城市下穿通道防洪救灾体系改进建议

■ 李琪 仲恺农业工程学院城乡建设学院

■ 陈延龙 埃格睿（北京）消防顾问有限公司

■ 隋玉强 拯和消防科技有限公司

随着经济的不断发展，城市平面交通逐渐无法满足人们的出行需求，因而转向立体式发展，城市立交应运而生。城市立交分为上跨式与下穿式两种，其中下穿式通道虽造价较高，但占地面积和对周边环境影响均较小，占城市立交的70% 以上。城市下穿通道属于典型灾害易发场景，其车流密集，地势较低，易由交通事故引发火灾，易因强降水引发洪涝灾害。笔者认为，灾害易发场景的工程设计、灾害应急救援、群众的防灾意识三者可组成下穿通道防灾救灾体系。

一、城市下穿通道防洪救灾体系发展与现状

近年来，我国依托港珠澳大桥沉管隧道、深中通道等重点工程在城市隧道火灾防治技术与应急救援理论研究等方面取得了重大进展[1-4]，与城市隧道建设相关的行业标准及地方规范在隧道防灾设计与设施方面多以预防火灾为主，城市重点场所的火灾防治宣传也很大程度上提升了群众对火灾防治的敏感性。与城市隧道防火理论和实践研究相比，城市下穿通道防洪在技术标准设置、应急救援体系研究、群众防灾意识教育等方面均有待进一步提高。

对于城市下穿通道的防洪设计，现有研究多围绕雨水流量设计、排水泵站设计、边沟及横截沟的设计、集水池和调蓄系统的设计等方面展开[5-8]。经历了数次强降水后，我国的工程设计标准已将城市下穿通道排水系统的设计重现期这一参数进行了大幅提升。由早期文献可知，以北京为例，2010年左右其立交桥区雨水泵站多按36 ～45mm/h （重现期为1 ～3年）的标准建设[9-11]，主要由于当时的GB 50014-2006《室外排水设计规范》第3.2.4 条对雨水管渠设计重现期做出了如下规定：“同一排水系统可采用同一重现期或不同重现期。重现期一般采用0.5 ～3年，重要干道、重要地区或短期给水即能引起较严重后果的地区，一般采用3 ～5年，并应与道路设计协调，特别重要地区和次要地区可酌情增减。”而修订后的GB 50014-2006（2016年版）《室外排水设计规范》第3.2.4 条指出，对于中心城区地下通道和下沉式广场等，雨水管渠设计重现期应符合下列规定：“中等城市和小城市10 ～20年，大城市20 ～30年，超大城市和特大城市30 ～50年”。一些地方规范，如DG/TJ 08-2033-2017 上海市工程建设规范《道路隧道设计标准》第11.3.2 条第4 款规定“隧道引道段设计暴雨重现期P 按50年计”。近年有关城市下穿通道防洪研究的文献均表明，为了提高下穿通道运营的安全性，排水系统的设计重现期基本均按50年计算[5-8]。

在我国遭受过暴雨侵扰的宁波、杭州、北京等地，均对下穿通道积水监测预警系统进行了相关研究[12-16]，主要涉及系统结构、水位传感器比选、积水预警算法等方面。对于发布预警的临界水位，我国暂无明确标准，各地采用的数值均有不同。宁波市下穿通道中当积水深度超过30cm，易淹没一般轿车排气管造成其熄火时，会发布预警信息[12]；而北京市下穿通道中当积水深度达到20cm 或积水时间超过1h，又或积水水位下降速率小于1cm/h 时，即会触发红色积水预警[14]。现有预警系统的预警信息多为向城市下穿通道运营维护人员及上级管理部门发布。

