豫東黃泛古城防洪減災(zāi)與鄭州海綿城市建設(shè)研究

蘇金樂 李 鋒 駱映心 酒江濤

豫東黃泛古城防洪減災(zāi)與鄭州海綿城市建設(shè)研究

蘇金樂 李 鋒 駱映心 酒江濤

通過對豫東淮陽、睢縣和商丘歸德城三個古城防洪減災(zāi)模式研究，分析古城減災(zāi)模式的利弊，得出古城防洪對當(dāng)今海綿城市建設(shè)的啟示。結(jié)合鄭州市目前防洪減災(zāi)狀況，提出了加強城市水系連通性、優(yōu)化城市調(diào)蓄系統(tǒng)、加強社區(qū)雨水管理三條對策，為鄭州市海綿城市建設(shè)提供新思路。

黃泛平原；古城防洪；鄭州；海綿城市;低影響開發(fā)

1 豫東黃泛古城防洪減災(zāi)特點

黃泛區(qū)范圍包括魯西南、豫東、皖北與蘇北，面積達(dá)25萬km2。豫東黃泛區(qū)以平原為主，包括開封、商丘、周口等地。南宋至清后期近700年內(nèi)，黃河改道豫東地區(qū)，前期搶奪豫東地區(qū)河道，多次決口改道，后期在商丘北部形成固定河道，經(jīng)徐州由淮河入海。黃河泛濫侵害城市安全，為解決生存問題，豫東人民建立了高效的防洪減災(zāi)古城（圖1）。

圖1 豫東地區(qū)黃河變遷圖

今歸德古城始建于明弘治十六年，[1]保存最為完整，有完整的城墻、城湖，城堤殘存；今睢縣古城由南北兩部分組成，新舊兩城相連。北部為舊城始建于宋崇寧年間，幾經(jīng)損壞，明洪武二十二年又進行修繕，[2]后被洪水覆蓋形成舊城湖保留至今，南部為新城建于明嘉靖三十八年，[3]其城墻已毀，城址擴建為今睢縣城，河堤殘存；[4]今淮陽古城建于乾隆二十年，[5]城湖保留完整是三古城里體量最大的，城墻、城堤已毀，城址保留（圖2）。

圖2 豫東三古城平面圖

1.1 層次多樣的防御系統(tǒng)

豫東黃泛古城為防御洪水侵襲建立多重防護措施，以城墻—護城湖—護城堤三者結(jié)合為防護模式。商丘明清歸德城墻采用磚石包裹夯土的樣式；睢縣古城的新城在營建時便采用磚石結(jié)構(gòu)，為提高城墻抗洪能力，明末期用磚石加固舊城。歸德城門外原有四座甕城，甕城有軍事功能和防洪功能，其城門“四門八開”形成“扭頭門”，使洪水不得由城門正面灌入，睢縣古城在城門外增加月城，月城上有高臺，可作避險用。歸德城與淮陽古城的東門與西門不在一條軸線上，[6]防止洪水沿街道灌滿全城。

護城湖是豫東古城特有景觀，體量巨大，具有強大的調(diào)蓄功能，對積水起到儲存、消納和滲透等作用。

護城堤處在防護體系的最外圍，為抵御洪水，豫東地區(qū)建造環(huán)狀護城堤。環(huán)狀堤加大了堤與洪水接觸的面積減緩洪水力度。在護城堤內(nèi)修筑重堤，或在易決堤處修建月堤來保護城堤，在城堤上種植柳樹以固堤，[7]多層次障水系統(tǒng)旨在降低洪水灌城概率。

1.2 行之有效的排水系統(tǒng)

豫東黃泛區(qū)古城的選址充分體現(xiàn)了古人擇高而居的思想。不僅城市擇高而建，而且城內(nèi)的主要建筑地基加高，如此規(guī)劃從地形上為重力排水提供條件。豫東古城具有完備的排水設(shè)施，城內(nèi)的明溝暗渠排水網(wǎng)和坑塘系統(tǒng)形成高密度水網(wǎng)，為迅速排水創(chuàng)造條件。

