韌性城市理念下的區域雨洪控制系統構建探索及實踐

湯 鐘，張 亮，俞 露，李 亞，陸利杰

(深圳市城市規劃設計研究院有限公司，廣東深圳 518000)

城市是人與自然相互協調發展共生的復雜系統，城市發展必須尊重城市客觀發展的規律。當外部沖擊來臨時，韌性城市是通過城市整體結構和功能的運行方式調整，實現在受到沖擊后基本保持城市功能結構和系統，并能迅速實現災后恢復的一種城市建設方式[1-3]。

洪澇是我國城市最主要的自然災害之一，城市中人口、資產高度集中，一旦受損損失較大。城市雨洪韌性以韌性城市理論為基礎，指城市能夠避免、緩解及應對城市雨洪災害，不受大的影響或者能夠迅速從災害中恢復，對公共和經濟的影響降至最低的能力?；陧g性城市理念的區域雨洪系統相比于常規的雨水管道系統，具有綜合運用自然生態本底的生態韌性和人工雨洪系統的工程韌性，因而有著更強的包容能力。韌性雨洪系統可以分為生態、工程、社會3大部分，如表1所示。

表1 韌性雨洪系統內涵Tab.1 Connotation of Resilient Rain and Flood System

傳統的雨洪系統對于提升水安全的方式主要是增加雨水管渠或加大雨水管渠管徑等工程化措施，并未考慮區域雨洪系統的整體性、復雜性。深圳市光明區以綠色、生態立區，在城市開發過程中將解決雨洪問題視為優先考慮因素。在城市開發建設前保留徑流通道，以系統規劃指導相關建設工作，確保高起點規劃、高標準建設、高水平管理，逐步實現具有抵抗力、恢復力和適應力的區域雨洪系統。本文通過對光明區區域雨洪系統的構建思路進行梳理，以期為其他同類型地區提供參考[6]。

1 規劃區概況及問題分析

1.1 區域概況

光明區位于深圳西部地區，總面積為155.33 km2。光明區自然基底優越，土地儲備豐富，肩負國家海綿城市試點(第二批)、國家低影響開發雨水綜合利用示范區、國家新型城鎮化綜合試點、國家綠色生態示范區、國家綠色建筑示范區、國家循環化改造示范試點園區等國家級改革試點任務。光明區50%以上的用地位于生態控制線范圍內，境內有大面積林地、園地、耕地，水庫、漁塘等大小水體參差其間，自然生態在光明區具有重要作用，應多加保護和利用[7]。

1.2 雨洪問題評估

光明區位于茅洲河流域，城市內澇問題是光明區面臨的重要城市水問題。根據《深圳市歷史內澇調查及問題分析專題》，光明區現狀內澇點有26處，采用MIKE水力模型對現狀排水管網進行評估。通過求解圣維南方程組等流體力學公式，準確地解析管網中的水流狀態，結果如圖1所示。由圖1可知，規劃區管網低于設計標準的比例較高，小于1年一遇的管網占比高達34.3%。采用多指標疊加進行內澇風險評估可知，規劃區整體內澇風險較低，局部地段有零風險區，但茅洲河下游地區抽排區風險較大，有6.2 km2的潛在風險區范圍[8]。

圖1 光明區現狀管網系統排水能力及內澇風險評估Fig.1 Drainage Capacity and Waterlogging Risk Assessment of Existing Pipe Network in Guangming District

1.3 雨洪問題成因分析

綜合分析光明區城市水安全原因，主要有以下因素。

(1)極端降雨頻發，季節性明顯

光明區地處低緯度濱海臺風頻繁登陸地區，受海岸山脈地貌帶、鋒面雨、臺風雨影響，暴雨頻發。根據對最近十年的降雨數據統計(圖2)，2006年—2017年大暴雨(100.1～250 mm)共發生30次，暴雨(50～100 mm)共發生70次，大暴雨比重較高，最大日降雨達247 mm/d。根據光明區內石巖水庫48年雨量資料統計，光明區多年平均年降水量為1 600 mm，且年內分配不均，降雨主要集中在汛期，其中4月—10月降水量占全年降水量的87.6%。

圖2 光明區極端降雨統計[4]Fig.2 Statistics of Extreme Rainfall in Guangming District[4]

根據深圳市氣象局編制的《深圳市暴雨雨型研究》，短歷時設計暴雨雨型(120 min)為前鋒雨型，雨峰系數為0.35(第42 min)，長歷時暴雨雨型采用珠江三角洲雨型[9]。

圖3 深圳市年徑流總量控制率與設計降雨量之間的關系Fig.3 Relationship between Control Rate of Total Annual Runoff and Designed Rainfall in Shenzhen City

