胡紅亮，譚 覺

（1.湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程學(xué)院，湖南 長沙 410199；2.長沙市城區(qū)排水事務(wù)中心，湖南 長沙 410023）

1 研究區(qū)概況

長沙市是典型的山前平原型城市，降雨豐沛，且主要集中在汛期。區(qū)內(nèi)水系發(fā)達，外部來水豐富。境內(nèi)河流水系大多屬湘江流域，少數(shù)外流河屬南洞庭湖水系。長沙航電工程位于長沙城區(qū)下游的湘江干流，于2012年10月開始下閘蓄水，蓄水水位達26 m，正常蓄水位29.70 m。從防洪排澇角度，長沙市承擔(dān)了“區(qū)內(nèi)降水、外部來水”的雙重壓力。

長沙中心城區(qū)內(nèi)水域總面積21.85 km2，總調(diào)蓄能力約11萬m3，主要為河流、湖泊、水庫、撇洪渠、防洪垸和濕地。

2 極端氣候水文條件識別

暴雨是湖南最主要的災(zāi)害性天氣之一，也是洪澇災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害和城市內(nèi)澇的主要誘因。湖南處于季風(fēng)影響區(qū)，主汛期暴雨過程頻繁，而極端降雨、持續(xù)強降雨則多出現(xiàn)在6—7 月，致災(zāi)性尤為嚴重。

根據(jù)《極端降水監(jiān)測指標》，極端降水是指統(tǒng)計降水量達到極端狀況的臨界值的降水量，采用第95百分位作為極端閾值。

湖南省2013 年頒布地方標準《湖南極端降水事件監(jiān)測方法與判別指標》，利用百分位法選取長期降水序列高于90%的百分位值作為閾值，當指標值達到或超過對應(yīng)閾值時，認為該值是極端值，所表征的事件為極端事件。湖南省極端強降雨閾值為32.80 mm/d，自1991-2011年連續(xù)20 a湖南全省極端強降雨的平均強度高于多年平均值，且2017、2019、2020 年連續(xù)出現(xiàn)極端降雨事件。以長沙（三）站實測降雨數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2015 年以來，長沙市主城區(qū)統(tǒng)計極端暴雨場次及最大日降水量統(tǒng)計見表1和圖1。

圖1 長沙（三）站極端降水統(tǒng)計及變化趨勢圖

表1 長沙（三）站極端降水統(tǒng)計情況表

從近7年極端降水事件統(tǒng)計結(jié)果看，長沙市城區(qū)極端降水事件呈增多趨勢，且極端降水量超極端閾值大。以2017 年極端降雨為例，2017年6月22日8時至7月2日8時，湖南省大部分地區(qū)發(fā)生持續(xù)性強降雨過程（簡稱“7·2暴雨”），暴雨過程持續(xù)時間長達11 d，影響范圍、降水強度、累計雨量均為歷史罕見，導(dǎo)致城市內(nèi)澇與流域性大洪水。7月3日0時12分，湘江長沙站水位達39.51 m，超歷史最高水位0.33 m。

3 內(nèi)澇防治問題及成因分析

3.1 “7·2”內(nèi)澇問題統(tǒng)計

2017年內(nèi)澇災(zāi)情中，長沙市五區(qū)出現(xiàn)了洪災(zāi)內(nèi)澇點58處，其中涉及芙蓉區(qū)（7處）、天心區(qū)（12處）、岳麓區(qū)（20處）、開福區(qū)（9處）、雨花區(qū)（10處）。各區(qū)域具體災(zāi)情統(tǒng)計情況如下。

在2017年7.2暴雨事件中，長沙市主城區(qū)全面統(tǒng)計出58處內(nèi)澇點，其中僅2017 年極端暴雨條件下發(fā)生內(nèi)澇的位置有19處，其余39 處為易澇點；內(nèi)澇集中分布在地勢低洼的道路區(qū)域，僅5處為地勢低洼的居民小區(qū)或者建筑區(qū)域。極端暴雨條件下長沙市災(zāi)情數(shù)量統(tǒng)計見圖2。