表1 豫東兩古城高差一覽表

淮陽古城中間高，四周低，城內(nèi)積水通過地形排入護城湖中。歸德古城最高處為處在城市中部的大隅首，由中間向四周逐步降低，南城墻處最低]。豫東黃泛區(qū)古城城門上開設(shè)涵洞、水門，排水時水門涵洞開啟，洪水時閉合以防止大水灌城；同時在城門外開挖引河，使城市排水系統(tǒng)連接自然河流。

城內(nèi)積水通過重力由排水網(wǎng)流出水門、涵洞繼而排到城外的護城湖中，滬城湖又由引河排向堤河（如果具備堤河）繼而排向自然河流。排水系統(tǒng)使得積水在城內(nèi)湖渠、護城湖、堤河以及各級引水河“排隊”進入下游的自然河流，高密度的水網(wǎng)延長了水流路線，緩解了排水壓力（圖3）。

1.3 功能顯著的調(diào)蓄系統(tǒng)

洪水退后，泥沙淤積在城市周圍，形成城市小盆地，伴隨舊城廢棄、城內(nèi)居民取土墊城等原因，在城墻內(nèi)外形成坑塘。坑塘大到護城湖，小到池塘，形成城市濕地系統(tǒng)，發(fā)揮調(diào)蓄系統(tǒng)的作用、消納儲蓄雨水，面積廣闊的護城湖可儲存大量積水，對內(nèi)解決內(nèi)澇，對外抵御洪水。

在排水的同時，高密度水網(wǎng)兼?zhèn)湔{(diào)蓄功能，與坑塘的功能有異曲同工之妙，積水在高密度水網(wǎng)中得以蓄存，水網(wǎng)與坑塘相互輔助形成古城的調(diào)蓄排水系統(tǒng)，高效利用基礎(chǔ)設(shè)施。古城調(diào)蓄系統(tǒng)調(diào)節(jié)水流，收納積水，緩解自然河流的排水壓力，錯過洪峰，起到排水安全的作用。

圖3 古城防洪蓄澇排澇模型平面示意圖

2 豫東黃泛區(qū)古城防洪減災(zāi)經(jīng)驗啟示

豫東黃泛區(qū)古城在防洪減災(zāi)建設(shè)上經(jīng)驗豐富。城市選址科學(xué)，依托自然防洪減災(zāi)；古城規(guī)劃重視調(diào)蓄空間，合理安排排水系統(tǒng)，應(yīng)急系統(tǒng)完備，盡量少的干預(yù)地形與水文狀態(tài)。但古人的防洪減災(zāi)技術(shù)受科學(xué)技術(shù)局限有不足之處，今人對古代營造技術(shù)要繼承與發(fā)揚，對其技術(shù)進行升華，真正做到傳承發(fā)展。

2.1 古城防洪模式的優(yōu)勢

2.1.1 利用高差重力排水

古代城市選址尤其注重居高的原則，豫東古城不僅在建城時選擇高地，在洪水災(zāi)害侵?jǐn)_下還不斷的取土墊城。從城市排水的角度出發(fā)，擇高建城會與城周地形形成高差，為重力排水提供條件；城市內(nèi)部經(jīng)過前期營造與后期不斷墊高形成中間高四周低的豎向形態(tài)，前文提到的淮陽城，城市高差在5米左右，滿足重力排水。

2.1.2 城市調(diào)蓄功能顯著

坑塘系統(tǒng)是古代城市調(diào)蓄雨水的主要措施。雨季坑塘系統(tǒng)吸收積水，功能與溢流井類似，超出其容量的積水通過排水管道排往護城湖。護城湖對內(nèi)消納城內(nèi)積水，對外抵御洪水，功能與河流的泄洪湖相同，是城市的調(diào)蓄泄洪場所。巨大的護城湖形成城市濕地，城市通過城市濕地過度到自然河流，這與中國古代的治水理念一脈相承。

2.1.3 城市應(yīng)急系統(tǒng)完備

豫東古城在應(yīng)急交通處理上經(jīng)驗豐富，城墻可以作緊急避難場所，大水灌城時，城門樓可安置災(zāi)民免受洪水侵襲；在建城時規(guī)劃通往城外高地的合理路徑，幫助城內(nèi)居民逃避洪水。

