山地城市內澇與山洪災害綜合防御探討

馬美紅，王中良，喻海軍，趙珂珂，劉 啟

（1.天津師范大學，天津300387；2.中國水利水電科學研究院，北京100038；3.北京師范大學，北京100875）

1 前 言

洪澇災害主要指因降雨、融雪、冰凌、潰壩（堤)、風暴潮、熱帶氣旋等引起的洪流和積水所造成的災害,如造成的江河洪水、漬澇、山洪、滑坡和泥石流等,以及由此引發的次生災害［1-2］。洪澇災害是世界上發生最頻繁、危害最嚴重的自然災害之一。根據國際緊急災害數據庫（EM—DAT)和慕尼黑再保險集團自然災害數據庫（Munich RE)的統計,洪澇災害造成的損失占全球災害總損失的28%,如2005年美國新奧爾良市遭遇嚴重內澇,水深達1.6～1.8 m,造成1 209人死亡,直接經濟損失達180億美元［3］；2010年8月,我國甘肅舟曲山洪導致1 765人死亡、失蹤；2012年7月北京遭遇洪澇,造成79人死亡,直接經濟損失116.4億元。國際組織、各國政府和學術界高度重視洪澇災害研究,如：學術方面,G.GRUNTHAL等［4］針對山地城市的洪澇災害進行研究,提出一種針對城市多災種風險評價方法；黃光宇［5］研究了山地城市的山洪和洪水問題,分析其成因并提出了針對性的防治對策等；管理方面,UNDP、UNEP、ISDR以及歐盟等組織開展了一系列洪澇災害研究項目；2005年,國際山地綜合發展中心及中國國家氣象局、世界氣象組織在拉薩共同舉辦了國際山區洪水及可持續發展研討會,隨后制定了山洪風險管理措施指南,重點對山洪風險管理非工程措施進行了研究［6］；歐盟提出了山洪風險管理實時指南,啟動“山洪預報的水文氣象數據資源與技術HYDRATE”項目 ；日本實行地方自治,開發了以社區為基礎的山洪早期預警系統；印度政府建立了集預報、監控和早期預警發布為一體的預測預警系統；我國也同樣高度重視山洪災害防御工作,水利部水利信息中心組織開展了“中小河流突發性洪水監測與預警預報技術研究”項目,氣象部門開展了暴雨誘發的中小河流洪水和山洪地質災害氣象風險預警服務。

山洪災害和內澇災害均為洪澇災害,山洪災害主要指因強降雨在山丘區引發的溪水洪水、滑坡、泥石流等而對國民經濟和人民生命財產造成損失和危害的災害；而內澇災害指強降水或連續性降水超過城市排水能力,導致城市內產生積水引發的災害。雖然山洪和內澇有較大差異,山洪主要發生在山區,內澇主要發生在城市,但對于山地城市如福州、銀川、余姚、本溪等來說,地形復雜,洪峰流量大、流速快,山洪和內澇容易同時發生［8］。國內外很多專家針對山洪和內澇開展了相關研究,并提出了相應的應對措施。山洪方面,美國研制出了將雨水情、洪水預警模型與計算機結合的水文自動遙測預報、預警系統,FFG系統（Flash Flood Guidance System),主要利用衛星、雷達和GPS定位等技術提高監測預警的準確率［9］；英國和法國建立了完善的洪水預警系統,成立了洪水補償和救災基金［10］；日本、荷蘭［11］等國家依賴高標準的防洪工程（多針對平原河道洪水而非山洪)；中國開展的山洪災害防治項目初步形成了以非工程措施為主、工程措施為輔,較完整的山洪災害防御體系,并在實際防汛中發揮了顯著的效益。城市內澇方面,歐美等發達國家在內澇模型的研發方面處于領先地位［12］,如 HSPE 模型［13］、QQS 模型［14］、SWMM 模型［15］、MIKE-SWMM 模型［16］等；在治理內澇的理念方面,美國推進新型雨水綜合控制利用體系即低影響開發（LID)［17］,英國推進可持續城市排水系統（SUDS)［18］,中國則是結合工程與非工程措施,推進集監測、預報以及模擬等為一體的城市雨洪智能管理系統,建設海綿城市,進而提高城市的排澇標準等［19］；在內澇應急管理方面,美國推進動態應急管理信息系統,以快速應對突發的暴雨事件［20］,我國則推進科學調度、及時預警以及規范響應的應對策略等［21］。規模最大的是水利部門開展的全國山洪防治項目,從2003年規劃、2008試點到2010—2012年縣級非工程措施的全面實施,以及2013—2015年第二期全國山洪災害防治項目的開展,再到2016—2020年對山洪災害防治的進一步完善,目前投資已超過280億元,覆蓋2 058個縣、386萬km2,初步建成了山洪災害監測預警系統,形成了以非工程措施為主、工程措施與非工程措施相結合的體系。但近年來,隨著我國社會經濟發展、高速城市化進程和山洪防御與內澇治理工作的推進,山洪和城市內澇的特點、防御形式、存在的問題等都發生了相應變化。因此,本文基于海綿城市建設及山洪災害防御現狀,結合山地城市內澇與山洪災害防治的特點,探討二者的關系,并針對目前存在的問題,提出綜合防御二者的具體措施,以期為中國目前正在開展的山洪災害防御以及海綿城市建設提供參考。

