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陈睿智 刘壮添
（珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广州 510611）
根据住房和城乡建设部对351 个城市进行专项调研成果，2008－2010 年，全国有62%的城市发生过内涝，超过3 次以上的有137个，其中有57个城市的最大淹没时间超过12 h[1]。应急管理部发布的2021 年全国十大自然灾害中，台风与暴雨洪涝灾害占6项，但受灾人口、死亡失踪人口、紧急转移安置人口与直接经济损失占比分别高达97.8%、93.2%、96.3%和92.1%[2]。近年来,典型的城市洪涝灾害如广州“2020.5.22”特大暴雨灾害，导致全市共出现443处积水，多地出现水淹，增城广汽本田生产基地被淹，广州地铁增城官湖地铁站、新沙地铁站严重浸水，导致地铁13 号线停运[3]，全市死亡4人。2021年郑州“7·20”特大暴雨造成380 人因灾死亡失踪，直接经济损失409 亿元[4]。洪涝灾害已成为我国城市化进程中面临的一大问题。
城市洪涝灾害频发，除气候变化因素外，城市粗犷扩张导致的下垫面硬化、调蓄容积减少等问题是洪涝灾害加剧的另外一个重要因素。为从源头落实洪涝安全管控，全面提升城市内涝防治能力，广州市于2021 年3 月印发了《城市开发建设项目洪涝安全评估技术指引》，在全国率先从城市规划阶段开展洪涝安全评估工作。本文结合广州市洪涝安全评估工作的实践经验，论述洪涝安全评估在城市开发建设中的重要性并针对评估技术要点进行探讨。
为解决城市洪涝问题，广州市从城市开发建设项目前期规划阶段着手，要求广州市域内的新、改（扩）建及城市更新项目（含主体设施及附属设施）在策划方案阶段和控制性详细规划阶段均应开展相应深度的洪涝安全评估，作为规划条件发放的依据。重点评估的内容有：①风险评估定选址。在策划方案阶段重点评估地块所处区域的洪涝风险等级，并结合地块建设用途进行选址适应性分析。②规划复核定布局。在控制性详细规划阶段根据各项水务上位规划要求，落实上位规划关于防洪排涝、排水、海绵等设施用地。③洪涝复核定规模。在控制性详细规划阶段明确各类洪涝相关规划标准，落实各类排水防涝设施的控制指标、规模。
2.1 维持下垫面天然调蓄能力和产汇流格局的重要手段
城镇化快速扩张过程中，原有的农田、绿地、水系（池塘、河道、湖泊）等透水、蓄水性强的“天然调蓄池”被占用、填平，被不透水的“硬底化”地面所取代，降低了城市的自然调蓄能力。“硬底化”更是使得雨水下渗量和截留量减少，径流系数增大，从而改变了城市下垫面的产汇流格局，导致洪峰增大，峰现时间提前。
以广州市为例，1990－2016 年，广州市不透水面面积从421 km2增加到1 812 km2，增加了3 倍以上[5]。受城市建设导致的“硬底化”影响，广州市的地面径流系数由0.3～0.5 增大到0.6～0.9，暴雨汇流速度加快，“龙舟水”径流峰值出现时间提前了1～2 h[6]。通过统计广州市66 个典型排涝片不透水率与内部易涝点密度的关系（图1）可以看出，片区内的涝点密度随着片区内地面不透水率的增加，呈现指数级的增长趋势。
图1 地面不透水率与易涝点密度的关系
从研究结果可知，城市开发建设会对下垫面的天然调蓄能力和产汇流格局产生重大影响。其中反映敏感的指标包括绿地率、透水率、水面率、年径流总量控制率，径流系数，调蓄容积等。洪涝安全评估正是从这些指标入手，从开发建设项目的规划阶段就开展充分论证，从规划阶段严控约束性指标，明确鼓励性指标，并在地块核发规划条件时落实。例如在调蓄容积设置方面，要求同时满足：①新建工程硬化面积达1 万m2以上的项目，除城镇公共道路外，每1 万m2硬化面积应当配建不小于500 m3的雨水调蓄设施。②项目建设后雨水径流量不大于建设前径流量。③对应片区的年径流总量控制率要求。通过这样的方式，从项目建设的源头阶段落实管控要求，是维持城市地区下垫面天然调蓄能力和产汇流格局的重要手段。
