萬 榆,黃岳文,彭曉春

(廣州市水務(wù)工程建設(shè)管理中心,廣東 廣州 510640)

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廣州城市內(nèi)澇原因分析與對策研究

萬 榆,黃岳文,彭曉春

(廣州市水務(wù)工程建設(shè)管理中心,廣東 廣州 510640)

廣州城市內(nèi)澇暴發(fā)的主要原因在于城市化的水文效應(yīng)、現(xiàn)有排水設(shè)施建設(shè)滯后及排水系統(tǒng)維護和管理力度不足。其中城市化進程的推進引發(fā)的水文效應(yīng)是造成廣州城市內(nèi)澇頻發(fā)的關(guān)鍵性因素,現(xiàn)有排水設(shè)施的標準偏低、建設(shè)滯后、維護和管養(yǎng)力度不足則進一步加速了內(nèi)澇的發(fā)生。因此解決廣州城市內(nèi)澇的對策研究應(yīng)充分考慮城市化水文效應(yīng)的影響,改變現(xiàn)有的治水觀念,樹立綠色排水理念；改變重建輕管的思維模式；明確廣州城市內(nèi)澇防治的責任主體,完善排水管理模式。

城市內(nèi)澇；城市化水文效應(yīng)；海綿城市；城市排水；對策研究

近幾年來城市內(nèi)澇頻發(fā),帶來了不可估量的生命和財產(chǎn)的損失。如2014年5月23日暴雨洪水災(zāi)害造成廣州市4個區(qū)(縣)30個鎮(zhèn)(街)受災(zāi),直接經(jīng)濟損失超過7億元。暴雨后引發(fā)的城市內(nèi)澇及造成的生命財產(chǎn)損失,不僅越來越引起人們的關(guān)注和思考,也逐漸引起中央高度重視。作為水務(wù)工作者,更有必要對城市內(nèi)澇的原因進行思考分析,研究減少城市內(nèi)澇的對策或措施。

1 廣州城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的原因分析

城市內(nèi)澇是一個較為綜合的問題,由于城市化進程的推進使得城市化水文效應(yīng)愈發(fā)顯著,從而增加了城市內(nèi)澇出現(xiàn)的概率和強度,而現(xiàn)有排水設(shè)施的標準偏低、建設(shè)滯后、維護和管養(yǎng)力度不足等因素也能進一步加重內(nèi)澇的發(fā)生。

1.1 城市化水文效應(yīng)的影響是造成內(nèi)澇頻發(fā)的關(guān)鍵性因素

水文過程是氣象與下墊面共同作用的結(jié)果。城市化引起的人口劇增、土地規(guī)劃性質(zhì)改變、不透水面積增加正不斷地侵蝕著城市生態(tài)平衡。據(jù)廣州市統(tǒng)計局資料[1]顯示,改革開放初期,廣州市總?cè)丝趦H500萬人左右,城市建成區(qū)面積不到170 km2,根據(jù)第六次人口普查資料,到2010年底,廣州市常住人口達1 270萬人,城市建成區(qū)面積達1 024 km2。在近30余年的時間里,廣州市人口翻了一番,實際居住人口更是多次突破規(guī)劃人口預(yù)測值,建成區(qū)面積更是增長了6倍。張建云[2]指出,城市化水文效應(yīng)隨著城市化進程的加快越發(fā)顯著,使得城市水問題越來越突出。城市化的進程直接影響到水文要素循環(huán)的各個方面(見圖1),涉及到降水、流域水系、地表徑流、雨洪、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等。

圖1 城市化水文效應(yīng)[2]

