鄭州特大暴雨啟示：高密度城市如何應對暴雨洪澇
發(fā)布日期：2021-07-30 點擊：448
我國暴雨洪水集中、洪澇災害頻發(fā)，城市洪澇問題歷來是一個非常突出的問題。近20年，在全球氣候變化和城市化進程加快背景下，“城市看海”現(xiàn)象連年發(fā)生，城市洪澇災害問題日趨嚴重。2021年7月17日到22日，河南省出現(xiàn)了極端的特大暴雨，鄭州、新鄉(xiāng)等多個城市城區(qū)發(fā)生嚴重內(nèi)澇，聚焦社會廣泛關注。結合廣州“5·22”暴雨等其他主要城市暴雨洪澇成因?qū)Σ哐芯砍晒�，通過深入分析中國高密度城市暴雨洪澇主要特征、成因，探討提出高密度城市暴雨洪澇防治對策，為系統(tǒng)解決中國城市洪澇問題、提升洪澇防御能力和韌性提供新思路。
高密度城市暴雨洪澇防治能力現(xiàn)狀分析
1.高密度城市暴雨洪澇災害主要特征
（1）損失大
對于人口密度、GDP高的城市地區(qū)，一旦發(fā)生暴雨洪澇災害，將造成人員傷亡、經(jīng)濟損失、城市基礎設施受損以及系列次生災害。如北京2012年“7·21”、廣州2020年“5·22”和鄭州2021年特大暴雨，均造成了重大人員傷亡及財產(chǎn)損失，受到全社會的廣泛關注。
（2）突發(fā)性強
城市地區(qū)下墊面情況復雜，在下墊面動力和熱力作用共同影響下，易出現(xiàn)局部范圍突發(fā)性的強對流天氣，引發(fā)短歷時強降雨。這類突發(fā)性暴雨具有前期征兆不明顯、影響系統(tǒng)復雜、預報難度大的特點。如廣州2017年“5·7”暴雨，由于受到廣州北部山區(qū)“喇叭口”地形、暖濕氣流突然北上和城市“雨島效應”等因素的綜合影響，在前期強降水信號征兆不明顯的情況下，發(fā)生了全市范圍大暴雨，多地出現(xiàn)城市內(nèi)澇、山體滑坡、洪水和泥石流等災害。
（3）致災快
城市化改變了地表天然的產(chǎn)匯流條件，天然調(diào)蓄水體銳減、不透水地面比例增加、天然匯水格局改變，導致地表產(chǎn)流量加大、匯流速度加快。以粵港澳大灣區(qū)高密度城市典型流域為例，與城市化前（1992年）相比，城市化后（2019年）流域出口斷面洪峰出現(xiàn)時間平均提前0.51小時。當短歷時強降雨和城市化影響疊加，形成“脈沖式”暴雨洪水，致災速度極快。以鄭州特大暴雨為例，鄭州京廣快速通道隧道由最大1小時降雨開始至完全淹沒僅1.5小時，致災速度之快，令人猝不及防。
（4）洪澇交織
城市暴雨洪澇防御工程體系包括市政排水系統(tǒng)（又稱小排水系統(tǒng)）和水利排澇系統(tǒng)（又稱大排水系統(tǒng)）。小排水主要通過市政管網(wǎng)將城區(qū)較小匯水面積上較短歷時的雨水徑流排入城市內(nèi)河，大排水主要通過城市內(nèi)河將上游及兩岸管網(wǎng)匯集的區(qū)域雨水徑流排入外江。城市洪澇防御系統(tǒng)是一個有機整體，呈“流域樹”結構，大排水構成樹干和枝杈，地面排水區(qū)為樹葉。暴雨徑流按“水往低處流”規(guī)律在“流域樹”運動，洪澇無明顯界限，相互交織。北京、廣州等城市受區(qū)域降雨影響，上游山洪可順勢入城，疊加中下游城市暴雨內(nèi)澇，洪澇交織特點更加突出，加劇了城市洪澇的復雜性。
因此，城市洪澇災害損失大、致災快、突發(fā)性強及洪澇交織的特點，為城市洪澇預報、預警及治理帶來巨大挑戰(zhàn)。
2.高密度城市暴雨洪澇災害成因分析
（1）超標準降雨是城市洪澇災害的主要成因
