推进深隧排涝工程建设 保卫城市长期运营安全

潘益斌，王旭峰，卢剑涛，周顶顶

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.杭州市林业水利局闲林水库管理处，浙江 杭州 311122）

1 现阶段我国城市排涝存在的问题

自古以来，城市依水而建、缘水而兴。但河流在给城市发展提供所必需的宝贵水资源外，也不时地威胁着城市运营安全。除了春夏之交河流水位高涨带来的防洪问题外，城区内涝问题也越来越成为城市夏季暴雨后的梦魇。住房和城乡建设部2010年对32个省的351个城市的内涝情况调研显示[1]，自2008年以来的3 a间，有213个城市发生过不同程度的积水内涝，占调查城市的62%；内涝灾害超过3次/a以上的城市就有137个；内涝灾害最大积水深度超过50 mm的城市占74.6%；积水时间超过0.5 h的城市占78.9%，其中57个城市的最大积水时间超过12.0 h。严重内涝造成重大人员伤亡和财产损失，2007年10月初，台风“罗莎”挟裹40 a一遇的暴雨登陆杭州市，城区主要交通干道几乎全面瘫痪，全市累计受灾人口超过21万；2016年7月初，武汉遭遇连续强降雨，导致大范围、长时间内涝，大批居民被1 m多深的积水困在小区内；2012年7月21日，北京遭遇61 a来最强暴雨袭击，79人因此丧生，暴雨导致直接经济损失高达116.4亿元。

各大城市内涝灾害频发，损失惨重，严重影响市民的生活品质，更暴露出我国在城市规划和市政建设中存在一系列深层次问题。近30 a来我国城市化的加快进一步放大城市内涝灾害的不利影响。

造成城市内涝的原因是多方面的，概括起来有如下几点。

1.1 城市防涝标准偏低

长期以来，受水利行业和市政行业条块划分影响，我国一直都没有全国性的城市内涝控制标准[2]，以往所说的内涝标准是水利上针对农作物耐淹程度而定的，并不适用现在的城市内涝。而市政专业遵循的城市排水管网设计标准如GB 50014 — 2016《室外排水设计规范年版》[3]，其设计暴雨重现期经多次调升，特大城市中心城区也仅3 ～ 5 a，远低于一般发达国家的设计标准，也不能满足我国目前城市发展需要，对城市内涝防治指导性不强。2017年7月，GB 51222 — 2017《城镇内涝防治技术规范》[4]正式颁布，其中对各类别城市设计暴雨重现期首次正式明确为20 ～ 100 a，道路积水深度不超过15 cm，但对淹没持续时间仍没有提出统一标准。

实践证明，暴雨情况下城市道路、房屋建筑等重要建、构筑物的淹没频率、道路（特别是低洼地段）淹没深度和淹没时间是关系城市居民生产生活最为重要的3个方面，共同构成极端天气条件下考核城市运营是否安全的3大重要因素，缺一不可。目前我国城市排水等配套设施建设的普遍滞后与市民对美好生活的向往存在突出矛盾。在可以预见的未来，我国城市已有排水系统必将进行大范围更新改造，并兴建新的排涝工程措施，持续加强城市运维管理。为指导城市内涝防治规划的编制和相关设施的建设，尽快结合实际情况制定具有一定系统性、前瞻性的城市内涝防治标准体系。

1.2 城市调蓄能力减小

随着城市的扩张和发展，以往城外的行洪河道演变成城市的内河，行洪能力大幅缩减。例如北京的前三门[5]，首段18.8 km护城河在解放后改为暗渠，大大降低雨洪水的通行能力。

同时，由于土地的高强度开发，城区地形地貌发生较大变化，城市水面率快速减少，河湖严重萎缩，蓄水空间缩小，原有的排洪通道被填淤塞。以武汉市为例，2010年水域面积比1991年减少约39%，1950年代主要城区湖泊127个，目前仅存38个，湖泊面积到1980年代已由1 581 km2缩减为874 km2，近30 a来，又减少了229 km2。