1.1.1 城市化對降雨的影響

人口聚集、建筑緊密、不透水面積增加等特點增大了城市地區(qū)土壤熱容量,中心城區(qū)地溫高于郊區(qū),隨著溫度上升,與郊區(qū)溫差增大,近地面風速減小,城區(qū)的絕對濕度和相對濕度較低,引發(fā)“熱島效應(yīng)”。對于大型城市,“熱島效應(yīng)”還會帶來“雨島效應(yīng)”。上升的熱氣流在高空與強對流的冷氣團相遇,就會形成暴雨,因此大城市往往更容易遭遇暴雨襲擊,這便是城市雨島效應(yīng)[3]。研究表明,在城市熱島效應(yīng)、城市凝結(jié)核效應(yīng)和城市阻礙效應(yīng)的共同影響下,城市降水量與郊區(qū)相比增加幅度為5%～11%[4]；當雨島效應(yīng)集中出現(xiàn)在汛期時,疊加產(chǎn)生的暴雨量更大,更容易形成大面積積水,引起區(qū)域性內(nèi)澇的發(fā)生[5]。根據(jù)廣州市已有60 a暴雨統(tǒng)計資料來看,近20 a來廣州市暴雨強度增大幅度達9%左右,20世紀90年代平均每年出現(xiàn)暴雨7.3 d,到2012年暴雨出現(xiàn)天數(shù)已高達13 d[6]。

1.1.2 城市化對河涌水系的影響

城市化使得河道結(jié)構(gòu)趨于簡單。在廣州城市擴張的過程中,河流從原來的自然河岸邊坡逐漸改為直立岸墻,部分河涌甚至硬底化。一些河涌因為淤積以及城市建設(shè)“與水爭地”而逐漸變窄甚至消失,如柳波涌、大觀河等。一些河涌則改建為暗涵,如玉帶濠、西濠涌、百子涌、橙基涌、漱珠涌、沖尾涌、上市涌、廣雅涌、師爺涌、樂善涌等。一些河涌則為了滿足規(guī)劃用地完整性的需要被隨便改道,出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)角,如金融城簡下涌,本來順直的河涌在規(guī)劃中出現(xiàn)4個直角。所有這些都不利于河涌排澇。區(qū)域城市化往往是沿著主要干道逐步發(fā)展的,通常是先始于河流的中下游,城市化過程往往會出現(xiàn)與河爭地、占用河道等現(xiàn)象,使得河道斷面縮窄,在城市化初期,其影響效果可能不是很明顯。但隨著城市化的推進,河涌上游逐漸由原來的農(nóng)業(yè)用地變?yōu)榻ǔ蓞^(qū),早先河道縮窄處就逐漸成為過水瓶頸而容易導致內(nèi)澇發(fā)生。

1.1.3 城市化對產(chǎn)匯流的影響

在城市化前,由于區(qū)域下墊面具有一定透水性,降雨首先被大量的農(nóng)田、綠地等天然植被截留,然后在自然地表蓄積,進一步在土壤下滲作用下轉(zhuǎn)化為地下水,最后余下的水才形成地表徑流。城市化過程中森林、農(nóng)田、濕地等不斷被開發(fā)為居住地、工業(yè)用地或商業(yè)用地,城市地區(qū)不透水面積增加,相應(yīng)的調(diào)蓄能力下降。下墊面硬化過程導致雨水截留量、蒸發(fā)量、下滲量和地下水位減少或降低,徑流系數(shù)顯著提高,從而影響流域產(chǎn)流。坡面和管道相結(jié)合的匯流方式是城市化地表徑流的另一特點,流域的阻尼作用降低,匯流速度大大加快。水流在地表的匯流歷時和滯后時間大大縮短,集流速度明顯增大,城市地表徑流量因此大為增加,與河流渠化、防洪堤壩等水利工程措施共同作用使河道結(jié)構(gòu)、河網(wǎng)形態(tài)改變,從而影響河道匯流,使得城市化后的洪水過程線變高、變尖、變瘦,洪峰出現(xiàn)時刻提前,見圖2。林良勛等[7]對廣東“龍舟水”的成因分析中提到城市化建設(shè)可使得徑流峰出現(xiàn)時間提前1～2 h,洪峰流量增大近一倍,徑流系數(shù)增大30%,這些因素都在很大程度上加速了內(nèi)澇災(zāi)害的形成。

