天津市区暴雨积水成因及对策研究

周潮洪，焦飞宇，王建卉

（1.天津市水利科学研究院，天津 300061；2.天津市水利勘测设计院，天津 300204）

天津市每年汛期都会遭到暴雨的频繁袭击，造成市区严重积水，短时期内多处交通瘫痪，给生产和生活带来诸多不便，甚至造成人员伤亡，带来巨大的损失。2005年7、8两个月，引起较大面积积水的降雨有6次。如，2005年7月30日，在1.5 h内市区平均降雨55.6 mm，局部地区达到113 mm，市区26处积水，平均积水深 0.25～1.0 m，个别地区达 2.0 m，全市166座雨污泵站全部开启，一、二级河道闸门全部开启。2005年8月16日8时到17日8时，天津发生本年最大一次区域性降雨，24h内市区平均降雨达151mm，其中黄家花园和天津站超过200 mm，在近55年的气象历史中仅有5次类似的强降雨。这次降雨造成天津市30多处路面积水，平均积水深度为20～60 cm，部分地区达40～170 cm，天津市区现存最古老的建筑———始建于1362年的天后宫被水淹泡，2 000多名排水工人全部上岗，用了30 h排除市区积水。2003年10月10日中午至11日晚，天津出现罕见大暴雨，平均降水量128.3 mm。同时，遭遇渤海湾强风暴潮，受下游顶托，河道处于高水位状态，对排水更为不利的是此时正值天津引黄济津期间，海河上游干流段承担引黄调水任务，市区积水不能向海河排放，排沥压力非常大，造成市区较长时间浸泡。

天津市市政排水设施建设大体分为两个阶段，第一阶段为建国初期到1978年，市区下水道干管总长达829 km，排水排污泵站66座，总排水能力为288.3 m3/s。第二阶段为1979—2003年，随着危旧房改造、三环十四射路网改造和二级河道改造，建成排水干管总长 1 446.11 km，加上支管 255.4 km、排水排污泵站166座，总排水能力为626.2 m3/s，比1978年翻一番还多。这些不易被人们看到的地下工程，为天津经济腾飞、交通改善、市容美化、人居环境的改善都发挥了积极作用。除了这些硬件设施外，还建立了一批软件设施。如，城市暴雨沥水仿真系统可以根据降雨预报积水的区域、积水深度等显示市区20多片重积水地区的降雨数据和积水图形。在2005年8月16日的降雨过程中，排管部门根据气象部门的预报，提早准备，制定了一整套汛期预案，发挥管道、泵站、河道一体化管理的作用，加强上、下游排水的衔接和协调工作，积极做好“一低两腾空”的工作，将二级河道的水位降低到1.5 m以下。在降雨过程中，全市168座雨水泵站全部开启，一、二级河道闸门处于开启状态，在低洼地区、地道等易形成积水处增加发电机和临时水泵，用30 h排除以前需要三天三夜才能排完的积水。尽管如此，天津市排水设施的建设仍跟不上城市发展的速度。随着城市化进程的加快，天津市暴雨积水问题也越来越引起关注。

1 天津市暴雨积水的原因

1.1 降雨强度大，雨量集中

天津市属于典型的季风气候区，降雨量年内分配非常集中。据城区雨量站1970—2003年实测降雨资料统计，天津中心城区多年平均降雨量为551.8 mm，而 6、7、8、9 四个月的降雨量就达到 439.63 mm，占全年降雨量的80%。降雨往往来得急，去得快，降雨量超过设计排水能力。以2005年7月30日的一场降雨为例，红桥区在0.5 h内降雨75 mm，1 h内降雨113 mm，造成地道积水达2 m深。由于城市的热岛效应，市区发生暴雨的几率在增加。

1.2 地势低平，地面沉降严重

天津市位于海河流域的最下游，地势低平。除北部山区占市区总面积的6%以外，大都是辽阔的平原，地面坡降为 1/20 000～1/5 000，地面高程为1～4 m左右（黄海高程），河道水流缓慢。如果遇上风暴潮顶托，沥涝水更难以下泄。

天津由于长期开采地下水，地面沉降严重，天津城区从20世纪60年代到目前累计地面沉降为1.0～2.8 m，区域性地面沉降使地面高程降低，不均匀沉降产生一些坑洼低地，更容易造成雨后积水。不均匀地面沉降产生倒坡，还会破坏地下排水系统。

1.3 市政排水设施标准偏低，排水能力不足

虽然排水设施的建设年年递增，但仍跟不上城市发展的速度。天津现有排水设施的能力为30 mm/h，超过了就会发生积水现象。天津区域1 h最大降雨2年一遇的水量为41.2 mm，也就是说现在的排水能力不足两年一遇。天津市区雨污水网普及率只有60%，在这60%里面还有40%需要更新改造，排水能力不能满足城市发展的需要。

1.4 城市建设中不透水覆盖面积增加

天津外环线以内330 km2，由于城市建设使不透水覆盖面积占总面积的比例增大，导致雨水径流系数加大，增加排沥负担。表1是1988和2004年城市建设下垫面的变化。