2 資料和方法

本文數據主要涉及經濟數據、災害數據,其中GDP數據主要來自國家統計局網站,洪澇災害數據主要來自《中國水旱災害公報》、全國山洪災害防治項目組、各省的防汛抗旱總結等。方法主要采用系統分析、文獻比較與綜合、定性與定量分析、理論研究與實證分析相結合等方法。目前,內澇和山洪災害防御均已開展了相應的建設,其建設內容見表1。另外,本文涉及數據不包括香港特別行政區、澳門特別行政區和臺灣省,山洪災害數據不包括沒有山洪災害防御任務的江蘇省和上海市。

表1 海綿城市和山洪災害防御建設情況

3 結果與分析

3.1 建設現狀

目前,建設海綿城市主要解決城市內澇問題。2014年11月,國家住建部出臺《海綿城市建設技術指南》,提出要建設 “海綿城市”,即通過 “滲、滯、蓄、凈、用、排”措施,遵循生態優先原則,構建完善的排水防澇系統,最大限度地實現雨水在城市區域的積存、滲透和凈化,加快解決中國城市內澇、雨水收集利用等問題。選擇一些城市進行試點建設,中央財政給予3 a、平均每個試點城市25億元的資金推動,并對試點工作開展績效評價,實行獎懲政策等。目前,建設試點城市已達30個。截至2015年年底,全國山洪災害防治項目累計投入289.4億元,為我國水利建設史上投資最大的非工程項目,建設成果見表2,已經初步構建了適合中國國情的山洪災害防御體系,并發揮了實際的防災減災效益。例如,相比較于實施前,山洪災害年均死亡人口減少680人。同時,2016—2020年中國進一步持續開展山洪災害防治項目建設,側重于加強人防、物防和技防相結合,形成一套適合中國特色的防御體系。

表2 2010—2015年中國山洪災害防治項目建設成果［22］

3.2 內澇與山洪災害的特點

3.2.1 分布范圍廣

洪澇災害主要由強降雨引起,我國暴雨時空分布的廣泛性決定了城市內澇和山洪分布范圍廣。2006—2014年,全國31個省（區、市)（不包括港澳臺)中,2014年3個,2009年2個,2010年、2008年、2006年各1個省（區、市)未發生洪澇災害外,其他省份均發生了洪澇災害。結合圖1可知,我國洪澇縣（市)占全國總縣（市)比例一直在50%以上,農作物受災面積占全國農作物面積比例均在3%以上。另外,我國97.9%的城市有防洪任務,平均每年有176座城市被淹,尤其是2013年受淹城市達234座；而山洪災害規劃范圍涉及全國29個省（區、市)、2 058個縣,防治區面積463萬km2。二者分布均遍及全國,范圍較廣。

