操海璐

（江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 341000）

2021 年7 月份，河南發(fā)生歷史罕見的洪澇災(zāi)害。河南省人民政府新聞辦公室8 月2 日下午舉行的新聞發(fā)布會(huì)通報(bào)，此次特大洪澇災(zāi)害已致302 人遇難，50 人失蹤；全省共有150 個(gè)縣（市、區(qū)）、1663 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、1453.16 萬(wàn)人受災(zāi)；全省組織緊急避險(xiǎn)93.38 萬(wàn)人，轉(zhuǎn)移安置最高峰值147.08 萬(wàn)人；倒塌房屋30616 戶、89001 間；農(nóng)作物受災(zāi)面積1635.6 萬(wàn)畝，成災(zāi)面積872.3 萬(wàn)畝，絕收面積380.2萬(wàn)畝；直接經(jīng)濟(jì)損失約1337.15 億元。在重災(zāi)區(qū)鄭州市，截至8 月1 日18 時(shí)，全市共遇難292 人，失蹤47 人[1]。這一歷史罕見的洪澇災(zāi)害引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注，筆者查閱了水利部發(fā)布的《中國(guó)水旱災(zāi)害防御公報(bào)》，2009-2019年全國(guó)因洪澇受災(zāi)人口年平均為10167.91 萬(wàn)人，因洪澇死亡人口年平均為772 人，因洪澇直接經(jīng)濟(jì)損失占當(dāng)年GDP 的0.39%。這一個(gè)個(gè)數(shù)字的背后無(wú)不給城市防洪規(guī)劃敲響了警鐘。國(guó)家相繼出臺(tái)了《城鎮(zhèn)排水與污水處理?xiàng)l例》（國(guó)務(wù)院令641 號(hào)），頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（2014 修訂），水利部也發(fā)布了《城市防洪規(guī)劃編制大綱》（修訂稿）。各地的城市排水規(guī)劃、防洪規(guī)劃通常經(jīng)過(guò)層層審批、專家論證，為什么還會(huì)出現(xiàn)如此嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害和城市內(nèi)澇，值得我們研究。

在位于江西南部的贛州市章貢區(qū)，一江之隔的新舊城區(qū)出現(xiàn)了兩重天的不同局面，章江南岸的章江新城區(qū)經(jīng)常內(nèi)澇，而章江北岸的河套老城區(qū)卻有“千年不澇”之美譽(yù)。這引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。

本文試圖采用GIS 技術(shù)將贛州老城區(qū)排水系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化重現(xiàn)。在對(duì)贛州老城區(qū)排水系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化重建的基礎(chǔ)上，對(duì)排水系統(tǒng)的防澇評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析研究，并與章江新城區(qū)的雨水系統(tǒng)規(guī)劃進(jìn)行分析比較，以指導(dǎo)章江新城區(qū)城市雨水防澇綜合規(guī)劃的修編。

1 贛州老城區(qū)排水系統(tǒng)——福壽溝的特點(diǎn)及其數(shù)字化重現(xiàn)

1.1 福壽溝概況

贛州市位于江西省南部。贛州市章貢區(qū)的河套老城區(qū)三面環(huán)水，章江、貢江兩條江繞城而過(guò)，在老城區(qū)的城北匯聚成贛江。贛州自西漢建城至宋的幾百年間屢遭洪澇侵襲。直到北宋熙寧年間（公元1068-1077 年），曾任北宋都水丞的劉彝出任贛州（宋稱虔州）知州，規(guī)劃并修建了城區(qū)36 條街道72 條小巷，同時(shí)根據(jù)老城區(qū)的地形特點(diǎn)，將老城區(qū)分為12 個(gè)集水排水區(qū)域，規(guī)劃建成了2 條主排水溝，才使贛州老城區(qū)免遭水患，至今已有近千年沒(méi)有發(fā)生過(guò)內(nèi)澇，素有“千年不澇”之美譽(yù)。因?yàn)槟媳毕虻闹髋潘疁闲嗡谱w的“福”字，東西向的主排水溝形似篆體的“壽”字，民間將其稱為福壽溝[2]。福壽溝建成后，歷代水利專家學(xué)者都將其奉為城市排水系統(tǒng)的典范。