2.2 古城防洪模式存在的缺陷

2.2.1 未解決污水排放問題

古城在設(shè)計排水系統(tǒng)時采用雨污合流的方式，并不設(shè)置污水處理設(shè)施，生活污水直接排入護城湖污染水質(zhì)。尤其是枯水期水位下降，污染物濃度變大，導(dǎo)致水質(zhì)惡化、污染淺層地下水。未與城市水系相連的坑塘，沒有客水注入在枯水期變成死坑，[8]滋生蚊蟲、微生物，藻類泛濫，造成水體有機污染，且死坑會因為污染被填平，失去調(diào)蓄功能。

2.2.2 過度依賴重力排水

當(dāng)泥沙淤積使城市地形發(fā)生變化之后，重力排水難以為繼。水利水車、高筒翻車等又難以用于大規(guī)模排水。城市低于周圍地形造成城市地勢低洼，排水困難，環(huán)境潮濕，水質(zhì)污染，棄之不用，不得已另建新城。

3 豫東黃泛古城防洪減災(zāi)經(jīng)驗對鄭州市海綿城市建設(shè)啟示

鄭州市處于華北平原，黃河南岸，屬黃泛區(qū)；溫帶季風(fēng)氣候，雨熱同期，鄭州市區(qū)年降水量623.3mm，降水主要集中在每年6至9月，約占全年降水量的70%。水資源較為豐富，河流多發(fā)源于西北部山區(qū)，分屬黃河流域與淮河流域。穿市區(qū)而過的有金水河、賈魯河、熊耳河、七里河，東風(fēng)渠自北向南連接黃河與鄭州東區(qū)水系（圖4）。

鄭州市區(qū)積水點以北部和西部較為密集(圖5)。西城是鄭州的老城區(qū)，排水設(shè)施老舊導(dǎo)致雨后積水嚴(yán)重，窨井噴水、道路塌陷時有發(fā)生；高架與涵洞加劇城市積水，三環(huán)線、京廣線、隴海線上的涵洞是高頻積水點。鄭州內(nèi)澇有氣候變化和城市技術(shù)設(shè)施設(shè)施不完備的原因，單純依靠傳統(tǒng)快排，城市面臨內(nèi)澇、雨水資源浪費等問題。鄭州城市內(nèi)澇是中國北方城市排水不暢的縮影。為解決水環(huán)境問題，鄭州市積極響應(yīng)海綿城市建設(shè)，在2016年成功入選河南省海綿城市建設(shè)試點城市，劃定市民公共文化服務(wù)區(qū)與鄭東新區(qū)龍湖地區(qū)作為試點區(qū)，總面積76.7km2，分別位于鄭州市區(qū)的西側(cè)與東側(cè)。

圖4 鄭州城區(qū)水系圖

圖5 鄭州市區(qū)2014年至2016年高頻積水點圖

海綿城市建設(shè)六大措施：滲、滯、蓄、凈、用、排，與中國古城防洪方略有一致之處，海綿城市是通過對水的管理與統(tǒng)籌實現(xiàn)其目標(biāo)與功能的城市系統(tǒng)。北方城市降水集中，雨水的調(diào)蓄與利用顯得尤為重要。海綿城市中調(diào)蓄系統(tǒng)是靈活多樣的，調(diào)蓄應(yīng)是多種形式相結(jié)合的，排水系統(tǒng)要與調(diào)蓄系統(tǒng)合理的銜接才能以更加合理的方式達(dá)到排水防洪與總量控制的目標(biāo)。[9]城市內(nèi)澇的原因是缺乏調(diào)蓄空間，排水系統(tǒng)不及時維護更新，無處安放下水道來不及排走的雨水，鄭州市的海綿城市建設(shè)不單要解決城市內(nèi)澇問題，還應(yīng)合理配置水資源，優(yōu)化調(diào)蓄空間、加強雨水管理。

3.1 加強城市水系連通性

加強城市水系的連通性是從城市尺度下對雨水徑流的控制與調(diào)蓄，高密度水網(wǎng)在收納積水，降低城市下水管網(wǎng)的壓力的同時，減緩自然河流的排水壓力，延緩洪峰。