圖1 2000—2015年洪澇受災縣（市）、受災面積占全國比例

3.2.2 突發性強，受災頻繁

中國的暴雨突發性強,如2012年5月,甘肅省岷縣局部遭遇強降雨,約40 min后便發生災害；2015年5月,四川雷波縣強降雨僅20 min后便形成災害。對于地形起伏大、溪流密集的山丘區來說,產匯流快,水位陡漲陡落,短時期易形成積水內澇、山洪災害。中華人民共和國成立以來,內澇災害每年都有發生,根據住建部對中國351個城市的調研,內澇災害一年超過3次的城市達39%,多數城市經歷著“一年數澇”,如武漢幾乎每年都要遭受內澇侵襲,北京分別在2012年、2016年承受了特大暴雨災害,引發了內澇和山洪。近50 a來,中國發生山洪11.13萬次,其中2010年發生2萬起,造成人員死亡、失蹤的山洪災害371起；甘肅舟曲、遼寧清源等重災區特大山洪災害接連發生。

3.2.3 危害大，損失重

洪澇災害是我國最嚴重的自然災害,根據EM—DAT數據,1970—2013年中國發生洪澇災害的次數僅次于印度,是洪澇災害發生最頻繁的國家之一。隨著社會經濟的快速發展,中國的城市出現“熱島”“雨島”和“混濁島”等城市效應,城市化率由1949年的10.6%上升到2015年的56.1%。由圖2可以看出,中國發生暴雨次數及5 a移動平均年暴雨次數一直呈增加趨勢（暴雨是指日降雨量≥50 mm的降水),加大了山地城市山洪和內澇同時發生的概率,加劇了洪澇災害的危害。據統計,1950—2015年因洪澇災害死亡28萬多人,倒塌房屋1.22億間,年均直接經濟損失1 398.5億。由圖3可以看出,雖然21世紀以來,洪澇災害死亡人數和直接經濟損失占GDP的比重有所下降,但經濟損失依然居高不下。

圖2 2000—2015年暴雨情況

圖3 1990—2015年全國洪澇災害傷亡及損失情況

住建部曾對中國351個城市進行調研,結果發現2008—2010年62%的城市發生過內澇,最大積水深超過50 cm的城市占74.6%,單次內澇淹水時間超12 h的城市高達1/6。1949年以來,中國因山洪災害致死人數為27萬多人,年均經濟損失40億元；2003年以來,雖然山洪災害致死人數下降明顯,但致死人數占洪澇災害總致死人數比例基本在70%以上（見圖4),2010年高達87.65%,僅甘肅舟曲一場特大山洪泥石流災害造就成1 501人死亡、264人失蹤,危害極大。

圖4 2000年以來中國山洪災害死亡人數及占洪澇災害死亡人數比例

據統計,城市內澇災害年均直接經濟損失約為296億元,占年均全國總洪澇災害損失的21.2%。如2012年7月,北京市遭遇特大暴雨,引發山洪和內澇災害,導致北京市78人死亡,160.2萬人受災,直接經濟損失116.4億元；2016年武漢的特大暴雨災害事件,引發內澇,導致14人死亡,1人失蹤,倒塌房屋5 848間,直接經濟損失22.65億元。同時,隨著城市化的快速發展,供水、供電、交通等生命線系統越來越龐大,人們對其依賴性也不斷增大,一旦系統癱瘓,所造成的間接影響巨大。再者,各行業間的聯系日趨緊密,一個行業受災會強烈波及其他行業,造成全局性影響。如2005年龍王臺風引發福州市山洪和內澇,導致全市221.7萬人受災,死亡46人,失蹤6人,房屋倒塌14 018間,福州城區共約18.5 km2受淹,局部低洼地水深達1.9 m,導致118個小區地下室配電房進水停電,全市直接經濟損失35.6億元,影響了群眾正常的生產生活秩序；2015年蘇迪羅臺風引發福州市內澇和山洪,損壞堤防13.09 km,護岸、灌溉設施1 465處,水閘、水電站等121座,直接經濟損失29.36億元。