我國城市內(nèi)澇防治標準偏低。如武漢內(nèi)澇防治標準為10年一遇～20年一遇；鄭州大部分河道治澇標準為5年一遇～10年一遇；廣州內(nèi)澇防治標準為20年一遇～50年一遇。近年國內(nèi)城市暴雨頻率高、強度大、歷時短、范圍集中的特點越發(fā)凸顯，遭遇超標準降雨的機率提高。如2012年北京“7·21”最大24h降雨量局部區(qū)域接近500年一遇；2016年7月武漢最大4h降雨量超過100年一遇；2020年廣州“5·22”最大1h和6h降雨量均超過100年一遇；2021年鄭州特大暴雨最大1h降雨量達到201.9mm，突破我國大陸小時降雨量歷史極值（198mm），鄭州國家觀測站最大日降雨量達624.1mm，接近該站年平均降雨量641mm，也就是說，相當于一天下了將近一年的雨。以標準偏低的洪澇防御系統(tǒng)應對極端暴雨洪水，必定力不勝任。因此，城市內(nèi)澇防治標準偏低和城市極端暴雨是造成城市洪澇災害的主要成因。
（2）快速城市化導致城市洪澇防御能力被動下降
城鎮(zhèn)化快速擴張過程中，原有的農(nóng)田、綠地、水系（池塘、河道、湖泊）等透水、蓄水性強的“天然調(diào)蓄池”被占用、填平，被不透水的“硬底化”水泥地面所取代。據(jù)統(tǒng)計，廣州市從1990年到2016年，不透水面面積從421km2增加到了1812km2，增加了3倍以上；鄭州市從2000年到2021年，不透水面積從373km2增加到了1147km2，增加了2倍以上，另外鄭州古代至少有3個超級大的湖澤（西邊滎澤、東邊圃田澤、五里堡南仆射陂湖）發(fā)揮調(diào)蓄作用，隨著城市發(fā)展這些調(diào)蓄湖如今基本消失。城市化導致地表徑流系數(shù)加大，同量級的降雨產(chǎn)匯流時間縮短，流量顯著增加，洪峰形成加快，徑流峰型趨“尖瘦”化。珠江水利科學研究院統(tǒng)計了粵港澳大灣區(qū)15個高密度城市典型流域，與城市化前（1992年）相比，城市化后（2019年）流域最大3小時暴雨洪峰流量平均增加了41%。隨著城市繼續(xù)擴張，原本標準偏低的城市洪澇防御系統(tǒng)能力將進一步下降，加劇城市洪澇災害。
（3）城市重大基礎設施規(guī)劃建設未充分考慮自身洪澇風險
城市基礎設施是城市正常運轉(zhuǎn)的生命線系統(tǒng)，一旦因洪澇而遭受損害，會在系統(tǒng)之間形成連鎖反應，間接損失甚至超過直接損失。以廣州市地鐵13號線官湖站為例，應按100年一遇標準設防，但其在選址及工程建設時，未充分論證其洪澇設防措施，防洪標準偏低。2020年“5·22”暴雨期間發(fā)生倒灌，停運2個月，直接經(jīng)濟損失約2億元。鄭州某醫(yī)院、重要供電設施防洪標準偏低，在2021年暴雨期間陷入癱瘓，導致大量先進醫(yī)療設備損壞、大規(guī)模停水、停電。
（4）城市洪澇應急管理能力不足
在災害發(fā)生時，城市災害應急管理體系是最后一道防線。目前城市洪澇應急管理仍存在明顯短板。首先，暴雨洪澇的監(jiān)測預報預警能力不足，特別是對極端暴雨的預報精度仍偏低，預警主要依靠大規(guī)模短信群發(fā)、網(wǎng)絡消息推送、電視廣播輪播等手段，未精準明確風險位置、發(fā)生時間和危險程度，對市民安全出行、人員避險轉(zhuǎn)移和防災應急搶險提供的支撐有限。其次，公共事件應急預案可操作性差，且都是作為單獨的存在、聯(lián)動性差，特大災害來臨時無法及時、有效采取措施，無法充分調(diào)動足夠的資源來解決危機。
高密度城市暴雨洪澇韌性防治對策研究
任何防洪排澇體系都有設計標準，極端超標準暴雨產(chǎn)生的災害是不可避免。洪澇災害不存在根治的說法，類似鄭州這樣的極端暴雨，放在全國任何一個城市，都是“看�！�。未來城市暴雨洪澇防治不是杜絕“看�！�，而是采用新的治理理念，實現(xiàn)“防御體系有韌性、基礎設施有韌性、極端暴雨少損失”三大目標。
1.提升城市防洪排澇工程體系防御能力和韌性
（1）提高城市防洪排澇工程體系的防御能力，減少“看海”現(xiàn)象
