任建超，謝水波，劉 慧，孫 波

(1.南華大學(xué)建筑學(xué)院，湖南 衡陽 421001；2.南華大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001)

當(dāng)前，我國正處于城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展階段，在人類活動和水文、氣候等自然環(huán)境異常的共同作用下，我國城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)損率呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢。2010年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對我國351個(gè)城市的專項(xiàng)調(diào)研顯示: 2008—2010年期間，62%的城市發(fā)生過內(nèi)澇，137個(gè)城市超過3次發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害，57個(gè)城市的最大積水時(shí)間超過12h。國家水利部發(fā)布的《中國水旱災(zāi)害公報(bào)》統(tǒng)計(jì)中，2008—2018年期間，平均每年因洪澇災(zāi)害死亡人口約為760人，直接經(jīng)濟(jì)損失為2119.50億元。2012年，北京“7·21”內(nèi)澇事件造成至少77人死亡，迫使近6萬人撤離，直接經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)在100億元人民幣左右。

2013年12月在中央城鎮(zhèn)化工作會議上，習(xí)近平總書記談到要建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。2014年10月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部正式發(fā)布《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建( 試行)》(以下簡稱《指南》)，當(dāng)前海綿城市建設(shè)在應(yīng)對一般降雨已經(jīng)取得了較好的成果，但是在應(yīng)對超標(biāo)降雨中，還存在城市內(nèi)澇頻發(fā)的現(xiàn)象[1]。因此，本研究根據(jù)當(dāng)前城市面臨的城市水問題，結(jié)合當(dāng)前海綿城市建設(shè)的背景就如何系統(tǒng)的構(gòu)建海綿城市內(nèi)澇災(zāi)害防控體系，提升城市應(yīng)對內(nèi)澇災(zāi)害的彈性展開深入的探索。

1 城市內(nèi)澇災(zāi)害的成因、機(jī)理

近年來，我國一些城市面臨著逢雨必澇的尷尬局面，主要是在城市建設(shè)和管理中，城市的自然和社會水循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，這是在多種因素共同作用的結(jié)果，主要分為以氣象、水文、地形地貌等相關(guān)的自然因素和人類活動造成的社會因素兩大類[2]。

1.1 自然因素

IPCC 報(bào)告指出全球氣候變暖增加了城市降水強(qiáng)度和洪澇災(zāi)害事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[3]。綜合考慮我國地理位置與氣候特征，我國降雨分布有明顯的時(shí)空差異性，總體呈現(xiàn)從北向南、從西向東逐漸遞增的規(guī)律，主要集中在6—8月份，近年來，受季風(fēng)氣候異常影響，城市極端降雨天氣頻發(fā)，其中，北方部分地區(qū)、長江流域及東南沿海等地區(qū)降雨強(qiáng)度及強(qiáng)降雨頻率均呈現(xiàn)上升趨勢[4]。研究表明，快速城鎮(zhèn)化影響了局地氣候特征和水文變化規(guī)律，形成了“熱島效應(yīng)”和“雨島效應(yīng)”，導(dǎo)致短時(shí)強(qiáng)降雨由農(nóng)村向城市轉(zhuǎn)移，由于城市土地覆被變化(LUCC)，降雨產(chǎn)生的地表徑流呈現(xiàn)產(chǎn)匯流時(shí)間短、流量峰值高等特征，造成雨水短時(shí)間無法排出，發(fā)生城市內(nèi)澇災(zāi)害[5]。受地形地貌影響，丘陵、山地城市經(jīng)常發(fā)生山洪與內(nèi)澇災(zāi)害疊加的情況，造成更大的損失[6]。