根據深圳40多年的氣象資料統計，得到深圳市日降雨量-年徑流總量率控制曲線(圖3)。 深圳市70%年徑流總量控制率對應的設計降雨量為31.3 mm，即要實現70%年徑流總量控制率的目標，海綿城市各項設施需容納單位面積用地上不低于31.3 mm的降雨量。

(2)地勢低洼，抽排排水

光明區位于茅洲河流域，屬于全市最大的抽排區。上游地區依山而建，山體匯水面積大，帶來洪澇壓力；中下游地區地勢低洼，加之潮位的頂托，汛期時部分區域雨水不能自流排放，易形成區域性澇災?，F狀采用泵站進行抽排。

(3)硬化面增加，標準偏低

隨著城市建設的快速發展，許多池塘、稻田等滯洪區被開發為城市建設用地，地表滯蓄能力及地面的滲透能力降低，導致洪峰流量加大，洪峰提前?，F狀排水設施建設標準偏低，排澇泵站規模不夠，河道防洪不達標，建成區高速開發建設嚴重破壞原有排水體系，一旦出現超標準的強烈極端天氣，極易形成嚴重洪澇問題。

(4)侵占河道，暗渠化嚴重

河道兩岸城市建設存在侵占河道用地的現象，下游河道淤積嚴重，導致河道行洪斷面減少，造成防洪標準下降，加劇了洪澇災害隱患。光明境內有暗渠的支流有9條，有些暗渠淤積嚴重，且清淤困難，防洪標準嚴重不達標[10]。

2 生態雨洪韌性系統

生態雨洪韌性系統是區域雨洪系統中的重要組成。對已受破壞的水體、低洼地等自然本底，運用生態手段進行恢復和修復，并維持一定比例的生態空間。結合生態岸線恢復目標，考慮河岸、水庫、湖泊、濕地周邊用地類型，根據水體現狀水質情況、整治情況、水生態系統情況等，有區別、有針對性地提出生態雨洪的修復策略。規劃區生態雨洪韌性系統主要包括“海綿基質”生態框架和徑流路徑的保護等內容[11]。

2.1 保護“海綿基質”生態框架

規劃區主要的綠色“海綿基質”可分為城市公共部分、林地部分、濕地部分(表2)。根據地塊性質與居民生活需求，因地制宜設置海綿基礎設施，提升公共綠地的海綿功能?！昂＞d基質”生態框架主要分為4類：城市公共綠色基礎設施、林地綠色基礎設施、濕地綠色基礎設施和海綿技術應用。通過規劃調整、海綿城市建設指引、項目審查、竣工驗收等方式，對“海綿基質”進行全面保護，為雨水預留滯蓄空間(圖4)[12]。

表2 “海綿基質”生態框架Tab.2 Ecological Framework of “Sponge Matrix”

圖4 光明區 “海綿基質”分布Fig.4 Distribution of “Sponge Matrix” in Guangming District

2.2 徑流路徑的保護

通過高精度DEM建立光明區匯水分區及徑流路徑(圖5)，疊加現狀河道，全區河道走向基本合理，有3處有徑流路徑但是無河道區域，且與內澇點分布較為吻合。根據對徑流路徑的GIS分析，主要徑流路徑已屬于藍線保護范圍，但仍有部分地區存在提升空間[13]。

(1)城市更新區

公明老城區現分布大量舊村，目前主要采用暗渠的形式排洪，徑流路徑的完全割裂對區域排水不利，建議在舊村改造的同時，盡可能對徑流路徑通過景觀提升的方式加以保護。

圖5 徑流路徑保護Fig.5 Runoff Path Protection

(2)河道上游區域

新陂頭河(南北支)、鵝頸水等河道上游基本處在生態控制線內，應不斷提升徑流路徑周邊的生態涵養建設，減少水土流失。

2.3 水環境提升方案

規劃區對水環境治理有很高的要求，水體水質方面，要求近期地表水體水質基本達到Ⅴ類水標準，完成黑臭水體治理目標；面源污染控制方面，要求近期徑流污染物削減率(以SS計)不低于40%，遠期不低于50%。城市建設區的點源及面源污染是城市的主要污染來源，加強對污染企業的排放控制，加強對面源污染的防控，利用“滲、滯、蓄”設施減少地表徑流量；利用“凈”設施削減面源污染物。采用工程和非工程型措施削減徑流量，減少進入徑流的總污染量。規劃近期通過一河一策，制定黑臭水體治理方案，達到Ⅴ類水要求；遠期通過構建“源頭、過程、末端”全過程控制系統，對入河污染物進行全流程管控，達到徑流污染削減目標，并保證水環境質量達標。

