广州城市内涝原因分析与对策研究

万 榆,黄岳文,彭晓春

(广州市水务工程建设管理中心,广东 广州 510640)



广州城市内涝原因分析与对策研究

万 榆,黄岳文,彭晓春

(广州市水务工程建设管理中心,广东 广州 510640)

广州城市内涝暴发的主要原因在于城市化的水文效应、现有排水设施建设滞后及排水系统维护和管理力度不足。其中城市化进程的推进引发的水文效应是造成广州城市内涝频发的关键性因素,现有排水设施的标准偏低、建设滞后、维护和管养力度不足则进一步加速了内涝的发生。因此解决广州城市内涝的对策研究应充分考虑城市化水文效应的影响,改变现有的治水观念,树立绿色排水理念；改变重建轻管的思维模式；明确广州城市内涝防治的责任主体,完善排水管理模式。

城市内涝；城市化水文效应；海绵城市；城市排水；对策研究

近几年来城市内涝频发,带来了不可估量的生命和财产的损失。如2014年5月23日暴雨洪水灾害造成广州市4个区(县)30个镇(街)受灾,直接经济损失超过7亿元。暴雨后引发的城市内涝及造成的生命财产损失,不仅越来越引起人们的关注和思考,也逐渐引起中央高度重视。作为水务工作者,更有必要对城市内涝的原因进行思考分析,研究减少城市内涝的对策或措施。

1 广州城市内涝灾害发生的原因分析

城市内涝是一个较为综合的问题,由于城市化进程的推进使得城市化水文效应愈发显著,从而增加了城市内涝出现的概率和强度,而现有排水设施的标准偏低、建设滞后、维护和管养力度不足等因素也能进一步加重内涝的发生。

1.1 城市化水文效应的影响是造成内涝频发的关键性因素

水文过程是气象与下垫面共同作用的结果。城市化引起的人口剧增、土地规划性质改变、不透水面积增加正不断地侵蚀着城市生态平衡。据广州市统计局资料[1]显示,改革开放初期,广州市总人口仅500万人左右,城市建成区面积不到170 km2,根据第六次人口普查资料,到2010年底,广州市常住人口达1 270万人,城市建成区面积达1 024 km2。在近30余年的时间里,广州市人口翻了一番,实际居住人口更是多次突破规划人口预测值,建成区面积更是增长了6倍。张建云[2]指出,城市化水文效应随着城市化进程的加快越发显著,使得城市水问题越来越突出。城市化的进程直接影响到水文要素循环的各个方面(见图1),涉及到降水、流域水系、地表径流、雨洪、生态环境效应等。

图1 城市化水文效应[2]

1.1.1 城市化对降雨的影响

人口聚集、建筑紧密、不透水面积增加等特点增大了城市地区土壤热容量,中心城区地温高于郊区,随着温度上升,与郊区温差增大,近地面风速减小,城区的绝对湿度和相对湿度较低,引发“热岛效应”。对于大型城市,“热岛效应”还会带来“雨岛效应”。上升的热气流在高空与强对流的冷气团相遇,就会形成暴雨,因此大城市往往更容易遭遇暴雨袭击,这便是城市雨岛效应[3]。研究表明,在城市热岛效应、城市凝结核效应和城市阻碍效应的共同影响下,城市降水量与郊区相比增加幅度为5%～11%[4]；当雨岛效应集中出现在汛期时,叠加产生的暴雨量更大,更容易形成大面积积水,引起区域性内涝的发生[5]。根据广州市已有60 a暴雨统计资料来看,近20 a来广州市暴雨强度增大幅度达9%左右,20世纪90年代平均每年出现暴雨7.3 d,到2012年暴雨出现天数已高达13 d[6]。

1.1.2 城市化对河涌水系的影响

城市化使得河道结构趋于简单。在广州城市扩张的过程中,河流从原来的自然河岸边坡逐渐改为直立岸墙,部分河涌甚至硬底化。一些河涌因为淤积以及城市建设“与水争地”而逐渐变窄甚至消失,如柳波涌、大观河等。一些河涌则改建为暗涵,如玉带濠、西濠涌、百子涌、橙基涌、漱珠涌、冲尾涌、上市涌、广雅涌、师爷涌、乐善涌等。一些河涌则为了满足规划用地完整性的需要被随便改道,出现明显转角,如金融城简下涌,本来顺直的河涌在规划中出现4个直角。所有这些都不利于河涌排涝。区域城市化往往是沿着主要干道逐步发展的,通常是先始于河流的中下游,城市化过程往往会出现与河争地、占用河道等现象,使得河道断面缩窄,在城市化初期,其影响效果可能不是很明显。但随着城市化的推进,河涌上游逐渐由原来的农业用地变为建成区,早先河道缩窄处就逐渐成为过水瓶颈而容易导致内涝发生。