圖2 城市化對水文過程的影響[2]

1.1.4 城市化水文效應(yīng)影響內(nèi)澇的典型案例

以廣州市天河區(qū)獵德涌為例,在20世紀80年代初,流域人口為7.1萬人,河涌兩岸基本為農(nóng)田,隨著城市化建設(shè)的發(fā)展,到2009年河涌兩岸已基本被建成區(qū)所覆蓋,流域人口達54.93萬人。與1995年編制的防洪排澇規(guī)劃相比獵德涌流域調(diào)蓄容量由83萬m3減為8萬m3,20年一遇洪水量從103 m3/s增大到157 m3/s,可見防洪與排澇壓力之大。然而,除了原有調(diào)蓄空間被侵占以外,城市建設(shè)的過度開發(fā)還影響了原有河道的過水斷面。由于獵德涌部分河段河道斷面被侵占,使得河道的寬度變化顯著,尤其在黃埔大道至天河路之間,河道寬度突然縮窄了近20 m左右。天河路橋涵過水斷面寬度僅13.6 m,而橋下游過水斷面寬度為19.1 m,這就使得原有的過水橋涵反而成為阻水因素[8]。另一方面,1995年編制的排澇規(guī)劃已計劃在珠江公園建設(shè)獵德涌分洪道,但由于建設(shè)用地等原因,一直無法實施[9],導致獵德涌流域暴雨后容易出現(xiàn)內(nèi)澇。原有河涌流域調(diào)蓄容量持續(xù)降低、河道斷面不斷被侵占、規(guī)劃的防洪排澇設(shè)施又難以實施,這些均是廣州市內(nèi)澇治理工作面臨的重大問題。

1.2 現(xiàn)有排水設(shè)施建設(shè)滯后于城市規(guī)模擴張是造成內(nèi)澇頻發(fā)的重要因素

城市排水管網(wǎng)的設(shè)計是以規(guī)劃人口為依據(jù),配合道路建設(shè)同步實施。初期排水管網(wǎng)還能滿足排水需求,但隨著城市化的進一步發(fā)展,城市排水設(shè)施的建設(shè)跟不上城市建設(shè)和人口增長的發(fā)展速度,現(xiàn)狀排水管網(wǎng)無法滿足急劇膨脹的排水需求。以獵德涌為例,獵德涌兩岸已于2007年3月完成了全線截留式合流管建設(shè),但由于當時的合流管網(wǎng)管徑是參照前期規(guī)劃、以規(guī)劃人口規(guī)模為依據(jù)設(shè)計的,隨著獵德涌沿線建成區(qū)不斷發(fā)展,流域現(xiàn)狀已脫離規(guī)劃建設(shè),實際人口數(shù)量遠超當時的規(guī)劃人口,污水量也遠遠超出預(yù)期值,同時城市化的快速發(fā)展使得雨水徑流量大幅度提高,在現(xiàn)有管道截流倍數(shù)n=1.0的條件下,沿線合流管最大過流能力已遠遠低于雨季收集目標,導致崗頂街段成為暴雨內(nèi)澇頻繁發(fā)生區(qū)[10]。這種“先埋管,再開發(fā)”的建設(shè)理念,既造成了投資的浪費,又不能有效解決問題。早期,在城市天然調(diào)蓄體系的配合下,大部分管渠的設(shè)計標準普遍偏低,隨著城市規(guī)模的不斷擴大,城市天然調(diào)蓄能力持續(xù)下降,現(xiàn)階段的排水標準已不能滿足城市排水需要。在對廣州市中心城區(qū)內(nèi)澇成因的摸查中發(fā)現(xiàn),48%以上的內(nèi)澇點是由于排水管網(wǎng)缺乏或標準偏低造成的[11]。目前,約83%的現(xiàn)狀管渠僅滿足1 a的暴雨重現(xiàn)期,滿足2 a重現(xiàn)期的管渠占9%,其余管道均低于1 a的重現(xiàn)期[12]。在現(xiàn)有的排水標準下,一旦發(fā)生強降雨,排水管網(wǎng)往往由于過流能力不足而造成城市內(nèi)澇。除此之外,部分城建區(qū)地勢低洼,路面雨水口數(shù)量不足、布置形式不合理等問題,也使得在暴雨期間出現(xiàn)地面積水無法迅速排出引發(fā)區(qū)域內(nèi)澇；部分截留式合流管設(shè)計時標高設(shè)置不合理,使得暴雨來襲時,排水管內(nèi)水位被抬高,減緩了雨水入涌速度,對兩岸排水造成頂托,使得雨水無法及時入涌造成局部內(nèi)澇。