当前学者多采用SWMM、GIS、EPANET、ITM 模型等工具对城市内涝进行研究[17-21]。对于城市下穿通道的积水原因，一般认为有以下五点[9-11,22-23]：（1）周边土地开发利用造成降雨径流量增加；（2）下穿通道周边区域排水设施不完善；（3）下穿通道因地势等原因缺乏独立可靠的排水下游；（4）超强降雨超过现有排水设施的输排能力；（5）暴雨造成排水设施淤堵与电力设备毁坏。虽然学者针对上述原因在规划、设计、应急救援系统设置方面提出了相应建议，但实际工程效果并不理想。2012年北京7·21 特大暴雨曾造成北京市内37 处城市道路交通中断，其中27 处因桥下积水[14]；在该次暴雨中共79 人遇难，其中11 人为驾车溺亡。2013年8月30日深圳暴雨和2019年7月17日江苏南通暴雨，均有司机开车过积水涵洞时溺亡事件发生。2021年郑州7·20特大暴雨及其引发的洪涝与地质灾害造成郑州市死亡失踪380 人，其中因地下室、车库、地下管网等地下空间溺亡39 人，包括京广路隧道遇难的6 人。而不久后的2021年8月16日的北京市海淀区和一年后2022年7月3日的河南安阳又有人驾车至积水涵洞发生溺水意外。

相似的困境接连引发悲剧，除了工程设计与应急响应机制存在一定不足，也说明了我国公民的灾害认知存在一定缺陷。既有研究认为，灾害认知是指“公众对灾害成因、灾害风险及减灾行为等的了解程度”[24-25]，灾害认知能力反映居民对于灾害的主观认知和学习意愿[26]。樊芷吟等学者以泥石流为例探索民众灾害认知水平及影响因素[24]，发现受访者获取灾害知识的途径按比例从高到低主要为亲身经历、网络媒体、减灾宣传资料、单位或社区宣传和培训等。耿硕璘等学者以山东寿光洪灾为例探究了新媒体用户灾害认知和响应的时空分异及影响因素[27]，其针对新浪微博用户的研究结果表明，70%的评论更倾向于表达用户对灾害事件的情感态度，而对灾害本身的看法及认识仅占评论数的7%；其将洪灾暴发后的15 天时间作为研究对象，并将新媒体用户关注度划分为5 个阶段，分别为：平静期、酝酿期、关注期、回落期和衰减期，整体关注度曲线呈现倒U 型，峰值在关注期；文章还发现了灾区民众的灾后重视程度要高于非灾区民众，且灾害认知会显著影响人的备灾行为，这也与樊芷吟等学者的研究达成了一致。对于如何提升民众的灾害认知水平，现有研究认为可从完善灾害教育与普及灾害文化两方面着手[28-29]。

通过对既有研究的分析可知，我国城市下穿通道防洪救灾体系在既往灾后研究驱动下取得了一系列的成果，但仍存在一定不足——下穿通道防洪技术标准尚不完善；应急系统缺乏统一预警等级划分与针对下穿通道使用人员的预警信息发布机制；未对群众灾害认知规律与防灾意识提升方法进行总结。本文将分别针对上述问题提出改进建议，以期进一步完善我国城市下穿通道防洪救灾体系，并有效提升我国城市下穿通道防洪安全性。

二、下穿通道防洪工程设计改进

类比防火设计中“主动防火”与“被动防火”的概念[30]，城市下穿通道防洪设计也可分为“主动防洪”和“被动防洪”两部分。其中“主动防洪”部分主要指防洪设备设施设计，如雨水泵站设计等；“被动防洪”部分主要指下穿通道为防治洪灾发生而进行的结构设计，如下穿通道构型、集水池及调蓄设施的设计等。主动防洪系统易于改造和增设，而被动防洪系统则侧重于从下穿通道结构特性本身更加长久、可靠地提升其防洪承灾能力。

由既有研究可知，排水系统设计重现期的提升与排水泵站的扩容在一定程度上提升了隧道防洪的安全性。但由于越大强度的暴雨出现的频率越低，一味增加隧道中设备设施的排水能力并不经济。且极端强降水多伴随短时大风等强对流天气，易影响供电设施，造成水泵无法及时启动等事故。对此，笔者认为应通过工程设置提升城市下穿通道的被动防洪能力。

