考量城市防洪排涝标准问题

陈红发（象山县水利建筑设计院，浙江象山315700）

考量城市防洪排涝标准问题

陈红发（象山县水利建筑设计院，浙江象山315700）

城市防洪排涝标准关系城市安全和持续发展，针对现行相关规范存在洪涝界限模糊、部门间标准应用和排涝标准尚缺等问题，利用概率理论的风险分析，根据可靠度提出衡量评价和建议，供城市规划和防汛管理参考。

城市；防洪排涝；标准；重现期

1　问题提出

水是生命之源，城市缘水而生，自然面临洪涝防御安全的标准选择问题，并且受制城市政治技术经济、社会环境的发展水平和文明程度。任何城市防洪工程，都必须以可靠的水文研究为基础。在沿海城市，既要明确河道洪情的规律，而且更需注意潮汐波浪影响城市防洪排涝的现实。城市遭遇暴雨积水成涝，直接经济损失巨大，严重影响公众安居乐业。基于公众质问和民生追究，必须进行深刻的反思，显得迫切重要。

2　问题思考

根据城市重要性和洪涝水特性及地形地势甑别选择，从理论至实践具有针对性、合理性和可能性，对暴雨事态的成因与进展，进行深入的思考和判断，以最大限度实现人水和谐，考量城市防洪排涝标准问题。

2.1规范应用

城市的的防洪排涝规划由政府职能部门负责控制实施，主要涉及水利与市政。执行相应的规范依据，流于程序审查缺乏相互协调统筹。即使防洪标准统一，关键在于具体指标采用分歧，如同标准的设计降雨量：市政部门对暴雨选样采用年超大值法，水利部门对暴雨选样采用年最大值法。相同暴雨重现期条件下，两种选样方法得出的设计暴雨量存在一定的差异，症结在于年与次频率的混淆，没有转换相对应的重现期，造成雨水管网与城市治涝工程难以配套，由此带来一系列内涝问题。其实按同标准设计暴雨量年最大值法明显大于年超大值法（选样系列短、代表性差），根据暴雨重现期排序频率相关研究成果［1］：选样的年最大值与非年最大法两者概率关系：

将相应的重现期：P（TM）=1/TM，P（TE）=1/TE代入上式（1）进行数学变换，得到其重现期相互转换关系：

式中：TE为非年最大值暴雨重现期a，TM为年最大值暴雨重现期a。

当重现期大于10a时，两者趋向一致基本接近。否则存在相当差异或者对应暴雨设计量相差悬殊，正是市政采用低重现期的缺陷所在，基于暴雨样本系列数量少，致使无法符合防洪需要的根本原因。而现在资料积累至少30a以上，完全可以利用年最大值法，而且具有预测暴雨的基本条件，来推求暴雨产生径流，比较符合实际情况而且能够满足完善防御功能要求。

2.2洪涝界定

降雨径流成因是界定洪涝的依据。涝指在区域内自然降水过量，积水不能及时排水而造成的灾害，洪指山区通过城市的河道和周期性流水山洪沟发生的洪水。涝水水势小，时间长，水流平缓，破坏程度比洪水小。山洪暴涨暴落，历时短，水流快，冲刷破坏力大。因此防御单纯涝水的标准要略低于山洪，一般按照洪水标准的中下限确定涝水标准。为解决城市防洪与排涝协调问题，应该将排涝纳入防洪中考虑，重点关注暴雨产生径流的特征指标：峰（流量洪峰），量（洪水总量），型（历时类型）；突出涝水特性要素：漫淹范围、积水深度和持续时间。

2.3因素关联

综观城市沿革，古代城市设置都有环城河，目的防御洪水减轻对城区的排涝。而现在随城市区域的拓展，行洪排水的河道功能混合，既防洪又排涝，而且兼顾水景观融合，因此标准必须一致；又因土地价值提升人为侵占或者变相减少水面率，致使降雨产生径流漫溢，根据浙江省水面率规定（老区8%新区12%）要求相对偏高，必须通过改造但是任重道远；城市主要河道构筑物设置，直接影响排水流量连续性，或者节制闸开启度牵制于上下游、左右岸的利益，临海排水闸受潮汐涨落影响，因为洪潮最不利组合规律，是认知洪涝致灾的关键，主要涉及降水区域的滞蓄容积、汇流时间与潮峰顶托的遭遇状况，因潮汐周期变化存在短周期8.85a长周期18.61a，其组合宜用周期最大值法，故设计潮位系列至少要28a。一般认为洪潮最不利组合状况，潮峰滞后洪峰1～2.5h，针对滨海地带汛期遇降雨排水必须及早，腾出滞洪有效容积，以调节缓解漫溢致灾程度和持续时间。而目前，城市排涝标准尚未统一，只是参照农田植物耐淹标准拟定，缺少人本关怀致使公众无法接受，为此要明确降水量、受淹范围、积水深度和持续时间，完善防洪排涝防御体系的风险图，并且公布于众。要充分考虑城市发展水平和社会公众接受风险的心理耐受程度。