3 工程雨洪韌性系統

工程雨洪韌性系統是保障水安全的核心內容，常規的水安全體系僅由雨水管渠系統及河道防洪系統組成，不能應對當前愈發嚴峻的城市水安全問題。本項目根據光明區本地特點構建源頭減排系統、排水管渠系統、排澇除險系統和應急管理系統相互融合的城市水安全體系，并與防洪系統相銜接[14]。

源頭減排系統通過場地及道路海綿城市建設進行控制，通過在源頭建設海綿城市設施，減少徑流產生量、延長雨水匯流時間。源頭減排系統主要控制中小降雨，排水管渠系統主要依靠雨水管渠系統，排除及調節市政排水及內澇防治標準內的雨水。排澇除險系統包括內澇防治系統以及河道防洪系統，各系統分別控制各自標準內的降雨，如表3與圖5所示。

表3 雨洪韌性系統工程設計標準[5]Tab.3 Engineering Design Standard for Stormwater and Flood Resillient System[5]

注：降雨曲線數據采用茅洲河流域中心點最大24 h設計雨量

3.1 源頭減排系統

在地塊、道路等雨水產生和匯集的源頭開展海綿城市建設，建設透水鋪裝、綠色屋頂等透水下墊面，增加透水下墊面比例，合理控制城市開發強度，減少徑流產生量、降低對下游市政排水系統及防洪系統的壓力。針對規劃區主要的用地類型提出了新建地塊類、綜合整治地塊類、道路類3大源頭減排指標系統，在新改建項目中，按照海綿城市分類用地指引進行規劃設計和建設，嚴格執行地塊控制目標(表4)。

表4 年徑流總量控制率指標(綜合整治類項目)Tab.4 Indicators of Total Annual Runoff Control Rate (Comprehensive Improvement Projects)

3.2 排水管渠系統

(1)提升雨水管渠設計標準，提高管網排放能力

根據《深圳市排水(雨水)防澇綜合規劃》，光明副中心屬于中心城區，雨水管渠設計重現期應取5年一遇。高鐵光明站屬于特別重要地區，雨水管渠設計重現期應取10年一遇。其他地區的雨水管渠設計重現期應取3年一遇。

(2)對排水能力不足管段、內澇風險區新/擴建雨水泵站

雨水泵站的設置應能快速排除澇水，防止內澇的產生。泵站常設置于低洼區域、洪潮影響區域、歷史內澇區域等。通過對現有資料及模型結果的研判，規劃保留1座泵站，新建3座雨水泵站，擴建3座雨水泵站，總設計流量為296.98 m3/s，統籌解決各片區的內澇風險，如圖6所示。

圖6 重點保護區域及泵站規劃Fig.6 Planning of Key Protection Areas and Pumping Stations

3.3 排澇除險系統

根據《城鎮內澇防治技術規范》及《深圳市排水(雨水)防澇綜合規劃》，確定規劃區內澇防治設計重現期為50年，并采用數學模型方法進行評估。

以公明、上下村、合水口排洪渠片區為例(圖7)。由于高區雨水排入了低區雨水系統，加重了低區的內澇風險，同時低區地勢較低(低于茅洲河20年洪水位)，受潮水頂托影響，且泵站抽排系統尚待完善，低區雨水無法順利排出。本區域排澇系統的構建思路為：(1)高區，高水高排，使高水高排區域的雨水能夠自由進入排洪渠后排向茅洲河；(2)低區，低水圍排，低區的雨水通過行泄通道、管網系統收集后經泵站抽排至有堤防達標的支流，最終排向茅洲河。

圖7 光明區內澇風險模型評估(50年一遇暴雨)Fig.7 Assessment of Waterlogging Risk Model in Guangming District (Once in Every 50 Years)

3.4 超標應急系統

(1)規劃建設行洪通道，解決超標雨水排放問題

行泄通道主要以河流水系、排水干溝、明渠、暗渠為基礎，主要作用為將超標雨水就近排至水體，避免內澇災害發生。本次規劃新建雨水行泄通道總長度為4.295 km，總設計流量為183.75 m3/s。

(2)多功能雨水調蓄系統

隨著城市的開發建設，不透水下墊面急劇增加，雨水徑流量增大，城市雨水管網的排水壓力急劇增大，增大內澇風險。雨水調蓄池可以將峰值流量暫時貯存，流量下降時再將蓄水池中水外排，削減了洪峰流量，從而降低下游管渠的排水壓力，提高整體排水和防澇能力。對于現狀已建且高密度開發區域，通過在公園下、建筑下的調蓄設施的建設，可以大大降低建成區的內澇風險。結合規劃區正在開發現狀有利條件及集約利用土地的需求，建議調蓄設施以雨水濕地、多功能調蓄等設施為主，兼具一定的凈化功能。規劃集中雨水調蓄設施14處，皆為調蓄水體，主要目的是調節峰值流量，為周邊提供蓄水空間。

