鄭州城區洪澇災害防治思路與布局

張婉麗 董永立

(1.鄭州市河道工程管理處,河南 鄭州 450007;2.鄭州市水利建筑勘測設計院,河南 鄭州 450007)

近年來,全球氣候異常現象時有發生,鄭州洪澇情勢嚴峻。隨著城市化進程不斷加快,城市規模迅速擴大,城市防洪安全保障面臨新的形勢和挑戰[1],特別是2021年“7·20”特大暴雨事件,更加暴露出鄭州市防洪減災體系還存在諸多問題和薄弱環節短板,洪水風險威脅嚴重,全面系統提高防洪減災能力十分迫切。

1 鄭州洪澇災害的特點

受太平洋副熱帶高壓暖濕氣流及地形阻擋抬升作用的影響,鄭州年降水量的時空分布不均勻,尤其是汛期降雨常以暴雨形式出現,其特點是雨強大、歷時短、籠罩范圍小,洪水集中程度高、匯集快和突發性強[2]。主城區城市建設造成不透水面積增加,加上西高東低明顯的地勢條件,致使上游洪水陡漲陡落,城區產流增加、匯流加快,內水疊加外洪,增加了泄水壓力。洪水進入市區后由于地勢平緩,坡降突然變緩,流速快速變小,下泄滯阻,極易壅高水位,引發洪澇災害[3]。

根據1951—2021年鄭州主要氣象站統計數據,鄭州暴雨中心帶集中位于城市中部和西南部地區。暴雨年際變化明顯,20世紀50—70年代呈波動上升趨勢,90年代以后基本維持小幅波動,近年來中等強度的降雨顯著增加。根據歷史積水點調查,主城區近10年累計積水點多達200余處,主要集中在沿河地帶、橋頭、下穿立交橋和一些地勢低洼處,主要分布在老城區金水河、東風渠、熊耳河沿線,鄭東新區圃田區域等處,典型積水點如河醫片區、龍子湖片區、白沙片區等積水深度為0.5～2m,退水時間約1～4h[4]。

2021年“7·20”特大暴雨期間,鄭州城區金水河、熊耳河、東風渠等泄洪通道持續高水位運行,部分河段發生洪水漫溢,河道洪水與地表內澇連成一片,部分積水區域持續長時間不具備抽排條件,全市有2000多個小區受不同程度影響,城區多條道路積水嚴重,地鐵停運,部分地區鐵路、公路、民航、電力、通信受到嚴重影響[5]。

2 防洪排澇體系現狀

近十幾年來,鄭州市先后對主城區賈魯河、索須河、魏河、十七里河、十八里河、七里河等河道進行了治理。其中,賈魯河市區段河道防洪標準達到100年一遇,其他河道防洪標準為20～50年一遇(見圖1)。在遭遇“7·20”特大暴雨沖擊時,主城區河道堤防整體完整,有力保障了人民群眾的生命財產安全。但主要防洪河道局部仍有阻水卡點,主要為老舊簡易橋梁、渡槽、涵洞等。“7·20”特大暴雨期間,賈魯河承泄了上游水庫、河道等洪水,水位不斷上漲,白沙園區及中牟縣河段防洪水位比50年一遇水位高出1.20m,距堤頂僅有0.30～0.50m,隴海鐵路下游河段3處出現決口[6];七里河最高洪水位接近兩岸堤頂,京港澳輔道橋、康莊村橋處均出現了漫堤現象,多處主槽邊坡出現局部坍塌;金水河四處防洪卡口河段受損嚴重,其中,濱湖北路沖毀,北閘口沿河路全部被淹沒,大學北路洪水漫過橋面損壞嚴重,水上餐廳處洪水漫過路面,造成護岸塌方[7]。

圖1 市區現狀河道防洪標準

十余年間,城區上游十余座水庫都進行了除險加固,在“7·20”特大暴雨中,共攔蓄洪水約1億m3,為下游減災做出了突出貢獻。特別是主城區西部的常莊、尖崗、郭家咀以及丁店水庫地勢高,與主城區落差大,防洪功能更加突出。水庫群聯合調度,錯峰下泄,有效保護了南水北調總干渠、重要交通干線等基礎設施和人民群眾的生命安全。但由于郭家咀水庫溢洪道被違法堵塞,漫壩行洪,大壩下游壩坡受損嚴重,庫區淤積,也給全市水庫防洪安全敲響了警鐘。

3 防洪除澇存在的主要問題

市區防洪除澇受外部因素和內部因素共同影響。

3.1 主要影響因素

a.極端天氣變化增加受災概率。受全球氣候變暖的影響,西太平洋副熱帶高壓偏強偏北,熱帶地區臺風活動進入頻發期,海平面上升,降雨水汽來源更加充沛,局地強降水發生的頻率和強度增加,極端天氣事件日益增多。

b.城市快速發展增加防洪壓力。改革開放40多年來,鄭州市中心城市建成區面積增長10倍多,人口翻了三番,快速城鎮化的熱島效應和雨島效應日益增強,加劇了城區的降雨概率和強度;高密度的城市開發建設致使不透水面積增加,下滲減少,流域徑流系數大幅度增大,導致匯流時間縮短、徑流峰值加大;建成區距離西部山區越來越近,洪水快速入城,進一步加劇了暴雨洪水對城市的威脅[4]。