1.1.3 城市化对产汇流的影响

在城市化前,由于区域下垫面具有一定透水性,降雨首先被大量的农田、绿地等天然植被截留,然后在自然地表蓄积,进一步在土壤下渗作用下转化为地下水,最后余下的水才形成地表径流。城市化过程中森林、农田、湿地等不断被开发为居住地、工业用地或商业用地,城市地区不透水面积增加,相应的调蓄能力下降。下垫面硬化过程导致雨水截留量、蒸发量、下渗量和地下水位减少或降低,径流系数显著提高,从而影响流域产流。坡面和管道相结合的汇流方式是城市化地表径流的另一特点,流域的阻尼作用降低,汇流速度大大加快。水流在地表的汇流历时和滞后时间大大缩短,集流速度明显增大,城市地表径流量因此大为增加,与河流渠化、防洪堤坝等水利工程措施共同作用使河道结构、河网形态改变,从而影响河道汇流,使得城市化后的洪水过程线变高、变尖、变瘦,洪峰出现时刻提前,见图2。林良勋等[7]对广东“龙舟水”的成因分析中提到城市化建设可使得径流峰出现时间提前1～2 h,洪峰流量增大近一倍,径流系数增大30%,这些因素都在很大程度上加速了内涝灾害的形成。

图2 城市化对水文过程的影响[2]

1.1.4 城市化水文效应影响内涝的典型案例

以广州市天河区猎德涌为例,在20世纪80年代初,流域人口为7.1万人,河涌两岸基本为农田,随着城市化建设的发展,到2009年河涌两岸已基本被建成区所覆盖,流域人口达54.93万人。与1995年编制的防洪排涝规划相比猎德涌流域调蓄容量由83万m3减为8万m3,20年一遇洪水量从103 m3/s增大到157 m3/s,可见防洪与排涝压力之大。然而,除了原有调蓄空间被侵占以外,城市建设的过度开发还影响了原有河道的过水断面。由于猎德涌部分河段河道断面被侵占,使得河道的宽度变化显著,尤其在黄埔大道至天河路之间,河道宽度突然缩窄了近20 m左右。天河路桥涵过水断面宽度仅13.6 m,而桥下游过水断面宽度为19.1 m,这就使得原有的过水桥涵反而成为阻水因素[8]。另一方面,1995年编制的排涝规划已计划在珠江公园建设猎德涌分洪道,但由于建设用地等原因,一直无法实施[9],导致猎德涌流域暴雨后容易出现内涝。原有河涌流域调蓄容量持续降低、河道断面不断被侵占、规划的防洪排涝设施又难以实施,这些均是广州市内涝治理工作面临的重大问题。

1.2 现有排水设施建设滞后于城市规模扩张是造成内涝频发的重要因素

城市排水管网的设计是以规划人口为依据,配合道路建设同步实施。初期排水管网还能满足排水需求,但随着城市化的进一步发展,城市排水设施的建设跟不上城市建设和人口增长的发展速度,现状排水管网无法满足急剧膨胀的排水需求。以猎德涌为例,猎德涌两岸已于2007年3月完成了全线截留式合流管建设,但由于当时的合流管网管径是参照前期规划、以规划人口规模为依据设计的,随着猎德涌沿线建成区不断发展,流域现状已脱离规划建设,实际人口数量远超当时的规划人口,污水量也远远超出预期值,同时城市化的快速发展使得雨水径流量大幅度提高,在现有管道截流倍数n=1.0的条件下,沿线合流管最大过流能力已远远低于雨季收集目标,导致岗顶街段成为暴雨内涝频繁发生区[10]。这种“先埋管,再开发”的建设理念,既造成了投资的浪费,又不能有效解决问题。早期,在城市天然调蓄体系的配合下,大部分管渠的设计标准普遍偏低,随着城市规模的不断扩大,城市天然调蓄能力持续下降,现阶段的排水标准已不能满足城市排水需要。在对广州市中心城区内涝成因的摸查中发现,48%以上的内涝点是由于排水管网缺乏或标准偏低造成的[11]。目前,约83%的现状管渠仅满足1 a的暴雨重现期,满足2 a重现期的管渠占9%,其余管道均低于1 a的重现期[12]。在现有的排水标准下,一旦发生强降雨,排水管网往往由于过流能力不足而造成城市内涝。除此之外,部分城建区地势低洼,路面雨水口数量不足、布置形式不合理等问题,也使得在暴雨期间出现地面积水无法迅速排出引发区域内涝；部分截留式合流管设计时标高设置不合理,使得暴雨来袭时,排水管内水位被抬高,减缓了雨水入涌速度,对两岸排水造成顶托,使得雨水无法及时入涌造成局部内涝。

