郑州城区洪涝灾害防治思路与布局

张婉丽 董永立

(1.郑州市河道工程管理处,河南 郑州 450007;2.郑州市水利建筑勘测设计院,河南 郑州 450007)

近年来,全球气候异常现象时有发生,郑州洪涝情势严峻。随着城市化进程不断加快,城市规模迅速扩大,城市防洪安全保障面临新的形势和挑战[1],特别是2021年“7·20”特大暴雨事件,更加暴露出郑州市防洪减灾体系还存在诸多问题和薄弱环节短板,洪水风险威胁严重,全面系统提高防洪减灾能力十分迫切。

1 郑州洪涝灾害的特点

受太平洋副热带高压暖湿气流及地形阻挡抬升作用的影响,郑州年降水量的时空分布不均匀,尤其是汛期降雨常以暴雨形式出现,其特点是雨强大、历时短、笼罩范围小,洪水集中程度高、汇集快和突发性强[2]。主城区城市建设造成不透水面积增加,加上西高东低明显的地势条件,致使上游洪水陡涨陡落,城区产流增加、汇流加快,内水叠加外洪,增加了泄水压力。洪水进入市区后由于地势平缓,坡降突然变缓,流速快速变小,下泄滞阻,极易壅高水位,引发洪涝灾害[3]。

根据1951—2021年郑州主要气象站统计数据,郑州暴雨中心带集中位于城市中部和西南部地区。暴雨年际变化明显,20世纪50—70年代呈波动上升趋势,90年代以后基本维持小幅波动,近年来中等强度的降雨显著增加。根据历史积水点调查,主城区近10年累计积水点多达200余处,主要集中在沿河地带、桥头、下穿立交桥和一些地势低洼处,主要分布在老城区金水河、东风渠、熊耳河沿线,郑东新区圃田区域等处,典型积水点如河医片区、龙子湖片区、白沙片区等积水深度为0.5～2m,退水时间约1～4h[4]。

2021年“7·20”特大暴雨期间,郑州城区金水河、熊耳河、东风渠等泄洪通道持续高水位运行,部分河段发生洪水漫溢,河道洪水与地表内涝连成一片,部分积水区域持续长时间不具备抽排条件,全市有2000多个小区受不同程度影响,城区多条道路积水严重,地铁停运,部分地区铁路、公路、民航、电力、通信受到严重影响[5]。

2 防洪排涝体系现状

近十几年来,郑州市先后对主城区贾鲁河、索须河、魏河、十七里河、十八里河、七里河等河道进行了治理。其中,贾鲁河市区段河道防洪标准达到100年一遇,其他河道防洪标准为20～50年一遇(见图1)。在遭遇“7·20”特大暴雨冲击时,主城区河道堤防整体完整,有力保障了人民群众的生命财产安全。但主要防洪河道局部仍有阻水卡点,主要为老旧简易桥梁、渡槽、涵洞等。“7·20”特大暴雨期间,贾鲁河承泄了上游水库、河道等洪水,水位不断上涨,白沙园区及中牟县河段防洪水位比50年一遇水位高出1.20m,距堤顶仅有0.30～0.50m,陇海铁路下游河段3处出现决口[6];七里河最高洪水位接近两岸堤顶,京港澳辅道桥、康庄村桥处均出现了漫堤现象,多处主槽边坡出现局部坍塌;金水河四处防洪卡口河段受损严重,其中,滨湖北路冲毁,北闸口沿河路全部被淹没,大学北路洪水漫过桥面损坏严重,水上餐厅处洪水漫过路面,造成护岸塌方[7]。

图1 市区现状河道防洪标准

十余年间,城区上游十余座水库都进行了除险加固,在“7·20”特大暴雨中,共拦蓄洪水约1亿m3,为下游减灾做出了突出贡献。特别是主城区西部的常庄、尖岗、郭家咀以及丁店水库地势高,与主城区落差大,防洪功能更加突出。水库群联合调度,错峰下泄,有效保护了南水北调总干渠、重要交通干线等基础设施和人民群众的生命安全。但由于郭家咀水库溢洪道被违法堵塞,漫坝行洪,大坝下游坝坡受损严重,库区淤积,也给全市水库防洪安全敲响了警钟。

3 防洪除涝存在的主要问题

市区防洪除涝受外部因素和内部因素共同影响。

3.1 主要影响因素

a.极端天气变化增加受灾概率。受全球气候变暖的影响,西太平洋副热带高压偏强偏北,热带地区台风活动进入频发期,海平面上升,降雨水汽来源更加充沛,局地强降水发生的频率和强度增加,极端天气事件日益增多。

b.城市快速发展增加防洪压力。改革开放40多年来,郑州市中心城市建成区面积增长10倍多,人口翻了三番,快速城镇化的热岛效应和雨岛效应日益增强,加剧了城区的降雨概率和强度;高密度的城市开发建设致使不透水面积增加,下渗减少,流域径流系数大幅度增大,导致汇流时间缩短、径流峰值加大;建成区距离西部山区越来越近,洪水快速入城,进一步加剧了暴雨洪水对城市的威胁[4]。