1.3 排水系統(tǒng)維護和管理力度不足是造成內(nèi)澇頻發(fā)的影響性因素

目前城市排水設(shè)施管理參差不齊,排水系統(tǒng)的養(yǎng)護普遍存在著資金投入不足,周期長、設(shè)備落后、機械化程度低、維護管理力度不夠等問題,導致管道淤積、雨水篦堵塞等現(xiàn)象也屢見不鮮。廣州市中心城區(qū)內(nèi)澇點成因摸發(fā)現(xiàn),除了現(xiàn)狀排水管網(wǎng)標準偏低之外,15%左右的內(nèi)澇點是由于管網(wǎng)堵塞引起的；由于不文明施工造成的內(nèi)澇點也達到7%[11]。另外,市民亂扔設(shè)置傾倒垃圾,造成排水口堵塞導致排水管網(wǎng)負荷過重,同樣會造成城市內(nèi)澇[13]。針對這些人為因素造成的城市內(nèi)澇,更需要加強市民道德修養(yǎng)甚至采取法律強制性措施來維護排水管網(wǎng)的正常運行。

目前對現(xiàn)狀排水系統(tǒng),雖然采用了GIS管理模式,設(shè)置專門的養(yǎng)護單位,投入一定的資金進行維護,但是城市排水系統(tǒng)中普遍存在的 “重建設(shè)、輕管理”現(xiàn)象也嚴重影響了管養(yǎng)單位人員的積極性。按目前的價格計算,廣州市每年需要用于管道養(yǎng)護的經(jīng)費約5億元,而實際的投入資金僅1億多元。投入的養(yǎng)護經(jīng)費有限,使得排水系統(tǒng)的清疏頻率、養(yǎng)護力度遠遠不夠。另外,像老城區(qū)、城中村管道建設(shè)年代久遠,存在眾多無人知、無檔案、無資料的管網(wǎng),這些管道錯接亂排現(xiàn)象普遍,也給排水系統(tǒng)的管理上增加了一定的難度。

2 解決廣州城市內(nèi)澇對策研究

目前全球正處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展期,由此引發(fā)的城市水問題愈發(fā)突出。即使是廣州這樣的大都市,城市化仍然遠沒有結(jié)束。而城市化水文效應(yīng)的影響是造成城市內(nèi)澇頻發(fā)的關(guān)鍵性因素,因此解決城市內(nèi)澇的對策研究應(yīng)充分考慮城市化水文效應(yīng)的影響,關(guān)鍵在觀念的改變。