圖2 2017年“7·2暴雨”內(nèi)澇災(zāi)情統(tǒng)計圖

根據(jù)各個災(zāi)情點原因統(tǒng)計，所有的內(nèi)澇點均地勢低洼，50%的內(nèi)澇點存在管網(wǎng)或者排水系統(tǒng)設(shè)計標準偏低；24%的內(nèi)澇點存在排澇設(shè)施管理維護不足問題，主要表現(xiàn)為管道淤積；22%的內(nèi)澇為臨河的地勢低洼點，由現(xiàn)有的泵站排漬能力不足產(chǎn)生，另有7%的內(nèi)澇點由于外河雍水或者倒灌引起，且該部分點內(nèi)澇嚴重。發(fā)生0.50 m 及以上積水的點有15 處，占比約26%，主要發(fā)生在外河雍水處。此外，由于市區(qū)大部分區(qū)域仍采用的雨污合流制管網(wǎng)，在發(fā)生暴雨時加大了排水流量，加劇了排澇壓力。7.2暴雨中內(nèi)澇災(zāi)情成因統(tǒng)計分析見圖3。

圖3 2017年7.2暴雨內(nèi)澇災(zāi)情成因分析圖

3.2 內(nèi)澇問題與防治典型案例分析

在“7·2暴雨”中，道路區(qū)是內(nèi)澇數(shù)量最多的部位，其中雨花區(qū)花侯路橋下涵洞積水最為嚴重，大雨時積水深度達0.60 m。該區(qū)位于武廣新城區(qū)，是新城的典型代表區(qū)域。2017年以前，該區(qū)域排水設(shè)施布置見圖4。經(jīng)分析，該次嚴重積水的原因如下。

圖4 2017年排水設(shè)施布置圖

①京珠高速輔道的排水管涵正在實施，但其高排管暫未按規(guī)劃修建到位，造成京珠高速區(qū)域的高排雨水進入香樟路、支12路與支13路，造成香樟路、支12號路、13號路積水。②香樟路、支12號路與13號路雨水管道設(shè)計采用老暴雨公示，設(shè)計標準偏低。③香樟路花侯路橋下泵站、平陽路橋下泵站有大量客水涌入，高于其最大排水容量，同時泵站存在開啟不及時的問題；且香樟路下穿部分未按設(shè)計設(shè)置截水溝，導(dǎo)致大量高水進入下穿部分。④李家山泵站設(shè)備尚未安裝到位（規(guī)劃8 臺，現(xiàn)狀僅6 臺），現(xiàn)有排漬能力低于設(shè)計。⑤片區(qū)高鐵雨水存在散排、亂排現(xiàn)象，東北角雨水接入香樟路污水系統(tǒng)，導(dǎo)致暴雨期間污水外冒，高鐵段雨水攜帶泥沙進水管網(wǎng)，造成堵塞。

2017年內(nèi)澇事件后，進行了如下改造，改造方案設(shè)計見圖5，主要措施有：一是按規(guī)劃采用長沙新暴雨強度公式核算，進行片區(qū)排水提標，優(yōu)化了11 段管道管徑。二是香樟路下穿部分起終點位置按原設(shè)計設(shè)置截水溝，對泵站自動化控制系統(tǒng)進行維護檢修。三是完善京珠高速路段高低排系統(tǒng)建設(shè)，避免高水進水低排系統(tǒng)。四是李家山泵站按規(guī)劃設(shè)計裝機容量建設(shè)。五是對高鐵雨水有規(guī)律截流，邊溝排水接入雨水系統(tǒng)，避免排水亂排、散排，對淤堵管段清淤。六是引入信息化平臺，設(shè)置內(nèi)澇監(jiān)控設(shè)施。經(jīng)排水改造完善后，在此后2019年、2020年及2021年極端暴雨事件中，該易澇點積水深度最大為0.20 m，積水深度明顯降低，但遇極端暴雨時積水仍無法避免。因此，從內(nèi)澇建設(shè)與管理角度，排水設(shè)施建設(shè)標準提高不是內(nèi)澇管理的唯一出路。

