城市內澇研究與國外實踐經驗

摘要：在社會不斷的發展中，城市內澇現象十分嚴重。如果任其發展下去，將會影響到國家的發展，文章主要闡述了城市內澇的相關內容并結合國外的實踐經驗提出了可以借鑒的方面。

關鍵詞：城市內澇；實踐經驗；措施

1 概述

城市內澇是指由于強降水或連續性降水超過城市排水能力，致使城市內產生積水災害的現象。城市內澇作為一種嚴重的城市災害，近年來呈現顯著增加的態勢，給城市的生產和生活活動帶來了巨大的破壞（見圖1）。

2 城市內澇產生原因

氣候因素、地面因素、人類活動的影響是造成城市內澇災害的三大主要成因。

2.1 氣象因素

強降水或連續性降水是造成城市內澇的直接原因，而城市比農村更易遭受暴雨的襲擊。城市熱島所產生的局部熱氣流上升和城市大氣層中微粒子的增大，有利于降雨的形成；同時，城市高樓林立，下墊面粗糙度大，對移動滯緩的降雨系統有阻障效應，導致城區降雨時間的延長；以上因素會“誘導”暴雨最大強度的落點位于市區及其下風方向，形成城市雨島。由于城市的“雨島”效應，城市地區出現雷暴雨的頻率比農村地區高10%~15%。

2.2 地面因素

城市化過程將原有的草地樹木等地表植被破壞而騰出空地，修建高樓大廈，道路上鋪設柏油路，人行道鋪設方磚，土地逐漸硬質化。城市化過程帶來硬化路面和建筑物面積的不斷增加使得徑流系數增大、損失量減少、產流量加大、匯流時間縮短，導致城市道路及低洼地區容易積水，形成內澇災害。

2.3 設計因素

如果把供水系統比作城市的動脈，那么排水系統就是城市的靜脈，是恢復水環境、使城市健康發展和可持續發展的生命線工程。紐約城市排水標準是“10至15年一遇”，東京是“5至10年一遇”，巴黎是“5年一遇”標準；而我國室外排水規范標準偏低，北京市大部分是“１至３年一遇”，許多城市僅為“1年一遇”。隨著城市面積的進一步擴大，我們國家的城市相比歐美等國的城市更容易遭受城市內澇的襲擊。除上述因素外，目前國內許多老城區排水大都為雨、污合流系統，由于泵站設施陳舊、管網老化以及泥沙污物淤積等原因，導致排水能力有所降低，更容易因雨水排除不暢導致嚴重的內澇問題。

3 國外城市與香港內澇防治工程借鑒

國外和香港在防治城市內澇方面有很多值得我們學習的經驗，他們的城市內澇防治工程可分為地下排水工程和地上排水工程兩大類。

3.1 地下排水工程

3.1.1 德國慕尼黑-地下蓄水庫。在德國慕尼黑2434公里的排水管網中，布置著13個地下儲存水庫。這些水庫就好像是13個緩沖用的閥門，充當暴雨進入地下管道的中轉站。當暴雨不期而至，地下的儲水庫用70.6萬立方米的容量，暫時存貯暴雨的雨水，然后將雨水慢慢地釋放入地下排水管道。據悉，北京近期也將在20多個下沉式橋區開建地下蓄水池，以加強這些區域抵御暴雨的能力。

3.1.2 香港-排水隧道。香港多山，水浸問題在上世紀八、九十年代尤為嚴重。特區政府在１９９６年展開了“雨水排放系統整體計劃”，通過興建雨水排放隧道，將高地集水區的雨水直接引流入大海，減輕下游市區排水系統負荷。隧道投入使用后，可截取３０％的雨水流量。這種方式同時也減少了在市區開掘道路和鋪設渠道的麻煩。統計顯示，自1995年，香港防洪投入共220億港元，目前已完成項目總值約120億港元，全港水浸“黑點”已從16年前的90個降至目前的16個，易形成水浸土地面積也從3000公頃降至356公頃。

3.1.3 芝加哥-“隧道、水庫”工程。芝加哥花了幾十年時間、投資300億美元建設的蓄水深隧和地下水庫工程，是世界上最早、最成功的采用地下深層隧道技術進行排水的范例，有效減輕了芝加哥地區的水浸和污染，保護了密西根湖。一期工程從1975年開始投入建設，到2006年底完工投入使用，包括109.4英里深層、大直徑的巖石隧道，提供870萬立方米的容積。二期工程主要是建設3個地下水庫（見圖2）。芝加哥的成功經驗在美國大部分城市得到推廣應用。近期，廣州市市水務局召開深層隧道排水系統對策研究論證會，學習芝加哥的成功經驗，初步擬定在廣州老城區建100公里的“深隧”，投資近百億，據悉該項目立項工作已完成。