2.2 保障规划内涝防治标准落地的重要环节
长期以来，城市的防洪排涝工程设计遵循《防洪标准》（GB 50201）《治涝标准》（SL 723）等标准规范，市政排水工程建设遵循《室外排水设计规范》（GB 50014）等标准规范，海绵城市设施亦有各层级的建设规范。但由于不同行业标准规范间并未完全衔接，在实际的城市洪涝灾害治理中，常出现各系统各自“达标”，但洪涝灾害却久治不愈的情况，问题和责任也难以清晰界定。
针对这个问题，住房和城乡建设部颁布了《城镇内涝防治规范》（GB 51222），提出了“内涝防治设计重现期”概念，旨在串联城市洪涝防御体系中防洪排涝、排水、海绵城市三大系统，形成统一标准，携手解决城市内涝问题。而洪涝安全评估，作为内涝防治标准的评估环节，在复核防洪排涝、排水、海绵城市三大系统各自设计标准基础上，考虑三大系统综合运用效果，开展内涝防治标准复核，对未满足标准的建设项目提出具体的措施要求，并结合上位规划要求复核水务工程用地，确保各类措施顺利实施，在城市规划内涝防治标准落地过程中起到了关键性的作用。
2.3 提高城市洪涝防御韧性的重要基础
1973 年，加拿大生态学家Holling[7]首次提出“韧性”概念，将其用于表达系统受到外界冲击后，通过自身调节，维持正常功能的能力。这一概念在城市洪涝灾害防御系统中可以体现为当发生超标准洪涝灾害时，防御系统不会马上崩溃，城市重要基础设施不受严重损害，灾后城市可以迅速恢复正常运行。一个优秀的城市洪涝灾害防御系统不仅需要标准高，还需要韧性强。洪涝安全评估在提高城市洪涝防御系统韧性方面起到了两个关键作用：
（1）选址适应性评估，在规划阶段杜绝风险隐患。大多数的城市洪涝灾害产生原因，既有天灾、也有人祸，而选址不当是“人祸”中最常见也是最应该避免的情况。例如，在广州“2020.5.22”特大暴雨灾害中，发生2 人溺亡的开源隧道、地铁口水浸导致倒灌的13号线官湖地铁站，选址均位于多面环山的凹地，建设前期风险考虑不足。洪涝安全评估在规划阶段开展选址适应性评估，分析建设对象类型与其选址的洪涝风险等级的匹配度，提出选址优化建议。尤其是针对危化企业及危化品仓库，水、电、气、通信等城市命脉系统，易积水道路工程、重要交通设施、党政重要办公场所等失事后对城市正常运行或人民群众生命财产安全产生重大影响的项目，通过选址适应性评估可避免项目建设在洪涝风险高风险区，如确需建设，也会提出洪涝灾害防御具体要求，并对其采取的措施进行全面复核。
（2）多元措施统筹考虑，三维立体设防。与洪涝灾害韧性防御相对应的是对抗性防御，指采用单一措施正面抵抗洪涝威胁的防御方式，最为典型的就是通过一味加高堤防来提高城市防洪排涝标准。这种方式简单直接，建设维护成本低，但也存在一定的弊端：①洪涝灾害问题是一个系统性问题，单一措施难以做到标本兼治，往往解决了旧问题，又引发新问题，如堤防加高，会引起地表排水不畅、河道水位过高顶托管网排水等问题。②单一措施的脆性较强，一旦超过工程设防标准，出现险情，如堤防溃堤，容易引起雪崩式的灾难，后果不堪设想。针对这个问题洪涝安全评估要求防洪排涝、排水、海绵城市各系统全面达标，做到多元措施、分散布局，联动累加、形成合力共同消纳流域暴雨径流；
重视地块竖向标高控制，三维立体设防，全面提高防御系统的韧性。
3.1 以流域系统整体观看待洪涝风险