既定城市防洪排涝标准，以不变应万变正是管理发挥效能的职责。标准具有时效性，在使用期内担负功能的工程肯定会衰减，甚至老化丧失需要维修养护、更新改造，以弥补修复完善其缺陷满足正常运行功能，从而延长工程使用寿命，实现控制运行调度发挥效能。需要特别澄清工程使用寿命的认识误区，并不是说超过使用年限就报废无法使用，其实还可以通过管理和工程措施得以修复发挥其功能作用，即人为延长工程使用寿命，古代水利工程都江堰沿用至今就是明证。

至于工程使用寿命与选定设计标准的相关状况或者影响程度，遵循符合概率理论：如果事件设计重现期为T，则事件在任何一年中出现的概率为1/T，不出现的机率为（1-1/T），合理使用年限为L（L≤T）而且属于彼此无关的独立事件，因而重现期为T的事件在L中，不出现的概率为（1-1/T）L，出现的概率或危险性则为：

式中：T为工程设计暴雨重现期a，L为工程使用期年限a。当T比较大时，通过数学变换为近似公式（4），其最大值P （L）max=0.632。

表1　设计暴雨重现期T与使用寿命L概率P（L）关系

从表1概率分析可知，预测遭遇暴雨设计重现期取决于使用年限，当T=2a在L=10a就接近100%，即每年都会发生，如城市防洪排涝设施年久失修或者管理缺失，肯定逢雨必灾；当T=L=30a内发生的可能性至多63.8%，平均状况接近1.5a一遇，出现暴雨可能受涝致灾会时常发生；当T=L=50a在50 （T）a可能性至少63.6%，可靠度只有36.4%难怪会经常受涝致灾；说明不论采用多高的防洪标准，随着使用期限延续遭遇洪涝可能性将会大幅度提高，完全有必要考虑其发生超标准暴雨的风险。

根据城市工程防御洪涝要求（可靠度P=1-P（t））和使用年限的维护周期（需要大修维护年限t），确定设计暴雨重现期T可利用公式（3）或者（4），令t=L变换得到如下相互关系：

表2　设计暴雨重现期T与可靠度P维护周期t关系

从表1～2计算成果及公式5可知，相同可靠度的设计暴雨重现期随使用年限的维护周期增大而迅速提高，又设计暴雨重现期与维护周期的t/T存在无穷组合，应该侧重经济性衡量而慎重确定。常规土木工程设计使用基准30～50a，主要考虑主体结构安全与材料耐久性，参照国内外关于设计使用年限的规范，在使用年限内的正常维修养护周期一般为 5～10a，与国家实行的“5年计划”相适应，从而选定设计重现期与其重要性和公众接受程度相匹配。为此满足公众期望可靠度要求至少为75%，综合暴雨、潮位取样系列的代表性基本要求，确定重要城市防洪排涝基本设计标准的重现期至少为30a。

针对城市区位功能所需防护要求，即使采用相同重现期标准，势必区别对待（中心区：居住区、商务区和工业区防护可靠度大于90%，维护周期小于5a；公共区：公共交通以及休闲绿地区域防护可靠度大于80%，维护周期在5～10a；承纳区：滞蓄洪涝区域防护可靠度大于75%，维护周期小于10a）承受灾害期望目标，考察权衡得失的特殊性，着重体现经济合理性，显示防护重要性，要针对性采取相应正常维护周期，保证突出重点，兼顾统筹一般，预测暴雨产生洪涝超越概率的可能性。为此，初步拟定城市防洪排涝设计重现期T与防护可靠度P及维护周期t相互关系，详见表3。

表3　城市防洪排涝设计重现期

3　结论展望

城市防洪排涝的标准选择要趋于一致，并且设计暴雨重现期宜采用年最大法，客观分析符合满足防御功能和公众期望的要求，落实维护周期补偿工程使用寿命。这些观点基于概率原理的风险理论分析，有待于实践的完善成为遵循的标准，需要我们付出更多的努力。

［1］邓培德.暴雨选样与频率分布模型及其应用［J］.给水排水，1996，22 （2）：5～9.

TV87

A

2095-2066（2016）21-0097-02

2016-7-10

陈红发（1962-），男，工程师，大学本科，主要从事水利、海岸工程规划设计和咨询审查技术工作。