3.3 內澇與山洪災害的關系

城市內澇指強降水或連續性降水超過城市排水能力導致城市內產生的積水現象,影響因素有降水強度、排水條件、應急管理水平等；山洪是指強降雨在山丘區引發的洪水、泥石流、滑坡等。二者均為由降雨引起、對人們生命財產安全造成威脅的自然災害,具有危害大、范圍廣、頻繁發生、突發性強、對經濟發展沖擊大等特點。

成因方面,山洪和內澇都屬于強降雨引發的次生災害,主要由山地城市的地理位置和降雨情況決定。一般受二者影響的山地城市有以下特點：①山區城區內河防洪標準較低,城市位于山洪溝下游區域；②有充足的降雨,地形坡度陡；③水土流失嚴重、植被遭到破壞、地面侵蝕較重、快速的城市化進程等使內澇和山洪發生更為頻繁；④排水系統不健全,人為擠占河道,一些建設工程以及垃圾等導致河道和排水設施容易淤塞；⑤外圍洪水頂托倒灌,外圍的山洪注入城市,加劇內澇危害。山洪災害發生后,形成的洪水往往裹挾著大量雜物沖入城區,與內澇疊加損失更大；下泄通道關鍵部位如果“卡口”,那么將會進一步加劇山洪和內澇危害的嚴重性。比如對于福州來說,復雜的地形和較大的河床坡降,導致強降雨后產匯流較快,沖刷破壞力強,加速了城外山洪泥石流的形成；水庫少且攔截能力有限,山洪挾帶雜物甚至石塊進入城區,而城區內河防洪標準較低,河道被侵占嚴重,蓄排水能力不足,也缺乏如水情自動測報系統等現代設施。對于處于河口地區的山地城市,如浙江余姚,遇到錢塘江天文大潮以及臺風時,水位高漲不下,致使部分山洪引發的洪水、雨水排泄不出去,會發生積水時間較長的嚴重內澇。

防御方面,監測預警、群測群防、山洪溝治理、法律法規等對策均能有效地預防山洪災害的發生。

總之,山洪屬于山地城市的外來威脅,而內澇是各種“城市病”集中發作的結果,山洪災害加劇了內澇的危害,內澇一定程度上擴大了山洪災害的影響,下泄通道關鍵部位形成的“卡口”是二者致災的重要因素之一。

3.4 內澇與山洪災害防御存在的問題

內澇和山洪是強降雨引起的對人民生命財產造成威脅的災害,主要因降雨強度大、山地城市地形復雜、水利工程攔截洪水能力有限等引起,存在的主要問題有：①山洪和內澇威脅大,防治基礎比較差,大部分城市內河防汛標準低,排水泄洪能力不足,山洪溝工程建設緩慢,缺乏足夠的水利工程攔截洪水；而且城市建設向低洼地擴展,內河被侵占嚴重,過水斷面偏小,導致住宅區澇水不能及時排出。②多部門管理協調難,防汛部門、水文部門和氣象部門的防災信息未能實質性融合,如福建連城縣仍使用兩套平臺分別顯示氣象站和山洪站點監測信息；雨水情自動測報系統普遍存在不足,水位站建設未得到重視,一些自動水位監測站沒有與預警對象關聯,水位站數量偏少,對一些橋梁淤堵漲水、蓄水設施潰決漲水、河道內漂流遇險等情況缺乏監測和預警手段,無法給決策者提供實時信息。③基層防御意識低,自防自救能力不足,缺乏主動關注預警信息和及時轉移避險的意識,一般同時發生山洪和內澇的地區處于偏遠不發達山區,人們的認識水平也有限；一些鄉鎮、村組的山洪防御責任落實有死角,忽略外來人口或旅游人員,不能將預警信息傳達覆蓋至受威脅的每個人。④缺乏具有針對性的規范和標準等技術支撐；治理山洪和內澇在我國都處于探索階段,國外雖然有先進理論和技術,但不一定適應我國的實際情況,無法滿足實際需求。⑤重建輕管,治理覆蓋范圍有限,預警信息存在過于專業化或繁瑣問題,審批、審核環節太多；暴雨山洪發生時,外部的電力、通信容易中斷,難以借助現代化手段傳播信息；隨著經濟的快速發展,對山洪和內澇的防御提出了更高的要求。