地表径流改变也是一个不可忽视的重要原因。随着城市内不透水面积增加，蓄水面积减少，城市下垫面发生较大改变，径流形成规律发生变化，同量级暴雨的产流系数增大，汇流时间缩短，使得洪峰流量增加，洪峰出现时间提前，城市雨洪影响加剧。

1.3 城市暴雨增多增强

迅速发展的城市加剧城市热岛效应的形成（国内外研究表明，一般百万人口城市城区平均气温比郊区高0.5 ～ 1.0℃），也改变了城市降雨中心的分布和强度。城市建筑物加大了地表粗糙程度，城市向大气排放的大量污染物漂浮在空中，这些都成为城市降雨总量增多，暴雨增加的诱发因素。国内有专家[6]对浙江省北部6个大中城市的近40 a降雨资料、雨日的气候变化进行统计分析，研究成果表明，这些城市年降水量呈正相关，但年降雨日数长期变化呈负相关。

综上所述，大城市及高度城市化地区更易产生热岛效应、雨岛效应，更容易成为区域的暴雨中心，高强度暴雨可能出现的频率更高。

1.4 城市防洪能力提高

根据GB 50201 — 2014《防洪标准》，重要城市防洪标准重现期需达到200 a及以上，但受历史因素等影响，各大城市实际防洪标准并没有完全达到规范要求，城市扩张后，大量高标准防洪提防相继建设（提标加固），事实上在一定程度上限制了涝水外排能力，对城市防涝也提出更高的要求，亟需有大致相当规模的防涝治涝工程与之匹配。

可以预见的是，随着我国经济水平的持续发展，重特大城市的防洪标准还要进一步提高，特别是沿海地势低洼的湾区经济发达城市群。据了解[2]，美国城市防洪一般采用100 ～ 500 a一遇标准，荷兰更是直接提升到1 000 ～ 10 000 a一遇的超高标准。城市防洪能力的提高倒逼排涝能力的大幅提升，这已经成为城市管理中需要面对的突出的实际问题。

2 城市排涝问题的解决方案

实践证明，城市排涝问题的解决需破解市政和水利2个行业的壁垒，从系统上研究解决处理方案。一般的，城市排水分2套系统，即小排水系统和大排水系统。小排水系统属市政专业规划设计范畴，主要针对城市常见雨情，设计暴雨重现期较小，通过常规的雨水管渠系统收集排放；大排水系统则主要针对城市超常雨情，设计暴雨重现期较大，由城市河网水系（含隧道）组成，传输小暴雨排水系统无法传输的径流，是城市排涝系统的骨干通道。两者相辅相成，不可或缺，共同运转，降低暴雨情况下城市道路、房屋建筑等的淹没频率，控制单次地面淹没深度，缩短淹没时间。

在以上“双排水系统”的框架内，国内以往多关注的是城市浅层排水系统的改善，如市政排水管网的扩容、城市河网的清理疏浚、重点低洼地点的快速排水措施等，对深层排水系统实践较少，运行调度缺乏经验，解决效果和投资效益比也比较模糊。

2.1 城市浅层排水系统改善方案

城市浅层排水系统是古往今来解决城市内涝问题的主要办法，由市政排水管网、城区河网、绿地等组成。通常可以通过扩大排水管网过流能力、河道疏浚拓宽、增设排水泵站、扩大城市绿地面积、重点易涝地段增设调蓄水池等多种方案予以综合解决。

浅层排水系统的通畅性对于城市排涝至关重要，它能够快速收集地表雨水，汇入骨干河道，解决面源洪水汇集问题，是城市内涝防治的首要工程措施。多年以来，市政部门和水利部门结合海绵城市建设，系统加强了城市浅层排水系统的梳理，将城市防涝标准逐步提高。但一方面，在城市扩张的过程中，由于系统排水规划滞后，或原防涝标准偏低，城市建成区普遍没有预留足够容量的排水管道，河道宽度也被周边已开发的地产限制，原河道水面被道路、建筑侵占，与建成前相比造成排水能力不可挽回的降低。另一方面，即使按低影响开发理念（LID）建设的新城区，也难以抵御城市极端气候下的特大暴雨威胁。因此，城市浅层排水系统虽然对于防涝效果三要素的关联更为密切，但针对我国现状城市开发的情况，其作为唯一排水系统的角色，对于解决强降雨的成涝仍十分有限。