城市下穿通道的现有技术标准，如CJJ 11-2011（2019年版）《城市桥梁设计规范》、JTG 3370.1-2018《公路隧道设计规范 第一册 土建工程》，包括一些地方标准如DG/TJ 08-2033-2017 上海市《道路隧道设计标准》等，均未对下穿通道交叉断面形式做出具体规定。一般情况下，如图1（a）所示，在原道路平面P 上有两条公路AB 与CD，公路AB 从公路CD 下方穿过。可以看出，下穿通道的最高点与被穿过道路CD 的最低点均在平面P 上。当极端强降水发生时，如郑州7·20 暴雨，会发生的最不利情况为泵站失效，积水将下穿通道填至与平面P 平齐。且由于下穿通道长度较大，若有人被困下穿隧道中部，即使其可以从车中逃脱且会游泳，也会因缺乏呼吸空间而难以自救。若将道路CD 被下穿部分的底部抬高h=1m，如图1（b）所示，则即使发生如图1（a）的最不利情况，下穿通道在涨水至平面P 的最不利情况下，其顶部也会预留出高度为h 的救援空间。若在下穿通道侧壁上不同高度位置悬挂若干救生圈、救生衣等应急物品，配合救援空间，隧道中部受困人员的逃生概率将大大增加。

以上述思路对既有下穿通道进行改造，或对新建下穿通道进行设计，即可在极端天气出现与泵站失效的最不利条件下，通过工程设置提升城市下穿通道的被动防洪能力。

三、下穿通道防洪应急预警系统改进

现有下穿通道积水监测系统的预警信息多向管理人员和上级主管部门发布。但以郑州京广隧道为例，如遇极端强降水天气，加之下穿通道所在区域相较周围地势低洼[31]，管理与维护人员无法及时到达现场清除道路积水排除险情，预警信息的发布实际处于无效状态。与此同时，下穿通道使用人员并未得到实时有效的灾情信息，出于保护车辆财产的目的，即使在下穿通道中遭遇拥堵也首选在车中等待，这对其人身安全造成极大威胁。因此，及时发布针对下穿通道使用人员的预警信息非常重要。

笔者认为，下穿通道积水受降水强度影响极大，引入积水时间并不是安全的选择，下穿通道最低点的绝对积水深度与积水变化趋势具有更强的参考性。根据下穿通道最低点绝对积水深度与积水变化趋势，将下穿通道内积水情况从高到低划分为红橙黄蓝4 个预警等级。当水泵正常工作，水位不变或下降时，说明水泵抽吸能力可满足排除积水的需要：当下穿通道内有降雨无积水，所有积水均可被水泵抽吸走时，预警等级为蓝色；当下穿通道最低处积水深度不超过15cm时，认为积水不会没过汽车底盘，车辆暂且可安全通过，预警等级为黄色；当积水深度超过15cm 但不超过30cm 时，认为积水不会进入汽车进气口，但车辆濒临危险，预警等级为橙色；当积水深度超过30cm 时，即使水位有向下变动的趋势，积水也可能使涉水车辆熄火停滞，造成隧道内堵塞等后果，故预警等级为红色。当水泵正常工作，水位仍上升时，认为与水泵停止工作处于同一状态，即水泵抽吸能力无法满足排除积水的需要：此时不存在有降水无积水可能；下穿通道最低处积水深度不超过15cm 时，因水位不断上升，车辆濒临危险，预警等级为橙色；当积水深度超过15cm 时，因水位继续上升，积水有进入汽车进气口可能，认为车辆危险，预警等级为红色。下穿通道积水情况与预警等级的对应关系如表1 所示。

表1 下穿通道积水情况预警等级

由相关新闻报道可知，当代人出行的道路选择等决策多依赖导航软件与自主判断。对此笔者认为，将下穿通道的防洪预警信息推送至常用导航软件，可辅助驾驶人员进行路线规划与紧急条件下的行为决策。同时，为确保所有下穿通道通行人员的安全，应启用多重预警信息发布渠道。针对当代人的驾驶习惯，在下穿通道引道起始点设置提示牌、红绿灯与电动挡车杆，启用隧道广播与向常用导航软件发送积水及预警信息多种方式结合可达到较好的预警效果。当预警等级为蓝色时，认为车辆可安全通过下穿通道，下穿通道引道起始点显示绿灯，电动挡车杆抬起；当预警等级为黄色时，认为车辆暂且安全，下穿通道引道起始点显示黄灯，电动挡车杆抬起，其余方式显示积水长度与深度，提示司乘人员谨慎通行；当预警等级为橙色时，认为车辆临近危险，下穿通道引道起始点显示红灯，电动挡车杆落下，提示牌与导航软件提示车辆禁止进入下穿通道，隧道广播与导航软件提示隧道内车辆尽快驶离；当预警等级为红色时，除禁止车辆进入下穿通道，隧道广播与导航软件提示隧道内车辆尽快驶离外，另需提示隧道内司乘人员如遇堵塞应尽快弃车逃离，最大限度上保证人员安全。不同的预警等级下，各预警设施针对下穿通道使用人员的提示内容如表2 所示。

