极端气象水文条件下长沙城区内涝成因及防治对策

胡红亮，谭 觉

（1.湖南水利水电职业技术学院水利工程学院，湖南 长沙 410199；2.长沙市城区排水事务中心，湖南 长沙 410023）

1 研究区概况

长沙市是典型的山前平原型城市，降雨丰沛，且主要集中在汛期。区内水系发达，外部来水丰富。境内河流水系大多属湘江流域，少数外流河属南洞庭湖水系。长沙航电工程位于长沙城区下游的湘江干流，于2012年10月开始下闸蓄水，蓄水水位达26 m，正常蓄水位29.70 m。从防洪排涝角度，长沙市承担了“区内降水、外部来水”的双重压力。

长沙中心城区内水域总面积21.85 km2，总调蓄能力约11万m3，主要为河流、湖泊、水库、撇洪渠、防洪垸和湿地。

2 极端气候水文条件识别

暴雨是湖南最主要的灾害性天气之一，也是洪涝灾害、地质灾害和城市内涝的主要诱因。湖南处于季风影响区，主汛期暴雨过程频繁，而极端降雨、持续强降雨则多出现在6—7 月，致灾性尤为严重。

根据《极端降水监测指标》，极端降水是指统计降水量达到极端状况的临界值的降水量，采用第95百分位作为极端阈值。

湖南省2013 年颁布地方标准《湖南极端降水事件监测方法与判别指标》，利用百分位法选取长期降水序列高于90%的百分位值作为阈值，当指标值达到或超过对应阈值时，认为该值是极端值，所表征的事件为极端事件。湖南省极端强降雨阈值为32.80 mm/d，自1991-2011年连续20 a湖南全省极端强降雨的平均强度高于多年平均值，且2017、2019、2020 年连续出现极端降雨事件。以长沙（三）站实测降雨数据统计，2015 年以来，长沙市主城区统计极端暴雨场次及最大日降水量统计见表1和图1。

图1 长沙（三）站极端降水统计及变化趋势图

表1 长沙（三）站极端降水统计情况表

从近7年极端降水事件统计结果看，长沙市城区极端降水事件呈增多趋势，且极端降水量超极端阈值大。以2017 年极端降雨为例，2017年6月22日8时至7月2日8时，湖南省大部分地区发生持续性强降雨过程（简称“7·2暴雨”），暴雨过程持续时间长达11 d，影响范围、降水强度、累计雨量均为历史罕见，导致城市内涝与流域性大洪水。7月3日0时12分，湘江长沙站水位达39.51 m，超历史最高水位0.33 m。

3 内涝防治问题及成因分析

3.1 “7·2”内涝问题统计

2017年内涝灾情中，长沙市五区出现了洪灾内涝点58处，其中涉及芙蓉区（7处）、天心区（12处）、岳麓区（20处）、开福区（9处）、雨花区（10处）。各区域具体灾情统计情况如下。

在2017年7.2暴雨事件中，长沙市主城区全面统计出58处内涝点，其中仅2017 年极端暴雨条件下发生内涝的位置有19处，其余39 处为易涝点；内涝集中分布在地势低洼的道路区域，仅5处为地势低洼的居民小区或者建筑区域。极端暴雨条件下长沙市灾情数量统计见图2。

图2 2017年“7·2暴雨”内涝灾情统计图

根据各个灾情点原因统计，所有的内涝点均地势低洼，50%的内涝点存在管网或者排水系统设计标准偏低；24%的内涝点存在排涝设施管理维护不足问题，主要表现为管道淤积；22%的内涝为临河的地势低洼点，由现有的泵站排渍能力不足产生，另有7%的内涝点由于外河雍水或者倒灌引起，且该部分点内涝严重。发生0.50 m 及以上积水的点有15 处，占比约26%，主要发生在外河雍水处。此外，由于市区大部分区域仍采用的雨污合流制管网，在发生暴雨时加大了排水流量，加剧了排涝压力。7.2暴雨中内涝灾情成因统计分析见图3。

图3 2017年7.2暴雨内涝灾情成因分析图

3.2 内涝问题与防治典型案例分析

在“7·2暴雨”中，道路区是内涝数量最多的部位，其中雨花区花侯路桥下涵洞积水最为严重，大雨时积水深度达0.60 m。该区位于武广新城区，是新城的典型代表区域。2017年以前，该区域排水设施布置见图4。经分析，该次严重积水的原因如下。

图4 2017年排水设施布置图

①京珠高速辅道的排水管涵正在实施，但其高排管暂未按规划修建到位，造成京珠高速区域的高排雨水进入香樟路、支12路与支13路，造成香樟路、支12号路、13号路积水。②香樟路、支12号路与13号路雨水管道设计采用老暴雨公示，设计标准偏低。③香樟路花侯路桥下泵站、平阳路桥下泵站有大量客水涌入，高于其最大排水容量，同时泵站存在开启不及时的问题；且香樟路下穿部分未按设计设置截水沟，导致大量高水进入下穿部分。④李家山泵站设备尚未安装到位（规划8 台，现状仅6 台），现有排渍能力低于设计。⑤片区高铁雨水存在散排、乱排现象，东北角雨水接入香樟路污水系统，导致暴雨期间污水外冒，高铁段雨水携带泥沙进水管网，造成堵塞。

