暴雨内涝预警预报系统的建设。海绵城市建设要统筹大中小“海绵”，要注意强调源头和末端结合，地下和地上结合，绿色、灰色和蓝色紧密结合，只有在成功地构建起源头径流控制系统、城市雨水管渠系统、超标雨水径流排放系统及城市水利防洪系统等城市雨洪管理四大子系统的基础上，才能有望解决城市内涝灾害问题