3.2 防洪除涝存在的主要问题

a.河道防洪标准偏低。现状河道防洪标准与国家中心城市、特大城市定位不匹配,整体标准偏低。主城区河道总长272km,仅贾鲁河南水北调至京港澳高速段38km河道达到100年一遇防洪标准,其他河道防洪标准多为20～50年一遇。

b.排水出路单一。市内所有洪涝水全部经贾鲁河出境,并且东部地势偏低,排水不畅,这也是造成城区东部洪涝压力巨大的主要原因之一。

c.水库拦洪能力萎缩。大部分水库淤积严重,防洪库容萎缩,防洪能力达不到设计标准。这些水库大多建于20世纪五六十年代,多数已运行五六十年,虽然曾于2002—2012年进行过除险加固,但受当时投资政策及资金限制,水库除险加固后仍存遗留问题。

d.区域涝水调蓄空间不足。老城区缺乏大型公园和开敞空间,城市现有龙湖、龙子湖等并未参与洪涝水调蓄,其调蓄潜力未得到有效发挥,另外,还缺乏地下空间等其他有效的调蓄设施,致使调蓄空间和能力严重不足。

4 防洪减灾总体策略与目标

4.1 基本原则

按照蓄泄兼筹、合理分滞原则,统筹发展和安全,突出防洪体系的整体作用,充分考虑地形地貌和水流走向,科学运用水库、堤防、蓄滞洪区等防洪工程,进一步巩固和提高工程能力,科学安排洪水出路,综合考虑洪涝关系,实现高水高排、低水低排,提高流域整体防洪除涝能力。

4.2 总体布局

根据防洪排涝韧性城市建设的新要求,考虑流域和区域的经济社会高质量发展、洪水情势变化以及生态环境政策要求,依托现有的流域和区域防洪减灾体系布局,构建“西蓄、东疏、南截、北分、中调”的防洪总体格局。

市域西部——蓄。以提高水库防洪能力为重点,通过库区清淤、大坝加高、增设非常泄洪设施等措施,加强丁店、楚楼、河王、尖岗、常庄等水库建设,增强水库防洪效益。

市域东部——疏。以提高河道泄洪能力为重点,实施贾鲁河下游段河道治理、七里河—堤里小清河分洪等工程,增强河道槽蓄能力,保障下游段防洪安全。

市域南部——截。以挖掘河道外排能力为重点,通过开展金水河分洪工程、金水河调蓄工程、郭家咀水库库容恢复工程等,减少进入城区段洪量,减轻城区段防洪压力,实现洪水源头削减。

市域北部——分。以提高流域分洪能力为重点,开展贾鲁河入黄提水分洪等工程研究,实现跨流域分流、错峰汇流,降低贾鲁河城区段洪量,减轻贾鲁河下游段行洪负担。

4.3 总体目标

主城区防洪标准总体达到200年一遇。遇到防洪标准内洪水时,防洪排涝工程能够有效运行,人民生命财产和城市运行可避免遭受洪灾损失;遇到超标准洪水时,人民生命财产得到最大限度安全保障,城市生命线工程运行基本正常。

5 重点工程措施谋划

紧紧围绕郑州市经济社会发展布局,以增强贾鲁河干支流等城区主要防洪河流中上游山区丘陵洪水的调控能力为核心,以提高贾鲁河、七里河、索须河、金水河等城区干支流河道行洪能力为重点,形成以水库调蓄工程和河道综合整治工程为架构的防洪工程建设体系,辅以截留分洪和蓄滞洪区等相应的配套防洪工程手段,以应对区域大洪水或超标准洪水[8]。

5.1 水库、湖泊联合防洪工程

按照全面系统治理理念,以郑州市境内贾鲁河全流域为整体,统筹干支流、上下游、左右岸的防洪需求,完善水库、湖泊联合防洪工程体系。

5.1.1 “6+1”水库群防洪能力提升工程

对尖岗、常庄、丁店、楚楼、河王、郭家咀等6座水库实施大坝加高、扩挖清淤等工程措施,并规划新建1座具有防洪功能的庙湾水库,以提高主城区上游各主要河流的调蓄、削峰作用,在基本不改变城区段现有堤防和河道的情况下,满足城区建设发展需求,使郑州城区贾鲁河干流防洪标准提高到200年一遇。

5.1.2 新建金水河调蓄工程

金水河两岸为郑州市城区密集地段,城区河段(南水北调干渠以下)已基本渠化,仅能满足设计标准下城区河段产汇流的排泄,无法再承泄上游河段来水的叠加作用。而郭家咀水库与南水北调总干渠之间,仍有12.5km2的洪水没有得以控制,直接进入市区。因此,规划在桂江路至郑密路之间新建一处拦蓄工程,调蓄上游洪水,与下游河道洪水错峰。

