高度建成區內澇防治標準提升策略研究

張曉菊，任大偉

(深圳市規劃國土發展研究中心，廣東 深圳 518040)

2019年中共中央、國務院在《粵港澳大灣區發展規劃綱要》提出要強化城市內部排水系統和蓄水能力建設，建設和完善防洪(潮)排澇體系，有效解決城市內澇問題。深圳作為降雨充沛、建成度高、地形復雜的濱海城市，依據2015年的《深圳市排水(雨水)防治綜合規劃》，采用50年一遇的設計降雨標準，已初步構建由“雨水管網、排澇泵站、行泄通道、調蓄空間”組成的雨水排澇系統的雛形，全市內澇、積水的整治已取得了較大的進展，內澇災害得到了一定的控制。住房和城鄉建設部于2016、2021年出臺《室外排水設計規范》和2017年《城鎮內澇防治技術規范》，指出超大城市內澇防治標準為100年一遇，因此深圳市現有內澇防治體系有必要進行進一步的提升和完善。

城市化引起的深圳市建成度高、開發強度高、更新需求高的特點，使得下墊面不透水面積不斷增大，改變原有城市水體自然循環的路徑，使雨水洪峰提前、徑流量增大，導致城市內澇頻繁發生。城市內澇的發生是多方面因素導致的，包括隨著極端天氣的影響降雨異常頻率增加、雨分布不均、隨著城市的建設不透水面積比例不斷加大導致徑流量增大、雨峰增大、城市熱島效應等自然因素，以及排水管系設計標準偏低、地勢低洼、排水管網建設落后、維護管理不到位等人為因素。

深圳市的內澇主要成因包括：①管渠設計標準偏低，管網整體排水能力不足；②洪潮水位頂托，導致排水不暢；③復雜的管理原因，例如建設中導致地勢低洼、工程施工造成雨水主干管破壞，管道淤積、堵塞。

在深圳市這種高度建成、空間緊缺的區域條件下，如何通過新思維、新路徑、新抓手，從多個層面探索內澇防治的方法和策略[1-2]，提升并完善與深圳城市新定位相匹配的城市內澇防治體系，將為深圳及類似城市內澇防治工作、提升城市暴雨災害防御能力提供有效的科學依據和參考[3-7]。

本研究選取深圳河流域為典型區域，結合現有城市規劃條件和排水雨水設施建設條件，按照100年一遇內澇防治標準開展內澇風險綜合評估，明確現有內澇防治系統的短板和內澇風險區域。在此基礎上，本研究提出通過“源頭優化、適度提標、立體行泄、多元調蓄、洪澇共治”的多元手段和方法，以此優化城市內澇防治系統方案[8-9]，全面提升內澇防治能力，并對提升方案進行效果評估，以期為類似高度發展的濱海城市提供相關案例。

1 現狀分析

1.1 內澇治理情況

深圳市現狀已建成分流制雨水管(渠)達7 000 km，其中現狀雨水主干管網約1 600 km，另有截流、合流管渠將近1 200 km，雨水收集排放主干系統已基本形成；現狀行泄通道總長達1 230 km，其中大型澇水行泄通道總長度470 km；現狀已建雨水泵站89座，總設計規模達850 m3/s；天然河道、水庫、池塘湖泊、滯洪區、人工景觀水體以及人工修建的雨水調蓄池等洪澇滯蓄空間共計251處。隨著內澇點、積水點整治工作按序推進，全市內澇點數量已由2014年的446處減少到如今的內澇點256處、積水點53處。

受傳統排水防澇思維影響，內澇整治的工作重點依然側重于管網建設、澇區治理等傳統工作內容，對于規劃提出的行泄通道、調蓄空間等內澇防治措施推進較緩；外加雨水泵站落地困難，尚未建立形式多樣、層次分明的行泄通道體系，調蓄能力尚顯不足等現狀問題的存在，使得整體內澇防治水平仍需進一步提高。