2.1 改變傳統(tǒng)的單一排水觀念

傳統(tǒng)的排水理念主要依靠管渠、泵站等“灰色”設(shè)施來排水,以“快速排除”和“末端集中”控制為主要規(guī)劃設(shè)計理念。然而隨著城市化進程的加快,單一的雨水排放思想顯然已不適應(yīng)城市發(fā)展的需求。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》[14],今后城市建設(shè)要強調(diào)優(yōu)先利用植草溝、雨水花園、下沉式綠地等“綠色”措施來組織排水,以“慢排緩釋”和“源頭分散”控制為主要規(guī)劃設(shè)計理念。也就是說今后在城市的總體規(guī)劃、各分區(qū)布局都要充分考慮生態(tài)需求,樹立綠色排水理念。對于新建區(qū)應(yīng)推行低影響開發(fā)理念,將年徑流總量控制率作為區(qū)域開發(fā)的控制指標,通過自然途徑和人工措施相結(jié)合,有效緩解城市內(nèi)澇的壓力；對于現(xiàn)狀建成區(qū)應(yīng)在全面調(diào)查分析內(nèi)澇原因的基礎(chǔ)上,統(tǒng)籌考慮在建項目、擬建項目與現(xiàn)有排水設(shè)施改造工程的關(guān)系,兼顧與河涌水系整治的銜接,提出基于生態(tài)理念的綜合整治工程。

與海綿城市建設(shè)相適應(yīng),《廣東省實施<中華人民共和國水法>辦法》、《廣州市排水管理辦法實施細則》相繼提出新建、改建、擴建的建設(shè)項目應(yīng)根據(jù)要求,采取滲透路面、下凹式綠地、屋頂綠化、地表徑流控制及雨水綜合利用等措施,使建設(shè)后的地表徑流量不超過建設(shè)前的地表徑流量?！稄V州市建設(shè)項目雨水徑流控制辦法》進一步明確了建設(shè)項目建設(shè)前、后雨水徑流量的計算方式、應(yīng)當采取的具體雨水徑流控制措施及應(yīng)符合的要求與條件。

2.2 改變“重建輕管”的習慣思維

針對城市化建設(shè)帶來的內(nèi)澇問題,廣州市近幾年出臺了一系列相關(guān)法規(guī)：2007年6月頒發(fā)廣州地方規(guī)范《屋頂綠化技術(shù)規(guī)范》,2010年1月頒發(fā)《廣州市排水管理辦法》,2013年1月印發(fā)的《廣州市排水管理辦法實施細則》,2014年頒發(fā)《廣州市建設(shè)項目雨水徑流控制辦法》等,明確要求在城市建設(shè)過程中應(yīng)嚴格控制地表徑流量,并給出了減少地表徑流量的具體措施,但在實際建設(shè)中卻很少得到落實,個別區(qū)縣水務(wù)部門工作人員甚至不知道這些法規(guī),使得制定好的規(guī)范制度成為擺設(shè)。因此內(nèi)澇防治的關(guān)鍵在于落實這些政策法規(guī),做到有法必依,執(zhí)法必嚴。

其次應(yīng)當加強排水設(shè)施的日常維護工作。一方面,應(yīng)當合理規(guī)劃城市排澇建設(shè)資金,增加管道清淤養(yǎng)護等非工程措施的資金投入。應(yīng)當對建成區(qū)的管網(wǎng)進行整治,理順城市管網(wǎng)系統(tǒng),對由于淤堵導致排水不暢的管段,開展排水管網(wǎng)排查、清疏、修復(fù),通過增設(shè)雨水篦、設(shè)閘、加設(shè)泵井抽排等措施,提高城市的排水能力。另一方面對于那些侵占河道、騎壓河涌、偷排施工泥漿、水土流失等一系列違章違法行為,應(yīng)當增大執(zhí)法部門的執(zhí)法力度,依法給予取締。