3.2 防洪除澇存在的主要問題

a.河道防洪標準偏低?，F狀河道防洪標準與國家中心城市、特大城市定位不匹配,整體標準偏低。主城區河道總長272km,僅賈魯河南水北調至京港澳高速段38km河道達到100年一遇防洪標準,其他河道防洪標準多為20～50年一遇。

b.排水出路單一。市內所有洪澇水全部經賈魯河出境,并且東部地勢偏低,排水不暢,這也是造成城區東部洪澇壓力巨大的主要原因之一。

c.水庫攔洪能力萎縮。大部分水庫淤積嚴重,防洪庫容萎縮,防洪能力達不到設計標準。這些水庫大多建于20世紀五六十年代,多數已運行五六十年,雖然曾于2002—2012年進行過除險加固,但受當時投資政策及資金限制,水庫除險加固后仍存遺留問題。

d.區域澇水調蓄空間不足。老城區缺乏大型公園和開敞空間,城市現有龍湖、龍子湖等并未參與洪澇水調蓄,其調蓄潛力未得到有效發揮,另外,還缺乏地下空間等其他有效的調蓄設施,致使調蓄空間和能力嚴重不足。

4 防洪減災總體策略與目標

4.1 基本原則

按照蓄泄兼籌、合理分滯原則,統籌發展和安全,突出防洪體系的整體作用,充分考慮地形地貌和水流走向,科學運用水庫、堤防、蓄滯洪區等防洪工程,進一步鞏固和提高工程能力,科學安排洪水出路,綜合考慮洪澇關系,實現高水高排、低水低排,提高流域整體防洪除澇能力。

4.2 總體布局

根據防洪排澇韌性城市建設的新要求,考慮流域和區域的經濟社會高質量發展、洪水情勢變化以及生態環境政策要求,依托現有的流域和區域防洪減災體系布局,構建“西蓄、東疏、南截、北分、中調”的防洪總體格局。

市域西部——蓄。以提高水庫防洪能力為重點,通過庫區清淤、大壩加高、增設非常泄洪設施等措施,加強丁店、楚樓、河王、尖崗、常莊等水庫建設,增強水庫防洪效益。

市域東部——疏。以提高河道泄洪能力為重點,實施賈魯河下游段河道治理、七里河—堤里小清河分洪等工程,增強河道槽蓄能力,保障下游段防洪安全。

市域南部——截。以挖掘河道外排能力為重點,通過開展金水河分洪工程、金水河調蓄工程、郭家咀水庫庫容恢復工程等,減少進入城區段洪量,減輕城區段防洪壓力,實現洪水源頭削減。

市域北部——分。以提高流域分洪能力為重點,開展賈魯河入黃提水分洪等工程研究,實現跨流域分流、錯峰匯流,降低賈魯河城區段洪量,減輕賈魯河下游段行洪負擔。

4.3 總體目標

主城區防洪標準總體達到200年一遇。遇到防洪標準內洪水時,防洪排澇工程能夠有效運行,人民生命財產和城市運行可避免遭受洪災損失;遇到超標準洪水時,人民生命財產得到最大限度安全保障,城市生命線工程運行基本正常。

5 重點工程措施謀劃

緊緊圍繞鄭州市經濟社會發展布局,以增強賈魯河干支流等城區主要防洪河流中上游山區丘陵洪水的調控能力為核心,以提高賈魯河、七里河、索須河、金水河等城區干支流河道行洪能力為重點,形成以水庫調蓄工程和河道綜合整治工程為架構的防洪工程建設體系,輔以截留分洪和蓄滯洪區等相應的配套防洪工程手段,以應對區域大洪水或超標準洪水[8]。

5.1 水庫、湖泊聯合防洪工程

按照全面系統治理理念,以鄭州市境內賈魯河全流域為整體,統籌干支流、上下游、左右岸的防洪需求,完善水庫、湖泊聯合防洪工程體系。

5.1.1 “6+1”水庫群防洪能力提升工程

對尖崗、常莊、丁店、楚樓、河王、郭家咀等6座水庫實施大壩加高、擴挖清淤等工程措施,并規劃新建1座具有防洪功能的廟灣水庫,以提高主城區上游各主要河流的調蓄、削峰作用,在基本不改變城區段現有堤防和河道的情況下,滿足城區建設發展需求,使鄭州城區賈魯河干流防洪標準提高到200年一遇。

5.1.2 新建金水河調蓄工程

金水河兩岸為鄭州市城區密集地段,城區河段(南水北調干渠以下)已基本渠化,僅能滿足設計標準下城區河段產匯流的排泄,無法再承泄上游河段來水的疊加作用。而郭家咀水庫與南水北調總干渠之間,仍有12.5km2的洪水沒有得以控制,直接進入市區。因此,規劃在桂江路至鄭密路之間新建一處攔蓄工程,調蓄上游洪水,與下游河道洪水錯峰。