1.2 福壽溝的特點(diǎn)

1.2.1 結(jié)合地形、分區(qū)排放

“壽溝受城北之水，東南之水由福溝而出”，福溝自老城區(qū)的南門開始向北至八境路，壽溝自新贛南路至西門。福壽溝兩大主溝完成后，又陸續(xù)修建了大量的支溝，將老城區(qū)2.7 平方公里分成四個(gè)集水區(qū)，形成贛州城內(nèi)“縱橫行曲，條貫井然”，主次分明、排蓄結(jié)合的排水網(wǎng)絡(luò)。

1.2.2 利用高差、自然排放

福壽溝的規(guī)劃設(shè)計(jì)充分尊重自然，根據(jù)地形的天然高差自然排放，順著溝渠從12 個(gè)出水口自然排放到章江、貢江河道，由于高差大，較少發(fā)生淤堵現(xiàn)象。

1.2.3 選材合理且斷面大

排水溝渠的斷面為矩形，選用磚石溝墻、條石蓋板的結(jié)構(gòu)形式，在溝渠建造時(shí)還專門開辟了存放空間，存放了不少原有的磚石材料，以備后期的維修，為溝渠的后期維修提供了便利的條件。當(dāng)年排水溝渠規(guī)劃設(shè)計(jì)的斷面尺寸很大，在現(xiàn)存的溝渠中，最大的寬1.0m，深1.6m；最小的寬、深各0.6m。

1.2.4 排水系統(tǒng)完善

贛州老城區(qū)宋代排水系統(tǒng)由福壽溝、蓄水池、城墻、壕溝、水窗五部分組成，構(gòu)建起了蓄排結(jié)合的完善排水系統(tǒng)。

福壽溝與城內(nèi)的幾十口池塘連通起來(lái)，組成了排水網(wǎng)絡(luò)中容量很大的蓄水庫(kù)，以調(diào)節(jié)暴雨流量，減少下水道溢流。一旦雨量大增，福壽溝里的水暴漲，溝里的水流入水塘進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了防止在雨季章、貢二江的江水上漲超過(guò)出水口，從而出現(xiàn)倒灌入城的情況，人們高筑城墻，還在出水口處建造了水窗12 個(gè)，“視水消漲而后閉之，水患頓息”。水窗設(shè)置在出水口處，坡度很陡，水進(jìn)入水窗后會(huì)形成強(qiáng)大的水流沖開閘門排入江中，并且?guī)ё吣嗌骋约捌渌s物。水窗的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了古人的智慧，完全達(dá)到了自動(dòng)化啟閉的效果，至今尚在運(yùn)行。其原理是，每當(dāng)江水水位低于水窗時(shí)，即借溝道的水力將水窗沖開閘門進(jìn)行排水；相反，當(dāng)江水水位高于水窗時(shí)，則借江水之力將水窗關(guān)閉，城內(nèi)的水順著福壽溝流向幾十口池塘，防止內(nèi)澇。這一完善的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了古人尊重自然、順應(yīng)自然、與水不爭(zhēng)的哲學(xué)思想。

1.3 福壽溝的數(shù)字化重現(xiàn)

本文用Mapgis 平臺(tái)，根據(jù)清同治年間的贛州市城區(qū)圖及福壽溝圖，根據(jù)其記載的福壽溝狀況結(jié)合實(shí)地調(diào)研情況，繪制了贛州市福壽溝數(shù)字圖，詳見圖1。

圖1 福壽溝數(shù)字化圖

在數(shù)字化復(fù)原的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)了贛州市老城區(qū)宋代排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：集水面積：2.7 平方公里；主溝長(zhǎng)12.78km，排水溝平均斷面積1.4m2；次溝長(zhǎng)44.56km，平均斷面積0.032m2；用于調(diào)蓄水的池塘79 口，容量11.06 萬(wàn)m3；城墻8.126km；壕溝（護(hù)城河）3.78km，平均斷面積18.67m2；排水口（水窗）12 個(gè)。