表1 天津市区下垫面变化情况

1.5 海河干流蓄淡与市政排水有冲突

由于历史原因，天津市中心旧建成区大部分为雨污合流制管道，至20世纪60年代初，因当时投资紧缺，又发展了一部分雨污合流排水地区。1985年开始进行雨污分流改造，现在仍有一部分合流制管道，排向海河的合流制地区面积大约为15.47万m2，这样在排雨水的同时，把管道中的污水一起排入海河。这几年引黄济津中把海河作为蓄水河道，在引黄年份，10月初到第二年5月1日前，海河上游是天津市的饮用水，污水排入后造成饮用水污染。汛期城市雨水排入海河，是海河污染的主要原因之一。

1.6 市区河湖瞬时排蓄水作用被忽视

天津市素有“九河下梢”“七十二沽”之称，地势低洼，河道纵横，坑塘洼淀星罗棋布。解放初期，天津城区水面面积占区总面积的30%左右，发育的纵横河道及坑塘洼淀相互畅通，有利于城区雨水调蓄，也为城区排沥创造了条件。后来小海地、乐园一带被填埋，近几年又填垫了梅江区，致使现城区水面面积仅为城区面积的10%，河道、洼淀沟通性差，影响到城市的排沥。

2 防治对策研究

2.1 提高排水标准，加快积水片的改造

天津市排水面积只占市区总面积的60%，排水能力不到2年一遇，设计标准相当低。根据天津市排水规划，到2020年全市雨污管网覆盖率达到98%。

天津市2004年改造9个积水片，2005年已完成11个积水片改造。另外，还有20多个积水片即将改造。

2.2 减少暴雨产生的径流量，加大雨洪水利用力度

既然积水是由于降雨产生的地表径流过多来不及排走造成的，就可以想办法采取减少地表径流的量，把一部分水利用起来，减少排水量，减少排水设施的投资，减少积水，补充地下水，节约自来水，减少污染，一举多得。

（1）城市建设中非机动车硬地面采用透水结构设计，如停车场、人行道、公园小区甬道等，配合河湖水面、园林绿化，可以使天津城区近130 km2面积接受降雨补给，减少硬地面将近60 km2，涵养地下水，同时减缓市政排沥压力。

（2）加大天津雨洪水利用前期研究，推广利用雨洪水技术，充分利用雨洪水自然资源，把屋顶、道路、广场等雨水收集起来，用作绿地浇水、冲厕用水等。城市雨洪水资源利用，是从20世纪80年代发展起来的，欧洲、北美以及日本、澳大利亚等国家在雨水利用方面已经取得了良好的效果。澳大利亚昆士兰州新南威尔士水务协会停车场的屋顶雨水就是经过收集后储入地面上的3个大型集水桶。雨水经过过滤后在桶里沉淀一下就用于景观用水和冲洗地面的清洁用水，不需经过化学、生化处理。我国在这方面起步较晚，但政府已经意识到雨水利用的重要性。北京市已与德国合作开展雨洪水利用示范工程研究。天津市也有这方面的成果，有水利科技大厦、梅江居住小区等雨水利用示范工程。天津水利科技大厦集雨面积1 558 m2，建了一个蓄水量为31 m3的蓄水池，2003年 6—10月收集雨水 260 m3，2004年 4—10月收集雨水222 m3，用于冲厕和浇灌绿地。经过分析，2年一遇降雨可就地消纳，向市政零排放。梅江小区建有2个蓄水池，加上小区的绿化率高，还有11万m3的透水地砖，在2003—2004年，虽然有多场雨强度达到10年一遇，但所产生的径流量却不大，小区专用的排水泵站没有启用过，收集到的雨水用于小区的绿地灌溉。经测算，雨水的利用成本为0.65元/m3，而天津市自来水的价格是 2.9 元/m3，中水的价格为 1.4 元/m3，利用雨水可以节省大量的资金。按替换中水计算，梅江节约费用120万元；按替换自来水计算，节约费用362万元。

2.3 尽快实现水务一体化管理

城市一、二级河道与郊县灌排系统是相沟通的，是城市排沥出海的通道。城市建设及公路交通建设已打乱了原有的灌排系统，需要重新调整、疏浚拓宽主干排水河道，疏通、联系所有的河流、湖泊，充分发挥河湖的调蓄作用。同时，尽快实施雨污分流改造工程。

2.4 提高降雨预报精度，作出积水预警预报

利用先进的科技手段，提高暴雨预报的精度，比较准确地预报出降雨范围、降雨时间、降雨强度，在此基础上，结合排水工程的工作状况，预报积水位置、积水深度，通过各种渠道向全社会发出积水预警预报，促使防汛部门、交通部门、公安部门、各企事业单位和个人早作准备。

3 结论

城市暴雨积水问题是我国城市发展中不可回避的现实问题，给人民群众的生活和生产带来许多影响，只依靠单打一的排水设施建设是难以很好地解决这一问题的。因此，要采取工程建设、非工程预报调度、雨洪水资源化利用等综合手段解决城市暴雨积水难题。