廣州城市內澇原因分析與對策研究

萬 榆,黃岳文,彭曉春

(廣州市水務工程建設管理中心,廣東 廣州 510640)

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廣州城市內澇原因分析與對策研究

萬 榆,黃岳文,彭曉春

(廣州市水務工程建設管理中心,廣東 廣州 510640)

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

城市內澇；城市化水文效應；海綿城市；城市排水；對策研究

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

1 廣州城市內澇災害發生的原因分析

城市內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愈發顯著,從而增加了城市內澇出現的概率和強度,而現有排水設施的標準偏低、建設滯后、維護和管養力度不足等因素也能進一步加重內澇的發生。

1.1 城市化水文效應的影響是造成內澇頻發的關鍵性因素

水文過程是氣象與下墊面共同作用的結果。城市化引起的人口劇增、土地規劃性質改變、不透水面積增加正不斷地侵蝕著城市生態平衡。據廣州市統計局資料[1]顯示,改革開放初期,廣州市總人口僅500萬人左右,城市建成區面積不到170 km2,根據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劃人口預測值,建成區面積更是增長了6倍。張建云[2]指出,城市化水文效應隨著城市化進程的加快越發顯著,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、生態環境效應等。

圖1 城市化水文效應[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土壤熱容量,中心城區地溫高于郊區,隨著溫度上升,與郊區溫差增大,近地面風速減小,城區的絕對濕度和相對濕度較低,引發“熱島效應”。對于大型城市,“熱島效應”還會帶來“雨島效應”。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[3]。研究表明,在城市熱島效應、城市凝結核效應和城市阻礙效應的共同影響下,城市降水量與郊區相比增加幅度為5%～11%[4]；當雨島效應集中出現在汛期時,疊加產生的暴雨量更大,更容易形成大面積積水,引起區域性內澇的發生[5]。根據廣州市已有60 a暴雨統計資料來看,近20 a來廣州市暴雨強度增大幅度達9%左右,20世紀90年代平均每年出現暴雨7.3 d,到2012年暴雨出現天數已高達13 d[6]。

1.1.2 城市化對河涌水系的影響

城市化使得河道結構趨于簡單。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“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劃用地完整性的需要被隨便改道,出現明顯轉角,如金融城簡下涌,本來順直的河涌在規劃中出現4個直角。所有這些都不利于河涌排澇。區域城市化往往是沿著主要干道逐步發展的,通常是先始于河流的中下游,城市化過程往往會出現與河爭地、占用河道等現象,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業用地變為建成區,早先河道縮窄處就逐漸成為過水瓶頸而容易導致內澇發生。

1.1.3 城市化對產匯流的影響

在城市化前,由于區域下墊面具有一定透水性,降雨首先被大量的農田、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、農田、濕地等不斷被開發為居住地、工業用地或商業用地,城市地區不透水面積增加,相應的調蓄能力下降。下墊面硬化過程導致雨水截留量、蒸發量、下滲量和地下水位減少或降低,徑流系數顯著提高,從而影響流域產流。坡面和管道相結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構、河網形態改變,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可使得徑流峰出現時間提前1～2 h,洪峰流量增大近一倍,徑流系數增大30%,這些因素都在很大程度上加速了內澇災害的形成。

圖2 城市化對水文過程的影響[2]

1.1.4 城市化水文效應影響內澇的典型案例

以廣州市天河區獵德涌為例,在20世紀80年代初,流域人口為7.1萬人,河涌兩岸基本為農田,隨著城市化建設的發展,到2009年河涌兩岸已基本被建成區所覆蓋,流域人口達54.93萬人。與1995年編制的防洪排澇規劃相比獵德涌流域調蓄容量由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,除了原有調蓄空間被侵占以外,城市建設的過度開發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年編制的排澇規劃已計劃在珠江公園建設獵德涌分洪道,但由于建設用地等原因,一直無法實施[9],導致獵德涌流域暴雨后容易出現內澇。原有河涌流域調蓄容量持續降低、河道斷面不斷被侵占、規劃的防洪排澇設施又難以實施,這些均是廣州市內澇治理工作面臨的重大問題。