2017年内涝事件后，进行了如下改造，改造方案设计见图5，主要措施有：一是按规划采用长沙新暴雨强度公式核算，进行片区排水提标，优化了11 段管道管径。二是香樟路下穿部分起终点位置按原设计设置截水沟，对泵站自动化控制系统进行维护检修。三是完善京珠高速路段高低排系统建设，避免高水进水低排系统。四是李家山泵站按规划设计装机容量建设。五是对高铁雨水有规律截流，边沟排水接入雨水系统，避免排水乱排、散排，对淤堵管段清淤。六是引入信息化平台，设置内涝监控设施。经排水改造完善后，在此后2019年、2020年及2021年极端暴雨事件中，该易涝点积水深度最大为0.20 m，积水深度明显降低，但遇极端暴雨时积水仍无法避免。因此，从内涝建设与管理角度，排水设施建设标准提高不是内涝管理的唯一出路。

图5 改造方案布置图

3.3 内涝成因分析

气象水文条件变化，表现为极端天气频发，外河排水条件变化。极端暴雨趋于频繁，城市“热岛效应”和“混独岛效应”共同加剧了城市“雨岛效应”，使得高度城市化区域更易成为暴雨的中心，增加了内涝风险。2003 年以来，长沙航电工程运行后，长沙城区外河排水条件发生变化，对非汛期城区排水有一定顶托影响。

城市规划与建设造成硬质表面增多，地表径流峰高量大，而排水设施设计标准偏低，建设水平不均。首先，长沙雨洪同期，内涝发生的同时外河水位高，泵站是唯一的排水出口，应对极端暴雨时暴露出设计标准不足。第二，管网设计标准不能满足极端暴雨需求。公路是主干排水管网所在区域，其承接的雨洪超过了排水能力，一方面反映出周边地面硬化程度高，水系、绿化区缩减，雨水自然调蓄能力不足；另一方面现有的以“雨污合流”加剧了管网的运行压力。此外，新老管网建设标准不统一，以前设计的一些主干管后来成为下游地区，加剧了老管道的排水压力。

3.4 排水系统运维管理需优化

随着行政管理机构职能的划分，日常排水管理和应急管理队伍相对稳定，权责更加明晰；主城区排水综合管理平台的启用，市区的排水应急监测、应急管理水平得到极大的提升。但长沙市城市排水系统管理分属不同部门进行维护管理，其中城区雨污水管网系统为各级城管部门进行维护管理，而城区管网末端以及泵站、污水厂、涉堤涵闸、排放口、城市主截污系统则由水务部门进行管理。城市排水系统作为一个系统性、完整性的基础设施，其运行管理是相互关联和影响的，而管理上的分区划分在一定程度上将造成系统管理维护及监管的不协调、不统一。管网淤积、涵闸损坏等影响了排涝能力。

雨水利用措施不完善，蓄、渗能力不高。长沙城区水域及绿地比例不低，但低影响开发雨水利用规划未全面落实，对于绿地的蓄滞空间的利用却并不充分，主要原因是没有结合绿地进行系统的蓄滞规划，比如：街头绿地和小片公园绿地没有设置为低洼绿地，不能承接道路及周边雨水；绿地中没有进行蓄、渗管道的设计，蓄、渗能力不高。

4 内涝防治对策

《国家新型城镇化规划》（2014-2020），要求加强防洪设施建设，完善城市排水与暴雨外洪内涝防治体系，提高应对极端天气能力。需要将城市看作一个需要在各种影响和干扰下应对问题、解决问题并恢复自身动态的具有弹性的有机体，城市系统是否具有弹性成了能否解决问题和化解危机的关键。结合长沙市内涝产生主要原因，从城市弹性角度提出如下防治对策：

更新并落实低影响开发的城市建设理念。对已建城区，进行硬化区透水改造，合理利用城市绿地及水域，调整成下凹式的绿地空间，以增加雨水的积存、渗透和净化空间。

开展雨污分流，完善排涝设施的建设、系统升级与有序改造。排涝设施的升级是系统工程，对于老城区已建排水管道管径不够、排水系统建设标准较低的问题，应按照最新的设计规范及建设标准，系统规划，进行排水设施的提标改造，新改造方案采用雨污分流方案。重视泵站排水能力保证，进行设施升级，保障安全运行。采用数值模型模拟预测获得内涝产生的降雨阈值、区域内涝范围、内涝程度及对交通、生产生活带来的影响等，进而得出有针对性的排涝设施改造方案。根据内涝的严重程度、上下游的关系合理安排改造顺序。

优化排水设施运行日常管理与应急管理。优化管理主体，尽量进行归口管理，不能统一管理的应明确管理责任、优化调度运行方案。加强排水设施的监控与维护，对于管道堵塞、淤积或破损引起的系统局部涝点，应加强排水系统管涵的清淤疏浚，保证排水通畅。汛期，利用已有的信息化内涝管理平台，加强应急排水措施，提高局部应急排涝能力。

开展雨水管理。优先开展大型公共机构、大型居住区的雨水利用与管理研究与应用推广，建设海绵小区、进行屋面雨水利用，减少雨季进入市政管网的流量，削减洪峰，实现雨水的就地利用。

5 结语

极端降水是导致现代城市内涝的直接原因，采用阈值法统计了近7年的长沙城区极端暴雨事件频次，结果显示极端降水呈现增加趋势。通过真实极端内涝事件区域统计调查研究，明确了地势低洼的道路和居民小区是内涝事件的主要影响区域，且排水设施设计标准偏低、管理问题及外河排水条件影响是内涝的主要成因。典型区域内涝处置措施评价发现，极端降水频发的条件下，排水设施建设标准提高不是内涝管理的唯一出路。新型城镇化建设背景下，从提高城市弹性角度提出了更新并落实低影响开发的城市建设理念、开展雨污分流、优化排水设施运行日常管理与应急管理、开展雨水管理的四大应对策略。

研究结论为新型城镇化建设背景下城市内涝的治理提供了方向参考。下阶段研究中应基于更长系列的降雨资料和典型内涝，进一步优化降雨阈值，从而明确更科学的排水设计标准。