隨著中國的城市化快速發(fā)展，人口、經(jīng)濟逐漸向城市聚集。截至2020年，中國人口密度最大的10座城市總面積僅占全國的0.51%，而人口和國民生產(chǎn)總值占比分別達到8.96%和16.99%。高密度城市人口、經(jīng)濟高度聚集，其社會經(jīng)濟地位決定其淹不起、澇不得，必須高標準設防，如深圳和廣州城市內(nèi)澇防治標準規(guī)劃從現(xiàn)狀20年一遇提升至100年一遇。同時應充分科學論證防洪排澇基礎設施資金投入與防御能力提升的最佳經(jīng)濟效益比，確定科學合理的內(nèi)澇防治標準。
（2）創(chuàng)新高密度城市暴雨洪澇治理理論，構建多維城市洪澇防御工程體系，提高防御韌性
長期以來，小排水系統(tǒng)和大排水系統(tǒng)治理各自為政。小排水系統(tǒng)按照《室外排水設計規(guī)范》，以管網(wǎng)擴容提標為主要措施；大排水按照《治澇標準》，以河道擴寬、堤防加高為主要措施；彼此之間銜接不緊密，忽略了小排水和大排水系統(tǒng)之間的系統(tǒng)性。
高度城鎮(zhèn)化背景下，提升城市洪澇防御能力受用地嚴重制約，河道擴寬無空間，管網(wǎng)擴容將嚴重影響城市正常運轉(zhuǎn)。按傳統(tǒng)洪澇分治的治理模式，城市內(nèi)河提標只能通過加高堤防解決，一則嚴重影響城市風貌，二則壅高河道水位不利市政管網(wǎng)排水，三則防治手段單一，遭遇超標準暴雨洪澇時極有可能整體失效。
傳統(tǒng)城市洪澇治理模式難以適應新時期的高密度城市洪澇治理需求，須基于流域系統(tǒng)整體觀，以流域為單元，運用“統(tǒng)一目標、統(tǒng)一規(guī)劃、多維共治、系統(tǒng)優(yōu)化”的高密度城市暴雨洪澇治理規(guī)劃設計方法：
以流域相同頻率設計暴雨條件下城市內(nèi)河堤防保安全、地面積水不成災作為城市洪澇治理的共同目標；小排水系統(tǒng)和大排水系統(tǒng)同步一體化規(guī)劃，以避免各自為政導致的邊界條件不銜接和工程規(guī)模不協(xié)調(diào)；在整個內(nèi)河流域尺度充分挖潛治理空間和蓄排潛力，采用蓄排結合的多元措施、布局若干分散工程（如水庫挖潛、利用下凹式廣場和濕地公園、建設分散式雨水調(diào)蓄池、疏通河道、建設排澇泵站、構建路面行洪通道、建設深層隧道等），聯(lián)動累加、形成合力，構建流域多維共治體系，共同消納流域暴雨徑流；通過流域洪澇耦合模型，對多維體系工程布局下的城市洪澇過程精細化模擬，系統(tǒng)優(yōu)化工程布局及措施，確保各維度分散工程的聯(lián)動累加效應最優(yōu)化。
通過構建韌性城市洪澇防御工程體系，實現(xiàn)“雞蛋裝在一個籃子里”向“雞蛋裝在多個籃子里”轉(zhuǎn)變，避免超標準暴雨洪水唯一依靠堤防的對抗性脆性防御。
2.提高城市重大基礎設施洪澇防御能力和韌性
（1）提高重大基礎設施防御能力
提高重要市政基礎設施（如自來水廠、電廠、變電站等）、重要交通設施（如火車站、飛機場、地鐵站等）等重要基礎設施的防御能力。建議其設防標準不低于城市洪澇設防標準，并制定獨立的應急預案。
（2）強化部門協(xié)同治理
城市洪澇是系統(tǒng)病，包括防御體系和被保護對象兩個方面，涉及水務、交通、住建、規(guī)自、供電等多部門，城市洪澇治理必須是多元主體，需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、明確責任、各司其職，確保防御體系和被保護對象之間的協(xié)調(diào)。以廣州市為例，水務部門負責河道、水庫范圍內(nèi)防洪排澇能力建設，交通部門負責道路、涵隧、橋梁等區(qū)域防洪排澇能力建設；住建部門負責地下停車場、地下通道、大型地下商場等地下空間的防洪排澇能力建設；規(guī)自部門負責地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)域的防洪排澇能力建設；供電部門負責供電設施防洪排澇能力建設。通過防御體系“全局戰(zhàn)場”和被保護對象“局部戰(zhàn)場”的有機結合，才能實現(xiàn)城市洪澇標本兼治。