城市内部的小流域集雨面积一般都不大，流域范围同时发生暴雨的可能性很大，加之小流域内水力联系紧密，在开展洪涝安全评估时，应打破评估对象范围的束缚，在充分识别洪涝风险来源的基础上，以流域系统整体观看待洪涝风险，将洪涝风险分析的范围扩大至与地块存在水力联系的一个或多个小流域，合理设置分析边界条件。以广州“2020.5.22”特大暴雨灾害中受淹严重的南岗地铁站周边片区为例，该区域位于南岗河流域下游右岸，地势低洼，雨水排水路径复杂，既有直排南岗河干流区域，也有排入南岗河支流大氹涌区域，还有一部分排雨水入南岗河流域相邻横滘河流域的沙步涌。“2020.5.22”特大暴雨中，该区域的洪涝水既有由于外排不畅而积蓄的本地雨水，也有南岗河上游洪水通过河道漫溢的洪水。因此，在确定洪涝安全评估分析范围和边界条件时应从流域风险角度看问题，分析范围应从受淹范围扩展到南岗河流域和横滘河流域，南岗河流域重点分析干流及大氹涌片，其余支流流量及东江北干流潮位可作为外边界条件，横滘河流域重点分析沙步涌片，沙步涌出口汇入的东滘涌可将水位作为外边界条件。分析片区与分析范围地理空间关系示意图见图2。
图2 分析片区与分析范围地理空间关系
3.2 洪涝同源，水利市政统一分析
城市小流域的洪和涝都来源于降雨，两者之间没有明显的界限，洪涝相互交织[8]、相生相伴、相互转移。传统的分析方法中，水利的洪水复核通常采用伯努利方程或者一维水动力模型推求水面线复核河道过流能力，而市政的内涝复核通常采用谢才公式或管网水动力模型复核管道的过流能力。这些复核方式简单易用，但无法考虑河道、地表、管网的水量交换与相互影响，容易带来较大的评估误差。如通过一维模型复核河道过流能力时，入流边界条件通常由单位线法或推理公式法计算得到，未考虑地表硬化和排水管网的影响。而实际中，城市地区硬化后的地表和排水管网会加快汇流速度，增大洪峰。这种情况会导致一维模型计算得到的洪峰较实际洪峰偏小。又如针对超标准洪水河道发生漫溢的情况，一维模型无法考虑漫溢水量，会导致计算得到的河槽流量、水位偏大。因此，为从方法层面减少人为误差，提高模拟分析精度，建议：①采用“大包小，长包短”的方法[6]统一市政排水和水利排涝的设计雨型，以设计降雨作为分析计算的边界条件。②构建河道—地表—管网—海绵城市的全要素耦合模型，以统一模型同步考虑河道、排洪沟、排水管网、低影响开发（LID）设施等具有水力联系的水利和市政防洪排涝工程设施，考虑各要素间的水量交换与相互影响，最大程度还原城市地区真实产汇流过程。
3.3 充分识别风险源，开展多工况复核
在洪涝安全计算中，常见以单一工况计算结果作为评判内涝防治标准的依据，这样可能会导致重要洪涝风险源被忽略，出现评估结果与实际情况不符的情况。以前文提到的南岗地铁站周边片区为例，该片区位于南岗河流域下游，受东江北干流潮位影响明显，如果分析时仅考虑暴雨为主的工况，则忽略了高潮位顶托带来的排水不畅风险，在排水泵站规模、竖向标高取值等方面可能出现考虑不足情况。因此，在设置洪涝风险分析工况时，首先要根据地块所属的地理位置、周边条件及历史洪涝灾害情况对洪涝风险来源进行充分识别，常见的洪涝风险来源包括：本地降雨洼地积水、河道洪水漫溢、外潮顶托倒灌、山水入城等。在此基础上，基于历史数据开展洪（雨）潮遭遇分析，合理选择洪（雨）潮遭遇量级与典型过程。最后，充分考虑分析对象的洪涝风险源及遭遇情况，合理设置分析工况，取多种工况洪涝影响分析结果的外包值，作为评估内涝防治标准的依据。
（1）在城市开发建设项目的规划阶段开展洪涝安全评估工作，是维持下垫面天然调蓄能力和产汇流格局的重要手段，也是保障规划内涝防治标准落地和提高城市洪涝防御韧性的重要措施。
（2）在开展洪涝安全评估时应打破评估对象范围的约束，以流域系统整体观看待洪涝风险，合理确定分析范围及边界条件。
（3）在分析方法选择时应充分考虑洪涝同源特性，在统一水利、市政设计雨型基础上，构建河道—地表—管网—海绵城市的全要素耦合模型，考虑各要素间的水量交换与相互影响，提高模拟分析精度。
（4）在分析工况设置时，应充分考虑分析对象的洪涝风险源及遭遇情况，开展多工况计算，全面系统分析洪涝风险。
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