1.3 排水系统维护和管理力度不足是造成内涝频发的影响性因素

目前城市排水设施管理参差不齐,排水系统的养护普遍存在着资金投入不足,周期长、设备落后、机械化程度低、维护管理力度不够等问题,导致管道淤积、雨水篦堵塞等现象也屡见不鲜。广州市中心城区内涝点成因摸发现,除了现状排水管网标准偏低之外,15%左右的内涝点是由于管网堵塞引起的；由于不文明施工造成的内涝点也达到7%[11]。另外,市民乱扔设置倾倒垃圾,造成排水口堵塞导致排水管网负荷过重,同样会造成城市内涝[13]。针对这些人为因素造成的城市内涝,更需要加强市民道德修养甚至采取法律强制性措施来维护排水管网的正常运行。

目前对现状排水系统,虽然采用了GIS管理模式,设置专门的养护单位,投入一定的资金进行维护,但是城市排水系统中普遍存在的 “重建设、轻管理”现象也严重影响了管养单位人员的积极性。按目前的价格计算,广州市每年需要用于管道养护的经费约5亿元,而实际的投入资金仅1亿多元。投入的养护经费有限,使得排水系统的清疏频率、养护力度远远不够。另外,像老城区、城中村管道建设年代久远,存在众多无人知、无档案、无资料的管网,这些管道错接乱排现象普遍,也给排水系统的管理上增加了一定的难度。

2 解决广州城市内涝对策研究

目前全球正处于城镇化快速发展期,由此引发的城市水问题愈发突出。即使是广州这样的大都市,城市化仍然远没有结束。而城市化水文效应的影响是造成城市内涝频发的关键性因素,因此解决城市内涝的对策研究应充分考虑城市化水文效应的影响,关键在观念的改变。

2.1 改变传统的单一排水观念

传统的排水理念主要依靠管渠、泵站等“灰色”设施来排水,以“快速排除”和“末端集中”控制为主要规划设计理念。然而随着城市化进程的加快,单一的雨水排放思想显然已不适应城市发展的需求。根据《海绵城市建设技术指南》[14],今后城市建设要强调优先利用植草沟、雨水花园、下沉式绿地等“绿色”措施来组织排水,以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要规划设计理念。也就是说今后在城市的总体规划、各分区布局都要充分考虑生态需求,树立绿色排水理念。对于新建区应推行低影响开发理念,将年径流总量控制率作为区域开发的控制指标,通过自然途径和人工措施相结合,有效缓解城市内涝的压力；对于现状建成区应在全面调查分析内涝原因的基础上,统筹考虑在建项目、拟建项目与现有排水设施改造工程的关系,兼顾与河涌水系整治的衔接,提出基于生态理念的综合整治工程。

与海绵城市建设相适应,《广东省实施<中华人民共和国水法>办法》、《广州市排水管理办法实施细则》相继提出新建、改建、扩建的建设项目应根据要求,采取渗透路面、下凹式绿地、屋顶绿化、地表径流控制及雨水综合利用等措施,使建设后的地表径流量不超过建设前的地表径流量。《广州市建设项目雨水径流控制办法》进一步明确了建设项目建设前、后雨水径流量的计算方式、应当采取的具体雨水径流控制措施及应符合的要求与条件。

2.2 改变“重建轻管”的习惯思维

针对城市化建设带来的内涝问题,广州市近几年出台了一系列相关法规：2007年6月颁发广州地方规范《屋顶绿化技术规范》,2010年1月颁发《广州市排水管理办法》,2013年1月印发的《广州市排水管理办法实施细则》,2014年颁发《广州市建设项目雨水径流控制办法》等,明确要求在城市建设过程中应严格控制地表径流量,并给出了减少地表径流量的具体措施,但在实际建设中却很少得到落实,个别区县水务部门工作人员甚至不知道这些法规,使得制定好的规范制度成为摆设。因此内涝防治的关键在于落实这些政策法规,做到有法必依,执法必严。