5.1.3 城区湖泊防洪增效工程

一群九六式攻击机飞走了，又有几架零式战斗机摇着翅膀高速晃了过来，它们沿着石廊山石廊山阵地低空掠地而过，七点七毫米7.7机枪子弹在地上溅起一排排白烟，接着，又传来几声航空弹沉闷的爆炸声。

龙湖、龙子湖、西流湖、帝湖,市区人民公园、紫荆山公园等湖泊水系均具有一定的调蓄功能,且与河道连接,汛期可接纳部分洪水、削减洪峰、分蓄洪量。可利用龙湖调蓄东风渠洪水,汛期提前预降水位腾空库容,有效减轻下游东风渠、七里河乃至贾鲁河防洪压力。同时,龙湖洪水通过魏河故道下泄时,可将部分洪水引入龙子湖,有效发挥龙子湖的调蓄作用,实现龙子湖和龙湖联合调蓄[9]。

5.2 主城区河道分洪工程

5.2.1 金水河防洪能力提升工程

金水河是郑州市区排涝泄洪的骨干河道之一,其防洪排涝体系由郭家咀水库、金水河调蓄工程、金水河分洪工程、金水河整治工程等4部分组成。前两项工程是水库、湖泊联合防洪工程中的重要部分;后两项工程中,金水河分洪工程东起长江路金水河桥北,西至贾鲁河,分洪规模为75m3/s。金水河整治工程按照“通卡口、顺河床、理岸坡”的总体思路,打通帝湖、大学北路、北闸口、水上餐厅4处主要行洪卡口,拆除阻水堰坝,梳理帝湖段、嵩山路—建设路河床,修复损毁河道驳岸,拓宽河道,同步实施清障疏浚,恢复河流行洪空间,提升全河防洪能力和标准。

5.2.2 七里河分洪工程

七里河汇集了主城区50%以上的洪涝水,东部地势低洼,防洪排涝压力巨大,需采取快速分滞的措施,有效减轻郑东新区、白沙片区和贾鲁河下游中牟段防洪及除涝压力。通过开挖分洪通道分流七里河超标准洪水,可使贾鲁河下游中牟段能够利用现状50年一遇的河道断面达到100年一遇的防洪标准;同时有利于金水河、熊耳河、东风渠等支流洪水尽快汇入七里河排出,为城区洪水及涝水快速汇入河道创造更加有利的条件,为提高郑州市整体防洪减灾能力形成完整的防洪排涝体系。

5.2.3 贾鲁河向黄河应急分洪工程

虽然贾鲁河与黄河三门峡—花园口区间属于同一雨区,但观测资料统计显示,1965年以来,贾鲁河洪峰流量大于150m3/s以上年份有9年,洪水量级相当于3～10年一遇,相应的黄河花园口流量为1000～5290m3/s,为常遇洪水;黄河花园口大洪水年份的洪水,如1977年8月、1982年8月、1996年8月、2021年10月洪水,贾鲁河相应流量较小,不足3年一遇,显然两者之间发生大洪水遭遇的概率并不大,可以考虑在贾鲁河流域发生超标准洪水时,从贾鲁河应急提水分洪入黄,与下游错时错峰,保证下游防洪安全。规划新建双向应急提水泵站1座,汛期可向黄河分洪160m3/s,降低贾鲁河下游防洪压力,非汛期可引黄补源。

5.3 城市内涝及涝区治理工程

5.3.1 排水管网和泵站

老城区排水管网管径普遍较小,需改造、新建。现状雨水泵站以立交提升泵站为主,大河路京广泵站、瑞达路立交泵站、科学大道立交泵站等63座泵站机组能力不足、汇水区域过大、提升扬程不够,需提标改造[10]。

5.3.2 雨水排出口

改造已建成的不合理的雨水排出口,避免出现排出口缩颈,减少阻水、限水设施,应定期检查及清淤,确保雨水排出口不受堵塞,避免出水受阻造成积水。

5.3.3 检查井及雨水口

结合易涝点改造、雨污分流和排水管网改造、老旧小区更新等工程,同步更新改造雨水口等排水设施。对下穿立交桥、隧道等易涝区域,采取加密或改造雨水口,增设雨水联箅或线性排水沟渠等措施,增加雨水收水能力。

6 结 语

在采取了蓄、疏、截、分、调等防洪排涝减灾措施后,郑州城区河流水位普遍下降0.50～1.20m,有效减轻了郑东新区、白沙片区和贾鲁河下游中牟段防洪及除涝压力,同时有利于金水河、熊耳河、东风渠等支流洪水尽快汇入七里河排出,为城区洪水及涝水快速汇入河道创造更加有利的条件。全市防治洪涝灾的能力得到进一步提高,主城区防洪标准总体能够达到200年一遇,将对郑州市社会稳定和经济发展起到巨大的作用。遇到标准内洪水时,防洪排涝工程能够有效运行,人民生命财产和城市运行可避免遭受洪灾损失;遇到超标准洪水时,人民生命财产最大限度得到安全保障,城市生命线工程运行基本正常。