1.2 深圳河流域現狀內澇情況簡介

深圳河流域范圍172.7 km2，主要的河流為深圳河、皇崗河、筆架山河、福田河等，共計31條；水庫共計22座，依據河流水系、地表高程及排水系統特征，深圳河流域可劃分為12個二級排水分區，包括皇崗河片區、福田河片區、布吉河干流片區、蓮塘河片區、沙灣河片區、水庫排洪河片區(其中包括深圳水庫流域范圍)、水徑水片區、筆架山河片區、正坑水片區、梧桐山河片區、保稅區片區、荔枝湖及周邊片區。

流域內現狀已建雨水管渠總長度達800 km，雨水收集排放主干管網系統約264.46 km，現狀行泄通道總長達106 km，其中大型市政澇水行泄通道有9條，總長達68.9 km；現狀共有15座雨水排水泵站，深圳河流域現狀共有調蓄水體20處，其中包括水庫17座，雨水蓄滯空間3處。

通過Mike Flood模型，采用100年一遇的24小時的設計降雨，對深圳河流域現狀內澇風險區域進行評估[8,10-15]。采用Mike Urban模塊構建排水管網模型，Mike 21模塊構建二維地表模型，水位邊界采用防洪(潮)的成果，最終在Mike Flood平臺耦合城市水文模型和二維地表模型(圖1)，形成100年一遇降雨條件下的區域內澇風險情況。

圖1 深圳河流域Mike模型的建立

模型率定的基本方法是通過比較實測排水系統中的水力數據與水力模型模擬的結果，尋找二者之間存在的偏差，通過調整模型產匯流、管流、二維漫流參數，主要包括沿程水文損失、下墊面不透水比率、初損、地表徑流速度、水文過程線、管道曼寧系數等，使得模擬結果與實測數據之間的誤差低于正負15%閾值。本研究率定選取布吉河片區作為對象，在3場降雨條件下對片區內的5個監測點的管道流量進行了監測，同時在相同的外界條件下進行模型計算；將實際監測結果與模擬結果相對比，確定模型的準確度。同時，也將模擬的內澇風險分區與實測現狀易澇區域內澇風險區域進行了一一對比，進一步提高模型精確度。

深圳河流域現狀易澇風險區總計5.58 km2，主要集中在福田河片區、水庫排洪河、布吉河片區、皇崗河片區、筆架山河片區、荔枝湖片區、蓮塘河片區、沙灣河片區等(圖2)。基于管線數據更新完善，模型參數設置合理等原因，模型模擬結果與歷史記錄內澇風險區域吻合度較好。

圖2 深圳河流域現狀內澇分布

2 內澇完善策略探討

依據深圳自然條件和城市建設特征，立足現狀排水系統，貫徹“以人為本、安全為先、功能融合、建管并重”的理念，以構建完善的城市內澇防治系統、有效應對城市內澇防治標準以內的100年設計降雨為目標，構建“源頭優化、適度提標、立體行泄、多元調蓄、洪澇共治”的城市內澇防治綜合體系，不斷提高深圳市排水防澇能力，為實現中國特色社會主義先行示范區和全球標桿城市的城市發展目標提供強有力的支撐。

在內澇防治體系的構建和完善過程中，充分考慮各流域降雨、氣象、土壤、水資源等不同因素，結合用地、建設條件、道路，借助Mike Flood水力模型，綜合研究雨水管渠、內澇防治各類設施、防洪潮邊界條件，進行多方案比選，最終優化具備可實施性的內澇防治方案，完善可持續城市排水防澇系統[8-14]。

2.1 源頭優化

2.1.1源頭優化策略

在新的城市發展轉型過程中，堅持綠色和可持續發展，統籌推進全市海綿城市建設，綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，通過分散的、小規模的源頭控制設施來實現對降雨所產生的徑流和污染的控制，使區域開發建設后盡量接近于開發建設前的自然水文狀態，構建可持續、健康的水循環系統[15]。

深圳市的海綿建設目標為力爭將70%的降雨，即31.3 mm降雨，就地消納和利用，降低暴雨初期對城市的影響、削減徑流污染負荷、提高雨水資源化水平、改善城市景觀等多重目標；到2030年，城市建成區80%以上的面積達到目標要求。深圳市已完成海綿城市項目3 600余個，建成區約35%左右的面積達到海綿城市建設的目標。