2.2 城市深层排水系统的解决方案

相比较城市浅层排水系统，国外早些年就开始大范围推广的城市深隧排涝系统工程是一种能够高效缓解城市内涝问题的重要工程措施。深层排水系统除进水口和排水泵站少量占用土地外，其主体排涝隧洞深埋于地下30 m乃至更深的区域，置于所有市政设施（供电、供气、供水、地铁等）以下，充分利用地下空间，其配备强大水泵组后排水能力较地面开敞河网更为高效，不用大规模改造地面已有排水通道即可通过底层水流的快速拉空促进雨洪的敞排，以快速提升地区防涝能力，将把城市建成区不利影响降到最低限度，为城市发展预留足够的发展空间。

深隧工程在国外多个国家已经有了较为成功的应用[7-9]，如美国芝加哥深隧工程、巴黎深隧工程、日本首都圈外围排水深隧工程等，取得了一些值得借鉴的经验，甚至衍生出更广泛的用途。美国国家环保局（USEPA）也推崇深隧调蓄作为城市雨洪管理基础设施之一[10]。

深层排水系统虽然工程费用相对较高，但免于大面积征地拆迁和移民安置，在达到同样效果时，其综合运行费用可能优于单纯的浅层排水系统改善方案，性价比更高—以广州东濠涌深隧为例[11]，前期分析研究表明，相对于浅层排水方案，深层隧道方案工程总投资不到前者的1/2。同时，深层排水系统征地拆迁量较小，基本不受城市已开发空间限制，运行时基本不影响城市正常运营，决策后即可开工建设；还可根据城市发展增设进水口甚至增设新的排涝隧洞系统，及时满足城市持续发展需要。汛期遭遇特大暴雨时通过浅层排水系统汇集雨洪及时入洞启泵排出，平时也可作为地下水库，满足城市部分用水需求；由于启闭方便，避免了其他排水工程重排轻滞的不足，为城市运营保留必要的水资源。

3 深隧排涝工程的必要性和急迫性

3.1 深隧排涝工程建设的必要性

（1）改革开放以来，在城市发展的同时，开展了一系列城市防涝治涝工作，取得了一定的成绩。但实际调研分析表明，我国城市内涝防治能力仍偏低，近年来有越来越多的城市发生内涝灾害，这种现象不仅限于南方湿润地区，也扩展到西北干旱区域。“城市看海”呈现愈演愈烈的泛滥之势。不下决心采取断然措施，是很难遏制住城市内涝的恶化趋势，深隧排涝工程是缓解乃至根治城市内涝问题的重要工程措施。

（2）近年来，以低影响开发为主题的海绵城市建设如火如荼，部分专家学者对其解决城市内涝问题寄予厚望。但按照目前的《海绵城市建设试点技术指南》，海绵城市[12]建设试点的核心考核指标是径流总量控制率（实质为降水总量控制率），对于全国不同地区，根据降雨多少采用70% ～ 85%的相应标准，而这个标准远远小于造成城市内涝的场次降雨量。因此，海绵城市建设的设计标准并不能应对暴雨威胁，2016年很多海绵城市试点城市发生内涝就是实例[13]。

实际上，这种建设模式首要功能是控制城市面源污染，通过对小雨全部径流和大雨的初始径流的入渗、调蓄及净化，去除大部分城市面源污染负荷。海绵城市对解决“黑臭水体”问题非常有效，但其减缓内涝、加强雨水利用的功能是次要的，对于特大暴雨，其减缓内涝的作用更是微不足道。解决城市内涝必须采取类似深隧这种短时段大流量抽排措施。

（3）可以在一定程度上缓解城市用水难题。我国总体上是缺水国家，人口及工业集中的城市区域尤甚，但每年却有大量的雨水排入大海。大规模的排水深隧平时作为地下水库，将雨水储存起来，缓解城市水资源匮乏问题。据了解，北京拟建2条深隧廊道，总长约100 km，蓄滞能力可达800万m3。