2 贛州市老城區(qū)宋代排水系統(tǒng)及章江新城區(qū)雨水系統(tǒng)防澇性評(píng)價(jià)

2.1 指標(biāo)的構(gòu)建

根據(jù)Cutter 提出的VPM（vulnerability of place model）模型理論，其評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括物理性指標(biāo)和社會(huì)性指標(biāo)，本文主要是分析宋代排水構(gòu)筑物對(duì)現(xiàn)代排水系統(tǒng)規(guī)劃的借鑒意義，所以重點(diǎn)關(guān)注其物理性指標(biāo)。龍浩等構(gòu)建了城市雨水系統(tǒng)安全性評(píng)價(jià)模型[3]，本文在其安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上根據(jù)贛州市老城區(qū)宋代排水系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建了下列9 個(gè)指標(biāo)作為排水系統(tǒng)防澇強(qiáng)度的評(píng)價(jià)指標(biāo)：（1）雨水口相對(duì)高差（ha）；（2）篦子間距（qa）；（3）管徑大?。╠a）；（4）單位集水面積管道容量（ra）；（5）管道坡度（ia）；（6）單位集水面積構(gòu)筑物調(diào)蓄容量（ga）；（7）出水口設(shè)置（Oa）；（8）徑流系數(shù)（αa）；（9）應(yīng)急設(shè)施（ja）。

2.2 確定指標(biāo)權(quán)重

由于各個(gè)指標(biāo)在排水系統(tǒng)中的防澇性作用不同，在進(jìn)行評(píng)價(jià)前，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重測(cè)定。本研究采用層次分析法（AHP）測(cè)定了各指標(biāo)的權(quán)重（w），見表1。

表1 排水系統(tǒng)防澇性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

2.3 防澇性評(píng)價(jià)模型

用德爾菲法（Delphi method）或直接計(jì)算法對(duì)上述防澇性評(píng)價(jià)指標(biāo)在排水系統(tǒng)中的表征值進(jìn)行賦值，結(jié)合權(quán)重值，構(gòu)建排水系統(tǒng)防澇性評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型：

式中V 表示防澇強(qiáng)度。

2.4 防澇強(qiáng)度的判定

鑒于對(duì)城市排水系統(tǒng)影響最直接的指標(biāo)是設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P，本研究以重現(xiàn)期P 和防澇強(qiáng)度V 為基礎(chǔ)性指標(biāo)，以積水深度和積水時(shí)間為表觀性指標(biāo)，結(jié)合近年來(lái)我國(guó)城市內(nèi)澇特點(diǎn)，制定城市雨水防澇性等級(jí)評(píng)價(jià)表，見表2。表2 中，根據(jù)計(jì)算出的P 值，可以得出不同降雨強(qiáng)度情況下，排水系統(tǒng)可能形成的積水深度和積水時(shí)間，并得出排水系統(tǒng)的防澇強(qiáng)度評(píng)價(jià)等級(jí)。

表2 城市排水系統(tǒng)防澇性評(píng)價(jià)

2.5 防澇性評(píng)價(jià)

根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型，可以計(jì)算贛州市老城區(qū)宋代排水系統(tǒng)及章江新城區(qū)排水系統(tǒng)各指標(biāo)要素的表征值及防澇強(qiáng)度，見表3。

表3 贛州市老城區(qū)宋代排水系統(tǒng)及章江新城區(qū)雨水系統(tǒng)防澇強(qiáng)度

經(jīng)綜合評(píng)價(jià)，贛州市老城區(qū)宋代排水系統(tǒng)的防澇強(qiáng)度為0.926，章江新城區(qū)排水系統(tǒng)的防澇強(qiáng)度為0.479。贛州市老城區(qū)宋代排水系統(tǒng)的系統(tǒng)性能“很好”，防澇強(qiáng)度“很高”；而章江新城區(qū)排水系統(tǒng)的系統(tǒng)性能“差”，防澇強(qiáng)度“低”。由此詮釋了贛州市老城區(qū)“千年不澇”之謎，而一江之隔的章江新區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)澇的現(xiàn)象。