2.1.2深圳河流域源頭優化方案

深圳河流域海綿城市建設通過點、線、面結合的方式全面推進，深圳河流域的近期(至2025年)重點建設片區為深圳水庫片區、筍崗—清水河片區、福田保稅片區，通過成片推進、融合推進與全面實施的推動態勢，助力遠期(至2030年)的布吉河片區、福田河片區的成片二級排水分區推進，實施“流域-片區-單元”三級管控，達到徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制要求，將深圳河流域70%年徑流總量控制率(31.3 mm)的總目標細化分解至每個控制單元(圖3)。從源頭控制降雨就地消納，不入雨水管渠，是海綿城市建設對內澇系統的重要理念。

圖3 深圳河流域海綿建設重點建設區域及流域分布

2.2 城市豎向調整

針對地勢低洼的內澇風險區，在有條件地區，可考慮結合城市更新、土地整備、棚改等調整城市豎向，從而解決內澇風險。城市豎向規劃是城市規劃建設的重要組成部分，是實現城市建設工程技術合理、造價經濟、景觀美好的重要手段，同時，城市豎向對河流水系的流向、雨水徑流的排除、雨水管渠系統的布設起著舉足輕重的作用。因此，合理的控制城市用地豎向高程，是規避內澇風險，防治城市內澇的最為有效的手段之一，是從源頭上降低城市內澇風險的方法。

通過識別易受“客水”影響的低洼易澇地區以及城市規劃豎向不合理區域，提出豎向控制建議，力求從源頭解決內澇風險問題，指導城市開發建設。常規的城市豎向規劃缺乏與城市大小排水的系統連接，在豎向制定中針對洪(潮)水位等影響因素的分析缺乏強有力的論證，存在較強的主觀性。同時，地塊的抬高必然會導致周邊地塊的內澇風險增加，內澇風險的增加程度缺乏理論依據，無法合理評價地塊抬高導致的風險影響程度。因此，建議場地豎向控制應建立適宜的管網模型結合相應的場地性質及豎向調整，客觀分析城市排水系統中的場地性質與豎向。與此同時，通過在豎向規劃調整以及分析常規城市豎向規劃存在問題基礎上，對城市豎向控制提出的手段包括：①城鎮用地應優先按照有利于雨水排除的豎向進行控制，盡量避免形成排水不利區域；②應根據城市防洪排澇規劃確定防澇系統布局，優化城鎮建設用地布局；③城鎮豎向設計應充分考慮雨水重力自排；④建設用地地塊內的豎向高程應高于相鄰道路最低處0.2 m以上；⑤采取有效措施，防治雨水進入低洼抽排區域。

2.3 適度提升管線標準

針對分布較散、面積較小的內澇風險區，在有條件的地區，通過適度提高雨水管道標準(圖4)，達到消除內澇風險的目的。鑒于雨水管網設計重現期為3～5年(特別重要地區10年)，在超出雨水管網重現期的暴雨工況下，大部分雨水管網已呈現滿流狀態。部分大于設計重現期的雨水管道尚有部分余量，該部分管線可利用管線余量承擔內澇防治功能。對有條件的地區、管段，通過適當增加雨水管網重現期，減少澇水溢出危害。

圖4 適度提標示意和案例示意

管線的提升需要結合全市的城市豎向、土地利用、雨水管網、內澇風險位置等因素，對有條件的雨水管網因地制宜的進行適度提標，通過適度提升雨水管網重現期標準，起到對城市內澇削減的作用。

2.4 建立分級行泄通道

2.4.1分級行泄通道策略

城市澇水行泄通道主要承擔防澇系統雨水徑流輸送和排放功能的通道，通過多層次、多形式的行泄通道，構建“綜合行泄通道”網絡，包括城市河道、明渠、道路、隧道、生態用地等(圖5)。城市澇水行泄通道的主要作用為結合城市豎向、水系布局，將超標雨水就近引入到河道中，避免內澇災害發生。根據行泄通道建設方式不同，可以分為：①明渠型行泄通道，即充分利用明渠的排澇能力，通過明渠將澇水排入河湖(或調蓄空間)，成為澇水排放行泄通道;②暗渠型行泄通道，將部分有條件的主干渠道功能進行提升，由排放雨水功能提升為雨水和澇水兼顧排放，成為澇水排放行泄通道;③隧道型，當地面徑流排放條件不足，地下管渠擴建受限時，經充分論證可采用隧道作為澇水行泄通道;④生態用地型，通過將有條件的生態用地建設成為下凹式綠地，充分利用生態用地空間將澇水排入河湖(或調蓄空間)，成為澇水排放行泄通道;⑤道路型，在不影響城市交通的情況下，通過路面漫流方式將澇水排入河湖(或調蓄空間)，成為澇水排放行泄通道;⑥河道型，即充分利用河道排澇能力，以河流水系構筑的防澇體系為基礎，合理布局澇水行泄通道，將澇水快速順利排放。