5.1.3 城區湖泊防洪增效工程

一群九六式攻擊機飛走了，又有幾架零式戰斗機搖著翅膀高速晃了過來，它們沿著石廊山石廊山陣地低空掠地而過，七點七毫米7.7機槍子彈在地上濺起一排排白煙，接著，又傳來幾聲航空彈沉悶的爆炸聲。

龍湖、龍子湖、西流湖、帝湖,市區人民公園、紫荊山公園等湖泊水系均具有一定的調蓄功能,且與河道連接,汛期可接納部分洪水、削減洪峰、分蓄洪量?？衫谬埡{蓄東風渠洪水,汛期提前預降水位騰空庫容,有效減輕下游東風渠、七里河乃至賈魯河防洪壓力。同時,龍湖洪水通過魏河故道下泄時,可將部分洪水引入龍子湖,有效發揮龍子湖的調蓄作用,實現龍子湖和龍湖聯合調蓄[9]。

5.2 主城區河道分洪工程

5.2.1 金水河防洪能力提升工程

金水河是鄭州市區排澇泄洪的骨干河道之一,其防洪排澇體系由郭家咀水庫、金水河調蓄工程、金水河分洪工程、金水河整治工程等4部分組成。前兩項工程是水庫、湖泊聯合防洪工程中的重要部分;后兩項工程中,金水河分洪工程東起長江路金水河橋北,西至賈魯河,分洪規模為75m3/s。金水河整治工程按照“通卡口、順河床、理岸坡”的總體思路,打通帝湖、大學北路、北閘口、水上餐廳4處主要行洪卡口,拆除阻水堰壩,梳理帝湖段、嵩山路—建設路河床,修復損毀河道駁岸,拓寬河道,同步實施清障疏浚,恢復河流行洪空間,提升全河防洪能力和標準。

5.2.2 七里河分洪工程

七里河匯集了主城區50%以上的洪澇水,東部地勢低洼,防洪排澇壓力巨大,需采取快速分滯的措施,有效減輕鄭東新區、白沙片區和賈魯河下游中牟段防洪及除澇壓力。通過開挖分洪通道分流七里河超標準洪水,可使賈魯河下游中牟段能夠利用現狀50年一遇的河道斷面達到100年一遇的防洪標準;同時有利于金水河、熊耳河、東風渠等支流洪水盡快匯入七里河排出,為城區洪水及澇水快速匯入河道創造更加有利的條件,為提高鄭州市整體防洪減災能力形成完整的防洪排澇體系。

5.2.3 賈魯河向黃河應急分洪工程

雖然賈魯河與黃河三門峽—花園口區間屬于同一雨區,但觀測資料統計顯示,1965年以來,賈魯河洪峰流量大于150m3/s以上年份有9年,洪水量級相當于3～10年一遇,相應的黃河花園口流量為1000～5290m3/s,為常遇洪水;黃河花園口大洪水年份的洪水,如1977年8月、1982年8月、1996年8月、2021年10月洪水,賈魯河相應流量較小,不足3年一遇,顯然兩者之間發生大洪水遭遇的概率并不大,可以考慮在賈魯河流域發生超標準洪水時,從賈魯河應急提水分洪入黃,與下游錯時錯峰,保證下游防洪安全。規劃新建雙向應急提水泵站1座,汛期可向黃河分洪160m3/s,降低賈魯河下游防洪壓力,非汛期可引黃補源。

5.3 城市內澇及澇區治理工程

5.3.1 排水管網和泵站

老城區排水管網管徑普遍較小,需改造、新建。現狀雨水泵站以立交提升泵站為主,大河路京廣泵站、瑞達路立交泵站、科學大道立交泵站等63座泵站機組能力不足、匯水區域過大、提升揚程不夠,需提標改造[10]。

5.3.2 雨水排出口

改造已建成的不合理的雨水排出口,避免出現排出口縮頸,減少阻水、限水設施,應定期檢查及清淤,確保雨水排出口不受堵塞,避免出水受阻造成積水。

5.3.3 檢查井及雨水口

結合易澇點改造、雨污分流和排水管網改造、老舊小區更新等工程,同步更新改造雨水口等排水設施。對下穿立交橋、隧道等易澇區域,采取加密或改造雨水口,增設雨水聯箅或線性排水溝渠等措施,增加雨水收水能力。

6 結 語

在采取了蓄、疏、截、分、調等防洪排澇減災措施后,鄭州城區河流水位普遍下降0.50～1.20m,有效減輕了鄭東新區、白沙片區和賈魯河下游中牟段防洪及除澇壓力,同時有利于金水河、熊耳河、東風渠等支流洪水盡快匯入七里河排出,為城區洪水及澇水快速匯入河道創造更加有利的條件。全市防治洪澇災的能力得到進一步提高,主城區防洪標準總體能夠達到200年一遇,將對鄭州市社會穩定和經濟發展起到巨大的作用。遇到標準內洪水時,防洪排澇工程能夠有效運行,人民生命財產和城市運行可避免遭受洪災損失;遇到超標準洪水時,人民生命財產最大限度得到安全保障,城市生命線工程運行基本正常。