3 新城區(qū)城市排水系統(tǒng)規(guī)劃修編的建議

為提高新城區(qū)排水系統(tǒng)的防澇強(qiáng)度，建議從下列幾個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有排水系統(tǒng)規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 提高重現(xiàn)期

目前，章江新城區(qū)排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為1 年，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)顯然太低了，1 年的重現(xiàn)期幾乎是“不設(shè)防”。建議將重現(xiàn)期提高到20 年，重新計(jì)算管網(wǎng)密度和管網(wǎng)斷面，對(duì)現(xiàn)有規(guī)劃進(jìn)行大的修編。

3.2 合理使用管道材料

管道材料的合理選取，能夠保證城市排水系統(tǒng)可持續(xù)運(yùn)行?，F(xiàn)在大部分城市的排水管網(wǎng)幾乎都采用鋼筋混凝土預(yù)制管涵，鋼筋混凝土預(yù)制管涵較易腐蝕，耐用年限和經(jīng)濟(jì)壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于磚石結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土預(yù)制管涵只能更換不能維修，經(jīng)常出現(xiàn)“爆管”的現(xiàn)象。建議新城區(qū)的排水溝渠管網(wǎng)全部采用磚石結(jié)構(gòu)，雖然造價(jià)相對(duì)較高，但可保長(zhǎng)治久安。

3.3 合理確定斷面形式

目前，贛州市章江新城區(qū)排水主管的管徑為1000mm，支管的管徑為150-400mm，管徑太小不利于雨水的收集排放，建議改為磚石結(jié)構(gòu)的矩形斷面形式，并加大斷面面積。

3.4 合理使用鋪裝材料

贛州市章江新城區(qū)在建設(shè)過(guò)程中，大量用混凝土結(jié)構(gòu)覆蓋地面，導(dǎo)致地面透水率降低，加大了城市的雨水徑流系數(shù)，使得城市排水系統(tǒng)的壓力加大。建議根據(jù)海綿城市的要求合理使用道路鋪裝材料，在人行道、非機(jī)動(dòng)車道、城市廣場(chǎng)等低負(fù)荷地面用透水率大、徑流系數(shù)小的材料鋪裝或進(jìn)行綠化。

3.5 根據(jù)地形分區(qū)規(guī)劃

章江新城區(qū)面積18.33 平方公里，共設(shè)置了6 個(gè)分水區(qū)，而老城區(qū)只有2.7 平方公里，設(shè)置了4 個(gè)分水區(qū)，章江新城區(qū)的分水區(qū)顯然偏少。所以，章江新城區(qū)排水系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)根據(jù)地形情況增加集水排水分區(qū)。

3.6 增加出水口

章江新城區(qū)的集水面積達(dá)18.33 平方公里，僅設(shè)置4個(gè)出水口，而老城區(qū)只有2.7 平方公里，卻建有12 個(gè)出水口，有必要增加新區(qū)的出水口，以減低現(xiàn)有出水口的排放強(qiáng)度。

3.7 加強(qiáng)蓄排結(jié)合

老城區(qū)宋代福壽溝能做到洪水不澇，其城內(nèi)大小79口池塘起到了蓄排結(jié)合的作用。章江新城區(qū)雖然建設(shè)了一個(gè)湖區(qū)面積600 余畝的中央生態(tài)公園，但大部分排水溝渠沒(méi)有與其連通，而且容量有限，對(duì)洪水的調(diào)蓄能力不足。參照福壽溝的設(shè)計(jì)理念，建議在每個(gè)集水排水分區(qū)增加用于調(diào)蓄的池塘，而且接入排水管網(wǎng)，重現(xiàn)福壽溝蓄排結(jié)合的生態(tài)系統(tǒng)。