2.3 改變城市內(nèi)澇防治的責任主體

城市內(nèi)澇防治是一項龐大的系統(tǒng)工程,除了城市排水管網(wǎng)的完善外,還涉及到城市建設(shè)多個方面,包括建筑、小區(qū)、城市道路、城市綠地、城市水系等多個內(nèi)容。因此,城市內(nèi)澇的治理不應(yīng)該僅是水務(wù)部門的責任,它還牽涉到規(guī)劃、國土、氣象、交通、城市建設(shè)等眾多部門,在具體實施時需與城市建設(shè)、國土、規(guī)劃、建筑設(shè)計、環(huán)保和園林等許多部門通力合作[15]。另一方面,還應(yīng)該完善排水管理模式,目前的多頭管理模式往往會出現(xiàn)相互溝通不順,協(xié)調(diào)困難等問題。城市暴雨的預(yù)見期較短,城市的排水預(yù)案、應(yīng)急調(diào)度方面往往跟不上實際情況,在暴雨來臨時需要協(xié)調(diào)多個管理部門,由于管理理念,技術(shù)手段的特點,對問題發(fā)生的處理流程不一致,可能會出現(xiàn)協(xié)調(diào)不暢,導致城市內(nèi)澇的發(fā)生[16]。

針對這些問題,首先應(yīng)該由城市人民政府牽頭,負責統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理各職責部門的工作；各行政部門實現(xiàn)聯(lián)動,做到內(nèi)澇治理的精細化、系統(tǒng)化管理?！逗＞d城市建設(shè)技術(shù)指南》中就明確提出：城市人民政府應(yīng)作為低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建的責任主體,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)規(guī)劃、國土、排水、道路、交通、原理、水文等職能部門,在各相關(guān)規(guī)劃編制過程中落實低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容。

3 結(jié)語

通過對廣州城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的原因分析,認為：城市化水文效應(yīng)的影響是造成城市內(nèi)澇頻發(fā)的關(guān)鍵性因素；現(xiàn)有排水設(shè)施建設(shè)滯后于城市規(guī)模擴張是造成內(nèi)澇頻發(fā)的重要因素；而排水系統(tǒng)維護和管理力度不足是造成內(nèi)澇頻發(fā)的影響性因素。因此解決城市內(nèi)澇的對策研究應(yīng)充分考慮城市化水文效應(yīng)的影響,關(guān)鍵是觀念的改變。首先應(yīng)改變傳統(tǒng)的單一排水觀念,以“慢排緩釋”和“源頭分散”代替?zhèn)鹘y(tǒng)“快速排除”和“末端集中”排水觀念；其次應(yīng)改變“重建輕管”的習慣,樹立依法治水,重視法規(guī)標準和制度建設(shè)及落實,加強排水設(shè)施的日常維護工作。最后,應(yīng)改變城市內(nèi)澇防治的責任主體,城市內(nèi)澇防治是一項龐大的系統(tǒng)工程,政府某一職能部門無法勝任,應(yīng)該由城市人民政府作為責任主體,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各職能部門開展城市內(nèi)澇防治工作。

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(本文責任編輯 馬克俊)

Analysis and Countermeasure of Urban Waterlogging in Guangzhou City

WAN Yu， HUANG Yuewen， PENG Xiaochun

(Guangzhou Water Engineering Construction Management Center, Guangzhou 510640, China)

The outbreak of urban waterlogging in Guangzhou is largely due to the hydrological effects of urbanization, the lag construction of existing drainage facilities and the inadequate maintenance and management of drainage system. The critical factor that caused frequent waterlogging in Guangzhou is the hydrological effects of urbanization process, and low standard, lag construction and inadequate maintenance and management of existing drainage facilities further accelerate the occurrence of water logging. Therefore, the countermeasures to solve urban waterlogging in Guangzhou should be fully considered the impact of hydrological effects of urbanization, changing the concept of the existing flood control, and establishing a green drainage concept, changing the habit of thinking about “more efforts on construction and less on management”, making sure of the main responsibility about urban waterlogging prevention, and improving drainage management.

urban water logging; hydrological effects of urbanization; sponge city; urban drainage; countermeasures

2016-01-21;

2016-04-07

萬榆(1990),女,碩士,助理工程師,從事給水排水工程及環(huán)境工程工作。

TU992

A

1008-0112(2016)03-0027-05