圖5 分級行泄通道原理

通過結合城市豎向及河流水系分布，以河流水系為防澇體系基礎，充分結合地形地勢、城市建設、道路豎向等條件，通過合理運用河道、明渠、道路、隧道、渠道、生態用地等作為排水通道，合理布局澇水行泄通道，通過多層次、多形式的行泄通道，建立多層次的澇水徑流輸送和排放行泄通道。

2.4.2深圳河流域管線提升和行泄通道情況

結合深圳河流域的豎向、現狀和規劃雨水管網、內澇風險區域等因素，對有條件的雨水管網因地制宜地進行適度提標，深圳河流域規劃提標雨水管總長度為24.8 km，其中新建雨水管渠約6.42 km，現狀改擴建18.38 km。

采用Mike Flood模型分析澇水匯集路徑，結合城市豎向及河流水系分布，合理布局澇水行泄通道，建立多層次、多形式的澇水徑流輸送和排放行泄通道。深圳河流域規劃建設澇水行泄通道總長度為176.71 km，其中現狀保留的行泄通道長度為151.88 km，規劃新改建澇水行泄通道長度為24.83 km(圖6)。

圖6 深圳河流域管線提標及雨水行泄通道規劃

2.5 多元調蓄

2.5.1多元調蓄策略

將雨水徑流的高峰流量暫時貯存于雨水調蓄設施中，待流量下降后，再將蓄水池中水排出，以削減洪峰流量，降低下游管渠的規模，節省工程投資，提高城市的排水和防澇能力，降低內澇風險。

在雨水調蓄設施的建設中，應充分發揮現狀城市濕地、水系、下凹式綠地等雨水調蓄功能，作為雨水調蓄空間，解決用地緊缺的同時，節省工程投資。對于專用雨水調蓄池，適用于內澇積水較為集中局部洼地處、排水通道較長的主干管渠上，工程上采用不同的建設模式，發揮其最大效應。對于現狀建成度較高的區域，調蓄設施的建設可解決排水標準提升，避免管道的改擴建，是一種合理有效的綜合措施。采用地上地下、天然人工等多種形式，通過用地復合、功能復合、管控復合的高度復合，因地制宜地通過上游分流、中游旁通、下游承接的調蓄模式，建立多元的澇水調蓄空間體系(圖7)。

圖7 多元調蓄示意

2.5.2深圳河流域雨水調蓄設施分布

深圳河流域通過采用上游分流、中游旁通、下游承接的調蓄模式，建立多元的澇水調蓄空間體系，并結合公園、綠地等建設雨水調蓄設施，落實用地；共規劃建設雨水調蓄設施18處，總占地面積107.38 hm2，總調蓄容積91.02萬m3，其中雨水調蓄空間10處，雨水調蓄池5處，其余為現狀調蓄水體及人工湖3處(圖8)。

圖8 深圳河流域雨水調蓄設施規劃

2.6 洪澇相宜

2.6.1洪澇相宜的策略

通過與全市防洪潮研究內容相銜接，校核內澇排放工況，優化完善內澇方案，保障內澇和防洪系統協調高效運行，充分發揮綜合效益[7]。首先，針對山洪，要秉承“雨洪分流”理念，通過截留山洪就近入水體，避免山洪入城；其次，針對河道的洪水，需要通過協調對接河道防洪水位、水量、重大工程，校核內澇排放工況，優化完善內澇方案；最后，沿海區域，通過銜接海潮防潮水位，校核內澇排放工況，保障澇水排放條件。