3.1.4 日本東京-“地下神殿”。對日本人來說，除了地震和海嘯，最讓他們頭疼的無疑就是伴隨臺風光臨的大雨。1992-2007年，日本投資2400億日元（約合200億元人民幣），在東京北郊琦玉縣境內建設名為“首都圈外郭放水路”的巨型分洪工程。該工程位于地下50米處，是一條全長6.3公里、直徑10.6米的巨型隧道，隧道連接著東京市內長達15700公里的城市下水道。隧道通過5個高65米、直徑32米的豎井，連通附近的江戶川、倉松川、中川、古利川等河流，作為分洪入口。在隧道末端，是一個高25.4米、長177米、寬78米的大型蓄水池。在這里，4臺燃氣輪機驅動的大型水泵，將水以200立方米/秒的速度排入江戶川，再排入大海。工程建成當年，該流域遭水浸的房屋由最嚴重年份的41544家減至245家，浸水面積由27840公頃減至65公頃。這項工程被譽為世界最先進的排水系統，它全程使用計算機遙控，并在中央控制室進行全程監控。該工程同時還是一個旅游景點，可以免費參觀。因為該工程空間之巨大，其留給游客的印象顯得莊嚴、神圣，因此，日本人常常把它叫做“地下神殿”（見圖3）。

3.1.5吉隆坡：“聰明隧道”三級變。馬來西亞的吉隆坡修造了一個叫做“聰明隧道”的暴雨管理和道路隧道系統，該系統呈現三層結構：底下有一層是永久性地排水；第二層平常用于通車，到了5年為周期的大洪水的時候，第二層通道就變成排水通道；到了特大的極端性暴雨的時候，車道全部封閉，把直徑12米的整個隧道全部變成排洪道，基本上解決了城市中心區的排澇問題（見圖4）。

3.2地上排水防澇工程

3.2.1鹿特丹下沉式廣場。城市內澇曾經是困擾歐洲許多城市的“偏頭痛”，地勢低于海平面的城市還有海水倒灌的危險。荷蘭鹿特丹就是個一見雨水就發愁的城市，一年幾乎300天有降水。鹿特丹人選擇修建下沉式廣場“水廣場”（防澇及雨水利用系統），雨來則蓄水、天晴即成景。水廣場順地勢而建，由形狀、大小和高度各不相同的水池組成，水池間有渠相連。平時是市民娛樂體閑的廣場；暴雨來臨，就變成一個城市防澇系統（見圖5）。

3.2.2漢堡洼地-滲渠系統。德國推廣的新型雨水處理系統-“洼地-滲渠系統”，是包括各個就地設置的洼地、滲渠等組成的設施。這些設施與帶有孔洞的排水管道連接，形成一個分散的雨水處理系統。通過雨水在低洼草地中短期儲存和在滲渠中的長期儲存，保證盡可能多的雨水得以下滲，不僅大大減少了雨洪暴雨徑流，同時由于及時補充了地下水，可以防止地面沉降，從而使城市水文生態系統形成良性循環。

3.2.3漢堡透水磚鋪裝。在城建過程中，漢堡市政府采用透水磚鋪裝人行道，增加透水層，減少硬質鋪裝等措施，既保障了洪水期的排水通暢，又實現了雨水的合理利用，還能將雨水重新補充到地下水當中，解決因地下水過度開采導致的地面下沉。上海復興中路人行道改造工程首次嘗試使用了生態透水道路系統，該系統如人體呼吸一樣，雨天可以吸收雨水，熱天可以“排汗”，能有效緩解城市積水和熱島效應兩大難題。

3.2.4布拉格移動墻防洪。捷克首都布拉格曾經有過整個城市被水淹、陷入癱瘓的經歷，維塔瓦河右岸的約瑟夫城卻幸運地避免了洪水肆虐，這是因為它采用了獨特的移動墻，即在垂直鋼柱中間安裝可移動的鋁合金輕質閘門。這一新型防洪系統不僅構造簡單，抗沖擊性能好，高度還不受限制。平常儲存在倉庫，使用時10個人在兩小時之內就可安裝100米、高3米的堤墻。目前，布拉格多條河流和港口沿岸都已完成了這種新型防洪系統的修建，且全城防洪欄安裝只需36小時。

4 理論研究

為準確預測和評估城市內澇災害風險，研究內澇形成過程和機理，國內外許多學者采用計算機數值仿真模擬的方法對其進行分析研究。該方法主要是借助GIS地理信息系統等先進的數值模擬平臺和高性能計算機，真實的模擬出城市地形和地面條件，同時根據氣象學、水文學、水利學等理論知識，對城市降雨進行空間和時間上的分析，計算城市在一次強降雨過程中的產匯流情況，最終結合城市排水系統的情況達到對城市內澇災害的仿真模擬分析，從而建立了城市內澇數值模擬系統。

利用內澇數值模型系統可以模擬不同降雨強度下，城市雨水徑流的產生和排水系統的工作情況，從雨水流經各種不同地面（道路、屋頂、草地等）形成徑流，收集到地下管渠，再流經調蓄池、堰、閘門等構筑物，最后經過泵站提升進入城市水體（河、湖）的整個雨水徑流形成和排放過程都可以用數學模型進行真實的再現。通過對整個過程的分析，可以對排水管渠和雨水調蓄池、泵站等構筑進行合理的設計和設置，最大限度發揮其功效，防止城市內澇的發生。