（3）把洪澇安全作為城市開發(fā)建設的剛性約束，依法確保城市重要基礎設施的防御能力
豐富“以水定城”的內(nèi)涵，在水資源剛性約束的基礎上，強化洪澇管理法規(guī)建設，杜絕城市開發(fā)進程中時常出現(xiàn)的擠占現(xiàn)有河道和水務設施空間的現(xiàn)象，實施城市重要基礎設施洪澇安全評估。目前廣州市已經(jīng)在全國率先實施《廣州市城市開發(fā)建設項目海綿城市建設—洪澇安全評估技術指引（試行）》，明確重要基礎設施項目控制性詳細規(guī)劃階段必須開展洪澇安全評估，嚴控河湖水域藍線、明確片區(qū)重要基礎設施建設豎向高程及設防標準，充分落實海綿城市、防洪排澇相關規(guī)劃及自身洪澇安全措施，從城市規(guī)劃階段落實“源頭”洪澇安全管控，以有效提高城市基礎設施洪澇防御韌性。
3.提高超標準暴雨應急管理能力
超標準暴雨引起洪澇災害是不可避免的，政府、社會應急管理能力是超標準極端暴雨條件下減少人員傷亡和經(jīng)濟損失的關鍵要素。
（1）加強“四預”（預報、預警、預演、預案）體系建設，加強會商研判，以提升超標準暴雨應急管理能力
①預報：在基于新一代天氣雷達的強降雨監(jiān)測預報基礎上，建設城市暴雨洪澇全過程、全要素監(jiān)測網(wǎng)，運用城市洪澇快速模擬技術，實時動態(tài)預測預報水淹位置、范圍和過程，實現(xiàn)洪澇風險早期識別，合理指導人員轉(zhuǎn)移、搶險布防、交通管制。
②預警：完善城市洪澇災害預警發(fā)布機制，做好預警發(fā)布工作，針對不同用戶、不同場景、不同需求進行“實時響應、精準定位、風險分級”精準靶向預警，確保能夠及時向責任人和受影響群眾發(fā)布預警信息，及時啟動避險轉(zhuǎn)移、交通管制等。針對重大災害性天氣過程，滾動預測預報，及時發(fā)布預警，特別是要做好短臨預報預警，確保預警信息到村、到社區(qū)、到戶、到人。組織滾動聯(lián)合會商，發(fā)揮氣象、水利、自然資源等部門專業(yè)優(yōu)勢，精準研判風險，周密部署防范。
③預演：在城市暴雨洪澇應對過程中，運用數(shù)字化、智慧化手段，對氣象預報—洪澇預報—水工程調(diào)度—預警信息發(fā)布—多部門應急聯(lián)動等洪澇應急響應全過程進行模擬預演，為政府各部門應急聯(lián)動、協(xié)同搶險救災提供科學決策支持。
④預案：除了各級政府現(xiàn)行的防汛預案，需要重視超標準洪澇防御預案、城市重大基礎設施洪澇防御專項預案。建立“政府統(tǒng)籌，應急主導，部門聯(lián)動”的城市洪澇應急管理機制，強化洪澇風險隱患摸查及洪澇風險圖在預案中的應用，針對城市更新情況及時修編洪澇風險圖和預案，突出預案的實用性與可操作性。
（2）強化洪澇科普，提升公眾應急避險能力
當前技術水平條件下，短臨暴雨預報、洪澇預報還存在誤報和漏報，因此，在面臨極端天氣條件時，公眾的洪澇災害風險意識和自救能力極其重要。利用洪澇風險圖向社會公布、線上線下普及暴雨洪澇風險源及避險常識、科普基地教育等措施，加強對公眾的洪澇災害應急避險培訓，提高群眾的防災減災意識，科學指導群眾學會正確的自保方式，增強危險狀態(tài)下的自救能力、互助能力和理智行為能力，提高惡劣環(huán)境下公眾自身對洪澇災害的適應性。