3.2 深隧排涝工程建设的急迫性

（1）深隧工程规模较大，地质条件较为复杂，且受城市各类用地限制，深隧竖井进水口和施工通道布置条件极为有限；同时工期较长，如拟建的杭州市城西深隧排涝工程计划工期达4.5 a，超过一般水利工程建设周期，更远远超过一般市政工程建设周期。考虑前期论证时间，深隧项目从提出到完建一般需要7.0 ～ 10.0 a。因此，城市深隧排涝规划建设均十分急迫。

（2）城市地下空间有限，除地铁、交通隧道外，2019年又兴起地下综合管廊、地下商业城建设等，城建各领域均在挖掘利用宝贵的地下空间。随着决策时间的延迟，排涝深隧的深度将一再降低，以承接上部雨水，并避免对上部已建成地下空间的不利影响，这必然会提高深隧建设难度、加大工程投资、延长工期，对立项和后续开工建设造成不利影响。因此，尽快开展深隧排涝工程是必要的。

（3）目前，我国城市仍处于高速发展阶段，城市新建区为抵御内涝灾害，普遍采用地坪垫高措施予以应对；城市外围防洪堤建设日臻完善；各项城市配套建设逐渐达标；城市财富逐步累积，同类暴雨条件下城市建成区的内涝威胁越来越大、损失越来越大，亟需深隧这样的高强度排水工程早日参与城市强暴雨条件下的雨洪调度。

3.3 兴建深隧排涝工程需注意的若干问题

（1）应坚持雨污分流。暴雨形成的雨洪和污水体量差别较大，水质差别更大。雨水进入深隧后，可以直接排入城外河道；也可以经过自然沉淀，作为景观用水，提高地表水的使用效益。污水需经过专门的污水管网，通过污水处理厂处理，实现污水再生回用。雨污分流后，各工程功能更加明确，调度更加清晰，既能加快污水收集率，提高污水处理率，又避免污水对河道、地下水的污染，综合效益得以体现。

（2）应详细考虑浅层排水系统和深隧排水系统的整体衔接。深隧排水系统是对浅层排水系统的补充和提升，两者一起构成城市立体排涝网络，以此提高排水区域的防涝等级。深隧布设在地下，需要考虑进水口与浅层原有排水系统（管网、河网等）的衔接，形成有利的汇水条件，否则深隧建成后不能充分发挥排涝作用，成为摆设，产生浪费。

（3）深隧排水设计规模应有一定的前瞻性，并重视深隧的结构设计。深隧工程建设难度较大、投资较高，受城市发展格局限制，进出口和线路选择并不多，因此规划设计时应对排水规模有一定的前瞻性。同时，深隧位于城市地下空间的最底层，运行维护较为困难，因此在规划设计之初，就应高度重视深隧的结构设计、耐久性设计，在生命周期内宜按免检修设计。同时，应特别重视对地下水的隔离保护，防止雨水污染地下水，应采取必要、可靠的工程措施。

（4）应加强工程维护管理。深隧排涝工程主要用于汛期暴雨工况下应急排水，因此使用频率较低，但保障程度要求较高。因此，需指定针对性的工程管理措施，加强设备日常保养和汛期灾害演练。

4 结 语

城市是现代社会的人类家园，城市水利是完善城市基础设施建设的重要环节。2019年全国水利工作会议上，水利部提出当前和今后一个时期水利改革发展的总基调是“水利工程补短板、水利行业强监管”。其中，全面提升我国水旱灾害综合防御能力，完善城市防洪排涝基础设施，就是水利工程补短板具体举措之一。

面对愈演愈烈的城市内涝问题，除加强天气预警、扩大城市浅层排水系统排涝能力等传统措施外，更应梳理现阶段我国城市排涝存在的问题，从城市防涝规划入手，吸取国内外有益经验，提出系统性、创新性、前瞻性的防涝治涝方案。深隧排涝工程排涝能力强、对城市建成区影响较小、综合效益高，对城市防涝问题的缓解既有必要性又有急迫性，应大力推进设计论证和建设工作，保卫城市长期运营安全。