3.5 山區城市內澇與山洪災害的防治

基于以上分析,應從工程和非工程措施兩方面對山洪和內澇進行綜合防治。

工程措施：①最大化利用雨洪資源,有效控制雨水徑流,如優先利用植草溝、雨水花園、屋頂綠化、綠地等生態基礎設施排放雨水徑流,建設雨洪花園、透水鋪裝等；建立水資源與山地城市以及周圍地區協調發展的模式,實現雨澇調蓄、地下水回補、雨污凈化、土壤凈化,保持地表徑流量不變。②完善排水管網,提高城市排水標準；對于道路、城市水系、建筑等,考慮其自身調蓄能力,加強源頭控制,在不同層次的規劃中應確保強制實現。③有效利用河道、坑塘等集水區和匯水節點,強化山丘區水庫和市區排澇站防洪排澇設施的建設。④加大對城區內河和山洪溝的治理以及生態基礎建設,如基于實際情況,采取護岸及堤防工程、排洪渠、溝道疏浚,在河流兩側建設自然濕地、生態公園等。

非工程措施：①從基礎理論、數據、跨學科等多方面加強臨界雨量或水位預警閾值、評估模型、多尺度生態基礎設施管理等研究,健全評價與管理體系,如基于大數據、分布式水文模型等預警預報方法,提高監測預警預報精度,研究山丘區強降雨產匯流機制等。②加強雨水情和內澇監測站網建設和運行管理,規范操作使用,補充更新監測預警設施設備,及時發布預警信息。③完善管理體制,山洪和內澇的防治涉及范圍廣,需要多部門協調,政府應加強統籌協調,明確各部門的具體責任,細化分解任務,確保措施落實到位；同時建立專門的考察機構,不定期進行抽查、考察,建立相關法律制度,嚴格追責問究制,對其建設過程進行督促、規范,并建立健全相關政策等。④完善相關標準和規范,在山洪和內澇防治過程中定期舉辦技術交流研討會,針對存在的問題進行討論完善,治理山洪和內澇的措施相互借鑒,避免重復建設,實現資源利用最大化。⑤夯實群測群防體系,可以通過微信公眾號、新聞、典型案例信息報道、廣告、課堂教育、欄目合作等宣傳方式和手段,強化社會各階層對山洪和內澇的理解,使其防治理念滲入人心,形成全社會廣泛支持和參與,提高人們自我預防洪澇的意識,穩步提高山洪災害防御和海綿城市建設的水平和能力。

4 結 語

中國山洪災害防治項目建設取得了一系列建設成果和典型經驗,初步形成了適合中國國情的山洪災害監測預警系統和群測群防體系,發揮了顯著的防災減災效益。目前,針對治理內澇的海綿城市建設正在加速推進,海綿城市建設應借鑒已有的山洪災害防治體系建設經驗,在監測預警、群測群防、管理體制等非工程措施方面結合治理,尤其是利用山洪災害調查評價成果,更合理地規劃山地城市。同時,山洪災害建設也可以吸收海綿城市建設理念,綜合二者開展防御工作,更好地改善城市生態環境,節約資源和資金,減輕人員傷亡和財產損失。