1.2 現有排水設施建設滯后于城市規模擴張是造成內澇頻發的重要因素

城市排水管網的設計是以規劃人口為依據,配合道路建設同步實施。初期排水管網還能滿足排水需求,但隨著城市化的進一步發展,城市排水設施的建設跟不上城市建設和人口增長的發展速度,現狀排水管網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,但由于當時的合流管網管徑是參照前期規劃、以規劃人口規模為依據設計的,隨著獵德涌沿線建成區不斷發展,流域現狀已脫離規劃建設,實際人口數量遠超當時的規劃人口,污水量也遠遠超出預期值,同時城市化的快速發展使得雨水徑流量大幅度提高,在現有管道截流倍數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澇頻繁發生區[10]。這種“先埋管,再開發”的建設理念,既造成了投資的浪費,又不能有效解決問題。早期,在城市天然調蓄體系的配合下,大部分管渠的設計標準普遍偏低,隨著城市規模的不斷擴大,城市天然調蓄能力持續下降,現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內澇成因的摸查中發現,48%以上的內澇點是由于排水管網缺乏或標準偏低造成的[11]。目前,約83%的現狀管渠僅滿足1 a的暴雨重現期,滿足2 a重現期的管渠占9%,其余管道均低于1 a的重現期[12]。在現有的排水標準下,一旦發生強降雨,排水管網往往由于過流能力不足而造成城市內澇。除此之外,部分城建區地勢低洼,路面雨水口數量不足、布置形式不合理等問題,也使得在暴雨期間出現地面積水無法迅速排出引發區域內澇；部分截留式合流管設計時標高設置不合理,使得暴雨來襲時,排水管內水位被抬高,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澇。

1.3 排水系統維護和管理力度不足是造成內澇頻發的影響性因素

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

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

2 解決廣州城市內澇對策研究

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

2.1 改變傳統的單一排水觀念

傳統的排水理念主要依靠管渠、泵站等“灰色”設施來排水,以“快速排除”和“末端集中”控制為主要規劃設計理念。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城市發展的需求。根據《海綿城市建設技術指南》[14],今后城市建設要強調優先利用植草溝、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”控制為主要規劃設計理念。也就是說今后在城市的總體規劃、各分區布局都要充分考慮生態需求,樹立綠色排水理念。對于新建區應推行低影響開發理念,將年徑流總量控制率作為區域開發的控制指標,通過自然途徑和人工措施相結合,有效緩解城市內澇的壓力；對于現狀建成區應在全面調查分析內澇原因的基礎上,統籌考慮在建項目、擬建項目與現有排水設施改造工程的關系,兼顧與河涌水系整治的銜接,提出基于生態理念的綜合整治工程。

與海綿城市建設相適應,《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、擴建的建設項目應根據要求,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,使建設后的地表徑流量不超過建設前的地表徑流量。《廣州市建設項目雨水徑流控制辦法》進一步明確了建設項目建設前、后雨水徑流量的計算方式、應當采取的具體雨水徑流控制措施及應符合的要求與條件。

2.2 改變“重建輕管”的習慣思維

針對城市化建設帶來的內澇問題,廣州市近幾年出臺了一系列相關法規：2007年6月頒發廣州地方規范《屋頂綠化技術規范》,2010年1月頒發《廣州市排水管理辦法》,2013年1月印發的《廣州市排水管理辦法實施細則》,2014年頒發《廣州市建設項目雨水徑流控制辦法》等,明確要求在城市建設過程中應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,但在實際建設中卻很少得到落實,個別區縣水務部門工作人員甚至不知道這些法規,使得制定好的規范制度成為擺設。因此內澇防治的關鍵在于落實這些政策法規,做到有法必依,執法必嚴。

其次應當加強排水設施的日常維護工作。一方面,應當合理規劃城市排澇建設資金,增加管道清淤養護等非工程措施的資金投入。應當對建成區的管網進行整治,理順城市管網系統,對由于淤堵導致排水不暢的管段,開展排水管網排查、清疏、修復,通過增設雨水篦、設閘、加設泵井抽排等措施,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,應當增大執法部門的執法力度,依法給予取締。

2.3 改變城市內澇防治的責任主體

城市內澇防治是一項龐大的系統工程,除了城市排水管網的完善外,還涉及到城市建設多個方面,包括建筑、小區、城市道路、城市綠地、城市水系等多個內容。因此,城市內澇的治理不應該僅是水務部門的責任,它還牽涉到規劃、國土、氣象、交通、城市建設等眾多部門,在具體實施時需與城市建設、國土、規劃、建筑設計、環保和園林等許多部門通力合作[15]。另一方面,還應該完善排水管理模式,目前的多頭管理模式往往會出現相互溝通不順,協調困難等問題。城市暴雨的預見期較短,城市的排水預案、應急調度方面往往跟不上實際情況,在暴雨來臨時需要協調多個管理部門,由于管理理念,技術手段的特點,對問題發生的處理流程不一致,可能會出現協調不暢,導致城市內澇的發生[16]。

針對這些問題,首先應該由城市人民政府牽頭,負責統一協調和管理各職責部門的工作；各行政部門實現聯動,做到內澇治理的精細化、系統化管理。《海綿城市建設技術指南》中就明確提出：城市人民政府應作為低影響開發雨水系統構建的責任主體,統籌協調規劃、國土、排水、道路、交通、原理、水文等職能部門,在各相關規劃編制過程中落實低影響開發雨水系統的建設內容。

3 結語

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

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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境工程工作。

TU992

A

1008-0112(2016)03-0027-05