圖5 改造方案布置圖

3.3 內(nèi)澇成因分析

氣象水文條件變化，表現(xiàn)為極端天氣頻發(fā)，外河排水條件變化。極端暴雨趨于頻繁，城市“熱島效應(yīng)”和“混獨島效應(yīng)”共同加劇了城市“雨島效應(yīng)”，使得高度城市化區(qū)域更易成為暴雨的中心，增加了內(nèi)澇風(fēng)險。2003 年以來，長沙航電工程運行后，長沙城區(qū)外河排水條件發(fā)生變化，對非汛期城區(qū)排水有一定頂托影響。

城市規(guī)劃與建設(shè)造成硬質(zhì)表面增多，地表徑流峰高量大，而排水設(shè)施設(shè)計標準偏低，建設(shè)水平不均。首先，長沙雨洪同期，內(nèi)澇發(fā)生的同時外河水位高，泵站是唯一的排水出口，應(yīng)對極端暴雨時暴露出設(shè)計標準不足。第二，管網(wǎng)設(shè)計標準不能滿足極端暴雨需求。公路是主干排水管網(wǎng)所在區(qū)域，其承接的雨洪超過了排水能力，一方面反映出周邊地面硬化程度高，水系、綠化區(qū)縮減，雨水自然調(diào)蓄能力不足；另一方面現(xiàn)有的以“雨污合流”加劇了管網(wǎng)的運行壓力。此外，新老管網(wǎng)建設(shè)標準不統(tǒng)一，以前設(shè)計的一些主干管后來成為下游地區(qū)，加劇了老管道的排水壓力。

3.4 排水系統(tǒng)運維管理需優(yōu)化

隨著行政管理機構(gòu)職能的劃分，日常排水管理和應(yīng)急管理隊伍相對穩(wěn)定，權(quán)責(zé)更加明晰；主城區(qū)排水綜合管理平臺的啟用，市區(qū)的排水應(yīng)急監(jiān)測、應(yīng)急管理水平得到極大的提升。但長沙市城市排水系統(tǒng)管理分屬不同部門進行維護管理，其中城區(qū)雨污水管網(wǎng)系統(tǒng)為各級城管部門進行維護管理，而城區(qū)管網(wǎng)末端以及泵站、污水廠、涉堤涵閘、排放口、城市主截污系統(tǒng)則由水務(wù)部門進行管理。城市排水系統(tǒng)作為一個系統(tǒng)性、完整性的基礎(chǔ)設(shè)施，其運行管理是相互關(guān)聯(lián)和影響的，而管理上的分區(qū)劃分在一定程度上將造成系統(tǒng)管理維護及監(jiān)管的不協(xié)調(diào)、不統(tǒng)一。管網(wǎng)淤積、涵閘損壞等影響了排澇能力。

雨水利用措施不完善，蓄、滲能力不高。長沙城區(qū)水域及綠地比例不低，但低影響開發(fā)雨水利用規(guī)劃未全面落實，對于綠地的蓄滯空間的利用卻并不充分，主要原因是沒有結(jié)合綠地進行系統(tǒng)的蓄滯規(guī)劃，比如：街頭綠地和小片公園綠地沒有設(shè)置為低洼綠地，不能承接道路及周邊雨水；綠地中沒有進行蓄、滲管道的設(shè)計，蓄、滲能力不高。

4 內(nèi)澇防治對策

《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃》（2014-2020），要求加強防洪設(shè)施建設(shè)，完善城市排水與暴雨外洪內(nèi)澇防治體系，提高應(yīng)對極端天氣能力。需要將城市看作一個需要在各種影響和干擾下應(yīng)對問題、解決問題并恢復(fù)自身動態(tài)的具有彈性的有機體，城市系統(tǒng)是否具有彈性成了能否解決問題和化解危機的關(guān)鍵。結(jié)合長沙市內(nèi)澇產(chǎn)生主要原因，從城市彈性角度提出如下防治對策：