a)非感潮河段采用同頻銜接，即100年一遇降雨遭遇河道100年一遇防洪水位；感潮河段采用降頻銜接，即采用100年一遇降雨遭遇20年一遇潮水位。

b)對于防洪標準為20～50年一遇的河道，采用降頻銜接，即采用100年一遇降雨遭遇20～50年一遇洪水位。

2.6.2深圳河流域洪澇銜接

依據防澇體系與防洪設施銜接標準，秉承“雨洪分流”理念，深圳河流域通過截留山洪就近入水體，避免山洪入城，通過協調對接河道防洪水位、水量、重大工程，校核內澇排放工況，優化完善內澇方案。

3 深圳河流域內澇防治標準提升效果評估

依據深圳河流域的特點，綜合采用了源頭減排、管網提標、行泄通道、雨水調蓄設施，全面提升流域范圍內的內澇防治水平。源頭減排實施從源頭控制降雨就地消納，將深圳河流域70%年徑流總量控制率(31.3 mm)的總目標，通過“流域-片區-單元”三級管控措施，細化分解至每個控制單元，達到徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制要求。管網提標主要針對內澇積水范圍不大的區域，可以單獨通過管網標準提升解決內澇問題，也可以同時結合行泄通道進行綜合提升。針對超標暴雨，地面徑流可通過行泄通道快速進入下游受納水體，行泄通道的設置結合城市豎向、水系分布布置，從而避免內澇災害發生；深圳河流域的行泄通道主要結合排水干渠、暗渠等作為排水通道予以考慮和布置。通過內澇風險區域，通過選取附近的公園、綠地、廣場作為雨水調蓄空間，解決建設用地緊缺問題，用來接納周邊匯水區在排水管網超載情況下的溢流雨水，同時應充分發揮現狀城市濕地、水系、下凹式綠地等雨水調蓄功能，作為雨水調蓄空間，解決用地緊缺的同時，節省工程投資。對于專用雨水調蓄池，主要針對內澇積水較為集中的局部洼地和排水通道較長的主干管渠，通常采用不同的建設模式來發揮其最大效應，主要包括地上式、地下式和半地下式，依據深圳河流域特點，主要采用地下式調蓄池。

深圳河流域，針對100年一遇的24小時降雨，通過Mike Flood模型進行模擬和評估，全流域范圍內易澇風險區面積總計為0.85 km2，與現狀內澇風險區域面積5.58 km2相比，面積減少了85%，內澇防治提升效果顯著(圖9)。

圖9 深圳河流域內澇防治措施下的內澇分布

4 結論

提出構建“源頭優化、適度提標、立體行泄、多元調蓄、洪澇共治”等多元內澇防治手段和策略，統籌優化完善城市內澇防治系統方案，全面提升城市內澇防治水平，保障100年一遇降雨下的城市安全，以期為其他類似條件下的城市內澇標準的提升策略提供借鑒。以深圳河流域為例，構建Mike Flood排水模型，對內澇風險的應對方案進行評估，主要研究成果和結論如下。

a)通過因地制宜地布置源頭徑流控制措施，實現降雨的就地消納和利用，適當削減徑流峰值和總量，并能兼顧面源污染消減和城市景觀提升等方面綜合效應。

b)結合城市豎向、土地利用、雨水管網、內澇風險等因素，對有條件的雨水管網因地制宜地進行適度提標，通過適度提升雨水管網重現期標準，起到對城市內澇削減的作用。

c)結合城市豎向及河流水系分布，以河流水系為防澇體系基礎、通過合理運用河道、明渠、道路、隧道、渠道、生態用地等作為排水通道，通過多層次、多形式的行泄通道，建立多層次的澇水徑流輸送和排放行泄通道。

d)采用地上地下、天然人工等多種形式，通過用地復合、功能復合、管控復合的高度復合，因地制宜地通過上游分流、中游旁通、下游承接的調蓄模式，建立多元的澇水調蓄空間體系。

e)秉承“雨洪分流”理念，通過截留山洪就近入水體，避免山洪入城；通過校核內澇排放工況，協調對接河道防洪水位、水量、重大工程，銜接海潮防潮水位，進一步優化和完善內澇防治方案。