3.1.1 溝通公園水系與城市水系

水系是城市排水的主要通道，鄭州市許多公園沿河湖而建，多有獨立水系。如金水河畔的人民公園、紫荊山公園、鄭州之林，七里河畔的世界歡樂園等。公園水系與城市水系相互溝通，公園就連接了街區(qū)與城市水系，于街區(qū)可排積水，減少內(nèi)澇；于河流，調(diào)節(jié)水位，延緩洪峰；于公園澇蓄旱補，發(fā)揮海綿功能。兩者的結(jié)合，使人工水體納入自然水體中，擴大城市調(diào)蓄空間，公園水體從要水、費水轉(zhuǎn)變?yōu)樾钏羲纬勺匀谎h(huán)。

3.1.2 維護整理城市原有坑塘、明溝

城市的坑塘、明溝是城市排水的毛細(xì)血管，伴隨鄭州城市化，城中部分坑塘、明溝被侵占，直接影響了城市排水調(diào)蓄能力。城市開發(fā)改變城市微地形，破壞開發(fā)區(qū)域內(nèi)原有排蓄系統(tǒng)，導(dǎo)致徑流量變化，修復(fù)原有排蓄設(shè)施對排水有積極影響，適用于老城區(qū)海綿城市改造。對鄭州市坑塘明溝進行疏通、拓寬，恢復(fù)其排澇、蓄洪的能力，加強水網(wǎng)之間的聯(lián)系，降低內(nèi)澇風(fēng)險。

3.2 優(yōu)化城市調(diào)蓄系統(tǒng)

鄭州市內(nèi)有多條河流穿城而過，市區(qū)東部有龍湖、龍子湖、如意湖，西部有雙流湖，湖泊綠化程度高，調(diào)蓄功能顯著，但分布于城區(qū)兩側(cè)（圖6）；城市發(fā)展改變下墊面，鄭州市內(nèi)調(diào)蓄空間壓縮，與市郊的調(diào)蓄空間又缺乏溝通，市內(nèi)缺乏調(diào)蓄空間。海綿城市的調(diào)蓄措施從微觀出發(fā)，加強小尺度的調(diào)蓄，針對場地提出規(guī)劃措施，提高排水設(shè)施效率。

圖6 城市尺度下的LID措施圖

市區(qū)內(nèi)改造增建雨水措施，改造城市下墊面，在雨水匯源頭、途中削減徑流。在城市中適當(dāng)改造路邊綠化帶，植草溝、下凹式綠地能夠有效分流雨水；北方城市少有密集的水網(wǎng)，可在城中低洼處建設(shè)綠地，充分利用城市綠地系統(tǒng)，旱季時作景觀，雨季時滯留、儲存雨水，減緩地面匯流速度，引導(dǎo)雨水下滲；市區(qū)內(nèi)不連接河湖的公園，可提高綠地利用率，處理與儲存雨水，增加城市調(diào)蓄空間。

鄭州市擁有大面積的沿河帶狀綠地，是雨水的天然儲存地。加強綠地與周圍道路的溝通，通過綠地下沉、植草溝等措施，引導(dǎo)雨水匯集入綠地；打破鄭州市內(nèi)河單一的規(guī)則式駁岸，在河道建設(shè)不規(guī)則駁岸式的復(fù)合駁岸，在行水較緩的河道處改造河岸，建設(shè)自然式駁岸、石砌駁岸，結(jié)合植物護坡，使河岸富有“彈性”，使排入河流的雨水能與周邊土地進行水質(zhì)交換，恢復(fù)河流的自然水文過程。[10]

鄭州市林業(yè)局主持的“一環(huán)一渠一路”生態(tài)廊道建設(shè)，[11]其中一環(huán)將為鄭州市新增一百余公里環(huán)城市生態(tài)景觀帶，生態(tài)景觀帶為城市水土涵養(yǎng)提供場所，越多的綠化面積就有越多的雨水下滲空間。鄭州的河流多發(fā)源于城市的西南部，上游綠地能有效減少徑流量，在雨季就能為下游防洪排水減少壓力。

3.3 加強社區(qū)雨水管理

鄭州市老城區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施陳舊、地質(zhì)情況復(fù)雜，灰色基礎(chǔ)設(shè)施的改造更新成本高，社區(qū)水景缺乏維護。通過加強社區(qū)的雨水管理，增加雨水措施的建設(shè)，緩解灰色基礎(chǔ)設(shè)施的給排水壓力，多角度組織排水，提高城市設(shè)施工作效率。社區(qū)組成城市，社區(qū)合理管理雨水，有針對性的解決城市雨水問題。