更新并落實低影響開發(fā)的城市建設(shè)理念。對已建城區(qū)，進行硬化區(qū)透水改造，合理利用城市綠地及水域，調(diào)整成下凹式的綠地空間，以增加雨水的積存、滲透和凈化空間。

開展雨污分流，完善排澇設(shè)施的建設(shè)、系統(tǒng)升級與有序改造。排澇設(shè)施的升級是系統(tǒng)工程，對于老城區(qū)已建排水管道管徑不夠、排水系統(tǒng)建設(shè)標準較低的問題，應(yīng)按照最新的設(shè)計規(guī)范及建設(shè)標準，系統(tǒng)規(guī)劃，進行排水設(shè)施的提標改造，新改造方案采用雨污分流方案。重視泵站排水能力保證，進行設(shè)施升級，保障安全運行。采用數(shù)值模型模擬預(yù)測獲得內(nèi)澇產(chǎn)生的降雨閾值、區(qū)域內(nèi)澇范圍、內(nèi)澇程度及對交通、生產(chǎn)生活帶來的影響等，進而得出有針對性的排澇設(shè)施改造方案。根據(jù)內(nèi)澇的嚴重程度、上下游的關(guān)系合理安排改造順序。

優(yōu)化排水設(shè)施運行日常管理與應(yīng)急管理。優(yōu)化管理主體，盡量進行歸口管理，不能統(tǒng)一管理的應(yīng)明確管理責(zé)任、優(yōu)化調(diào)度運行方案。加強排水設(shè)施的監(jiān)控與維護，對于管道堵塞、淤積或破損引起的系統(tǒng)局部澇點，應(yīng)加強排水系統(tǒng)管涵的清淤疏浚，保證排水通暢。汛期，利用已有的信息化內(nèi)澇管理平臺，加強應(yīng)急排水措施，提高局部應(yīng)急排澇能力。

開展雨水管理。優(yōu)先開展大型公共機構(gòu)、大型居住區(qū)的雨水利用與管理研究與應(yīng)用推廣，建設(shè)海綿小區(qū)、進行屋面雨水利用，減少雨季進入市政管網(wǎng)的流量，削減洪峰，實現(xiàn)雨水的就地利用。

5 結(jié)語

極端降水是導(dǎo)致現(xiàn)代城市內(nèi)澇的直接原因，采用閾值法統(tǒng)計了近7年的長沙城區(qū)極端暴雨事件頻次，結(jié)果顯示極端降水呈現(xiàn)增加趨勢。通過真實極端內(nèi)澇事件區(qū)域統(tǒng)計調(diào)查研究，明確了地勢低洼的道路和居民小區(qū)是內(nèi)澇事件的主要影響區(qū)域，且排水設(shè)施設(shè)計標準偏低、管理問題及外河排水條件影響是內(nèi)澇的主要成因。典型區(qū)域內(nèi)澇處置措施評價發(fā)現(xiàn)，極端降水頻發(fā)的條件下，排水設(shè)施建設(shè)標準提高不是內(nèi)澇管理的唯一出路。新型城鎮(zhèn)化建設(shè)背景下，從提高城市彈性角度提出了更新并落實低影響開發(fā)的城市建設(shè)理念、開展雨污分流、優(yōu)化排水設(shè)施運行日常管理與應(yīng)急管理、開展雨水管理的四大應(yīng)對策略。

研究結(jié)論為新型城鎮(zhèn)化建設(shè)背景下城市內(nèi)澇的治理提供了方向參考。下階段研究中應(yīng)基于更長系列的降雨資料和典型內(nèi)澇，進一步優(yōu)化降雨閾值，從而明確更科學(xué)的排水設(shè)計標準。