其次应当加强排水设施的日常维护工作。一方面,应当合理规划城市排涝建设资金,增加管道清淤养护等非工程措施的资金投入。应当对建成区的管网进行整治,理顺城市管网系统,对由于淤堵导致排水不畅的管段,开展排水管网排查、清疏、修复,通过增设雨水篦、设闸、加设泵井抽排等措施,提高城市的排水能力。另一方面对于那些侵占河道、骑压河涌、偷排施工泥浆、水土流失等一系列违章违法行为,应当增大执法部门的执法力度,依法给予取缔。

2.3 改变城市内涝防治的责任主体

城市内涝防治是一项庞大的系统工程,除了城市排水管网的完善外,还涉及到城市建设多个方面,包括建筑、小区、城市道路、城市绿地、城市水系等多个内容。因此,城市内涝的治理不应该仅是水务部门的责任,它还牵涉到规划、国土、气象、交通、城市建设等众多部门,在具体实施时需与城市建设、国土、规划、建筑设计、环保和园林等许多部门通力合作[15]。另一方面,还应该完善排水管理模式,目前的多头管理模式往往会出现相互沟通不顺,协调困难等问题。城市暴雨的预见期较短,城市的排水预案、应急调度方面往往跟不上实际情况,在暴雨来临时需要协调多个管理部门,由于管理理念,技术手段的特点,对问题发生的处理流程不一致,可能会出现协调不畅,导致城市内涝的发生[16]。

针对这些问题,首先应该由城市人民政府牵头,负责统一协调和管理各职责部门的工作；各行政部门实现联动,做到内涝治理的精细化、系统化管理。《海绵城市建设技术指南》中就明确提出：城市人民政府应作为低影响开发雨水系统构建的责任主体,统筹协调规划、国土、排水、道路、交通、原理、水文等职能部门,在各相关规划编制过程中落实低影响开发雨水系统的建设内容。

3 结语

通过对广州城市内涝灾害发生的原因分析,认为：城市化水文效应的影响是造成城市内涝频发的关键性因素；现有排水设施建设滞后于城市规模扩张是造成内涝频发的重要因素；而排水系统维护和管理力度不足是造成内涝频发的影响性因素。因此解决城市内涝的对策研究应充分考虑城市化水文效应的影响,关键是观念的改变。首先应改变传统的单一排水观念,以“慢排缓释”和“源头分散”代替传统“快速排除”和“末端集中”排水观念；其次应改变“重建轻管”的习惯,树立依法治水,重视法规标准和制度建设及落实,加强排水设施的日常维护工作。最后,应改变城市内涝防治的责任主体,城市内涝防治是一项庞大的系统工程,政府某一职能部门无法胜任,应该由城市人民政府作为责任主体,统筹协调各职能部门开展城市内涝防治工作。

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(本文责任编辑 马克俊)

Analysis and Countermeasure of Urban Waterlogging in Guangzhou City

WAN Yu， HUANG Yuewen， PENG Xiaochun

(Guangzhou Water Engineering Construction Management Center, Guangzhou 510640, China)

The outbreak of urban waterlogging in Guangzhou is largely due to the hydrological effects of urbanization, the lag construction of existing drainage facilities and the inadequate maintenance and management of drainage system. The critical factor that caused frequent waterlogging in Guangzhou is the hydrological effects of urbanization process, and low standard, lag construction and inadequate maintenance and management of existing drainage facilities further accelerate the occurrence of water logging. Therefore, the countermeasures to solve urban waterlogging in Guangzhou should be fully considered the impact of hydrological effects of urbanization, changing the concept of the existing flood control, and establishing a green drainage concept, changing the habit of thinking about “more efforts on construction and less on management”, making sure of the main responsibility about urban waterlogging prevention, and improving drainage management.

urban water logging; hydrological effects of urbanization; sponge city; urban drainage; countermeasures

2016-01-21;

2016-04-07

万榆(1990),女,硕士,助理工程师,从事给水排水工程及环境工程工作。

TU992

A

1008-0112(2016)03-0027-05