表2 不同预警等级下各预警设施提示内容

四、下穿通道防洪意识提升措施

分析多例人员驾车经过下穿通道涉水遇难场景，不难发现其共同点——司乘人员在积水中等待时间过长造成无法逃生。多年来我国在应急救灾中的可靠表现一再提升政府公信力，其副作用为民众遇险时过度依赖政府救援以致错失自救良机。这也是民众灾害认知缺失的表现，尤其是对灾害风险和减灾行为了解匮乏。

不同于耿硕璘等学者得出的群众对灾害关注度先增后减的结论[27]，笔者认为长期而言群众的灾害认知呈现出“时间周期性”与“空间衰减性”（见图2）。具体表现为，灾害的亲历者对类似情景的预警信息均较为敏感；当大灾爆发时，灾情会引发群众关注，但随着政府救灾工作的有序开展，群众的灾害认知水平会骤减至灾前水平，直至另一次灾害发展再次唤起群众关注。总体而言，群众距灾害中心越远，其对灾情的了解与重视程度呈现向下衰减的规律。例如，在此次郑州7·20 特大暴雨中，京广隧道内部拥堵且水位不断上涨，仍有不少车主选择留守车内等待，而亲历过2012 北京暴雨的司乘人员则明显没有侥幸心理。一个月后的2021年8月21日，河南多地再次发送暴雨预警，当晚有不少郑州市民担心车辆被水淹，将车停放在高架桥等地势高处避险。然而在距郑州700km 的北京，2021年8月16日两人在暴雨后因驾车涉水被困不幸遇难；在距郑州不足200km 的河南安阳，2022年7月3日又有两人驾车至积水涵洞遇难。

针对群众对灾害认知的“时间周期性”与“空间衰减性”规律，笔者认为应从以下两方面提升群众的灾害认知水平。一是对全社会进行多途径、全灾种科普。以郑州7·20 特大暴雨为例，此次灾害造成如此严重的人员伤亡与财产损失，一个主要原因是郑州属于北温带大陆性季风气候，全年平均降雨量542.15mm，少受极端暴雨影响。即使我国多地时有遭受洪灾，但因远离郑州，当地民众对洪灾的风险及避灾行为了解甚少。因此在极端天气愈加频发的当下，对全社会进行全灾种科普至关重要，不仅要包括灾害成因、灾害风险，更要强调减灾行为。在制定科普策略过程中，要考虑认知与响应理论[25]，针对不同人群采取不同形式、重视避险演习实操技能、善用新媒体等。二是针对灾害的可能周期进行重点强化。例如，我国洪涝灾害多发生在夏季，则应在夏季来临之前对相应灾害的成因、风险及减灾行为做出重点强化科普。

五、结论与建议

城市下穿通道车流密集、地势较低，易发洪涝灾害，造成巨大人员与财产损失。本研究针对城市下穿通道防洪工程设计与应急救援现有措施，及群众的灾害认知规律，提出如下改进建议：

（1）建议改进下穿通道的断面形式，增加下穿通道顶部高度，为涨水情况下受困人员提供呼吸及救援空间。

（2）建议专门发布针对下穿通道使用人员的预警信息。结合下穿通道最低处积水深度、水位变化趋势与车辆参数，将下穿通道积水情况划分为4 个预警等级。每个等级的预警信息通过在下穿通道引道起始点设置提示牌、红绿灯与电动挡车杆，启用隧道广播，向常用导航软件发送积水及预警信息相结合的方式传递给下穿通道使用人员。

（3）基于群众灾害认知的“时间周期性”与“空间衰减性”规律，建议对全社会进行多途径、全灾种科普，并针对灾害的可能周期进行重点强化，克服时间与空间因素造成的群众灾害认知衰减，提高公民对灾害的成因、风险及减灾行为的了解程度，增强大众的防灾意识。