社區(qū)內(nèi)建筑根據(jù)實情靈活進行綠色屋頂建設(shè)。鄭州市綠色屋頂多設(shè)置于寫字樓頂、辦公樓頂、住宅樓頂，多是大面積規(guī)整空間，綠色屋頂改造不應(yīng)限于大面積屋頂，社區(qū)內(nèi)車庫、涼亭等零碎空間可以利用。[12]植物選擇應(yīng)以耐性強、易維護的品種，生態(tài)效益為先；不能進行綠色屋頂建設(shè)的建筑，在屋下設(shè)置雨水收集箱，屋面雨水在初期徑流丟棄后就可以灌溉、沖洗；兩者都沒有條件實現(xiàn)的，可將雨水直接經(jīng)過地面引流溝引至雨水花園，做到有針對性地收集建筑雨水。

居民小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校等公共空間場地可充分改造，建設(shè)雨水收集凈化系統(tǒng)：道路等硬質(zhì)地面可改造為下滲鋪裝；綠地建造雨水花園，雨季時過濾、凈化雨水，旱季時作為旱溪景觀，豐富綠地景觀；道路兩側(cè)修建下凹式綠地與植草溝，將雨水引入綠地，形成小型調(diào)蓄空間；場地形成以綠色屋頂-雨水收集箱-雨水花園-下凹綠地-引水溝為主的雨水鏈，[13]截留、凈化、儲存雨水，使雨水取之社區(qū)用之社區(qū)。

科學(xué)配置植物，一是考慮植物根系對土壤蓄水能力的影響，二是考慮土壤對植物的影響。結(jié)合這兩點考慮，植物配置以鄉(xiāng)土樹種為主，不干預(yù)植物自然生長，少維護，盡量不施肥，減少對土壤的污染，達(dá)到生物凈化的目的，降低雨水凈化的成本。

圖7 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)內(nèi)旱溪

圖8 鄭州東站綠色屋頂

圖9 鄭州玫瑰花園小區(qū)景觀水系

4 結(jié)語

中國城市普遍缺水，北方城市面臨更多的是資源型缺水，面對城市內(nèi)的旱澇不均，海綿城市是維護城市水安全有效系統(tǒng)，其理念與中國古代城市規(guī)劃思想有一致性，海綿城市建設(shè)在中國大力推行是對古人規(guī)劃思想重新思考，是對當(dāng)下城市問題的反思。海綿城市建設(shè)不僅要重視新技術(shù)，還應(yīng)當(dāng)因地制宜，分析評估城市具體狀況，有針對性的實施建設(shè)措施；同時，與多部門合作擴大建設(shè)的廣度，與多學(xué)科合作加深理論的深度，建立系統(tǒng)化的管理機制，從而達(dá)到恢復(fù)城市水文、修復(fù)城市生態(tài)、改善城市氣候的目標(biāo)。

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責(zé)任編輯：于向鳳

Acoording to research the mode of flood control and disaster mitigation of Huaiyang,Suixian,and Shangqiu Guide city where in Yudong Area,analyze pros and cons of the mode and obtain the enlightenment for nowadays sponge city build form the mode.Combining enlightenment with current city situation to come up three strategies for sponge city build of Zhengzhou where in Huanghuai area,reinforce connectivity of urban water system,optimizing urban water regulate system,enhance community rainwater management,there are new ideas for Zhengzhou sponge city build.

Yellow River flooded area;ancient city flood control;Zhengzhou;sponge city;low impact development

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1674-4144（2017）-05-31（6）豫東地區(qū)歷史上屢遭黃河侵襲，在近七百年與洪水泥沙斗爭的過程中，人們積累經(jīng)驗，運用智慧，最終營造了抗洪避沙的城市。通過現(xiàn)代的視角來審視古代經(jīng)驗對當(dāng)今城市的內(nèi)澇防治、雨水利用具有深刻的指導(dǎo)作用，同時也對海綿城市的建設(shè)有重要意義。選取商丘歸德古城、淮陽古城與睢縣古城，通過研究其防御、調(diào)蓄、排水系統(tǒng)來學(xué)習(xí)古代城市防洪理念。

蘇金樂，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。

李鋒，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院碩士研究生。

駱映心，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院碩士研究生。

酒江濤，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院碩士研究生。