(3)整治河道斷面，兼顧防洪需求與生態效益

河道的布置符合城市防洪與相關規劃的要求，應首先對現狀河道過流能力進行校核，不能滿足城鎮內澇防治設計標準中的雨水調蓄、輸送和排放要求時，結合用地條件，增加河道行洪斷面尺寸，提高過流能力，并且需要與城市用地、交通網絡及排水等規劃相協調。順河勢維持河道走向不變，不縮窄河道，在有用地條件下，盡量以拓寬河道方案為主，增加行洪斷面尺寸，降低洪水位，為城市雨水順利排放創造有利條件。規劃區綜合治理總長度為71.11 km。每條河道因地制宜編制“一河一策”方案并納入河長制常態化管理。

圖8 行泄通道及雨水調蓄設施布局Fig.8 Layout of Flood Discharge Chennel and Stormwater Storage Facilities

4 社會雨洪韌性系統

社會雨洪韌性系統主要從城市管理、應急搶險、機制體制等方面建立雨洪管控體系。

4.1 制定超標暴雨應急方案

有效應對超標暴雨(降雨頻率超過內澇防治標準但小于防洪標準的暴雨)是韌性雨洪系統的一大目標。光明區內澇防治標準為50年一遇，本次超標暴雨標準按100年一遇設計。采用數學模型法識別超標暴雨情況下內澇風險區的分布、淹沒等，提出實施交通管制建議；充分發揮防汛物資倉庫、社區中心、學校、福利設施等規劃應急避難場所，保障超標暴雨情況下人民群眾生命安全[6]。

當發生超標暴雨時，光明區出現4處易澇風險區，為應對內澇災害，需對4段道路進行暴雨時交通管制，總管制長度為7.14 km。流域內有1座區級防汛物資倉庫以及1座街道級防汛物資倉庫可供使用，超標暴雨發生時充分發揮防汛物資倉庫的作用，調用物質，保證城市正常運行。為保障人民群眾生命安全，流域內共規劃室內應急避難所74處，主要為學校、社區中心、福利設施等(圖9)。

圖9 光明區超標暴雨應急防汛系統布局(百年一遇暴雨)Fig.9 Layout of Emergency Flood Control System for Excessive Torrential Rain in Guangming District (Once in Every Hundred Years)

4.2 開展智慧水務建設

(1)積極建立基于GIS的城市排水管網數據庫

建立城市排水管網的地理信息系統，數據標準和質量應滿足構建水力模型的需求，并為智慧城市、智慧水務建設提供基礎數據。實現日常管理、運營維護、系統調度、災情預估等，并根據城市建設情況動態更新，提高城市排水防澇系統的智慧化[7]。

(2)盡快建立智慧水務平臺

加快防汛視頻監測、遙感預報和指揮調度系統建設，整合智慧光明、智慧海綿、數字城管、交警監控等資源，建立智慧水務綜合平臺，在同一平臺下執行防汛決策。全面提升城市防汛指揮信息化、自動化水平(圖10)。

(3)建立各部門之間的信息數據共享和協調聯動機制

加強同氣象、水利、交通、公安等部門的溝通協商，建立信息數據共享機制；建立聯合會商機制，明確各部門職責，完善城市暴雨預警及防澇協調聯動機制。

圖10 光明區智慧海綿城市信息化平臺Fig.10 Informatization Platform of Intelligent Sponge City in Guangming District

4.3 完善體制機制

當前排水防澇存在的諸多問題尚不能適應光明區經濟社會發展的要求，因此，應按照《國務院辦公廳關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》、《關于做好城市排水防澇補短板建設的通知》等要求，建立有利于光明區排水防澇系統運行的體制機制，確保相關要求落實到建設、運行、管理上。

5 總結

本文以光明區韌性雨洪系統構建為案例，堅持生態為本、自然循環理念，保證雨水匯水區和山、水、林、田、湖等自然生態要素的完整性，努力實現城市水體的自然排水。通過加強灰色基礎設施和海綿城市設施建設，構建城市雨水調蓄、排水系統，綜合調控消除城區雨水內澇，提高城市雨水排澇安全保障能力。作為新生概念，城市雨洪韌性在如何落實生態雨洪保護空間、銜接各類工程措施、建立管理和預警制度等方面需要做進一步的研究和探索。