1.2 社會因素

社會因素包含的致災(zāi)因素較為復(fù)雜，主要是人類主導(dǎo)的城鎮(zhèn)空間建設(shè)下對孕災(zāi)環(huán)境的改變，體現(xiàn)在城市規(guī)劃、排水防澇工程建設(shè)以及城市災(zāi)害應(yīng)急管理3個(gè)方面[7]。在城市規(guī)劃方面，傳統(tǒng)的城市規(guī)劃在利益驅(qū)動下，容易發(fā)生城市生態(tài)空間管控失效，導(dǎo)致土地過度開發(fā)，造成城市生態(tài)空間碎片化、面積縮減和不透水面積增加等城市問題，破壞原有自然排水體系和雨洪調(diào)蓄功能，影響城市的水循環(huán)系統(tǒng)。在進(jìn)行城市排水防澇工程建設(shè)方面，一些老城區(qū)排水采用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低和存在較多雨污合流系統(tǒng)，部分城市排水系統(tǒng)缺乏維護(hù)與建設(shè)混亂，管道系統(tǒng)存在嚴(yán)重的錯(cuò)接、沉降、堵塞等問題，導(dǎo)致排水系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，另外，早期城市排水管網(wǎng)的建設(shè)過于重視“灰色基礎(chǔ)設(shè)施”的利用，缺乏與自然調(diào)蓄系統(tǒng)的銜接，造成灰綠排水設(shè)施割裂的情況。在城市災(zāi)害應(yīng)急管理方面，我國在應(yīng)對內(nèi)澇災(zāi)害的非工程性措施尚不完善，存在缺乏相應(yīng)的法律法規(guī)、應(yīng)急管理指揮體系不完善和缺乏災(zāi)害應(yīng)急教育等問題，導(dǎo)致可控災(zāi)害缺乏預(yù)警和不可控災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)一步擴(kuò)大。

1.3 城市內(nèi)澇災(zāi)害形成機(jī)理

從災(zāi)害系統(tǒng)論的角度出發(fā)，以城市內(nèi)澇災(zāi)害形成的致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境及承災(zāi)體之間的拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建城市內(nèi)澇災(zāi)害鏈[8]。

城市內(nèi)澇災(zāi)害(D)是在承災(zāi)體(V)、孕災(zāi)環(huán)境(S)、致災(zāi)因子(R)的相互作用的結(jié)果，如圖1所示[8- 9]。首先，人類主導(dǎo)的城市空間及人類作為承災(zāi)體，在社會因素的影響下，城市生態(tài)、水文、氣候等自然環(huán)境發(fā)生異常，導(dǎo)致城市空間環(huán)境的穩(wěn)定性降低，致災(zāi)因子的強(qiáng)度提升。其次，孕災(zāi)環(huán)境指內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的城市空間環(huán)境，其穩(wěn)定性的降低，導(dǎo)致城市應(yīng)對極端降雨的適應(yīng)性減弱，反向刺激承災(zāi)體提升自身應(yīng)對環(huán)境改變的能力。最后，極端降雨作為城市內(nèi)澇災(zāi)害最為直接的致災(zāi)因子，在自然因素和社會因素的作用下，降雨強(qiáng)度的提升和城市空間環(huán)境應(yīng)對內(nèi)澇災(zāi)害的能力不足時(shí)，增加城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 城市內(nèi)澇災(zāi)害鏈

2 海綿城市概念、內(nèi)涵

2.1 海綿城市概念

海綿城市是我國新型城鎮(zhèn)化下的城市雨洪管理措施，改變傳統(tǒng)的雨水排放模式，以生態(tài)理念來應(yīng)對城市的水問題，提高城市應(yīng)對雨水自然災(zāi)害的彈性，因此也稱之為“水彈性城市”?！昂＞d”是一種應(yīng)對城市雨洪問題的技術(shù)與管理模型，采用高度形象化和感性的語言表述，《指南》中給出的海綿城市的定義，將城市比喻為“海綿”，維持與恢復(fù)城市開發(fā)區(qū)域未開發(fā)狀態(tài)下的水文狀態(tài)[10- 12]。

2.2 海綿城市內(nèi)涵

海綿城市的建設(shè)是在城市雨洪管理內(nèi)涵上發(fā)展的一個(gè)多學(xué)科、多層次、多尺度的水系統(tǒng)協(xié)同治理體系，其內(nèi)涵豐富，不同專業(yè)的學(xué)者對海綿城市建設(shè)的理解有所側(cè)重，本文運(yùn)用系統(tǒng)理論從城市規(guī)劃、災(zāi)害學(xué)以及生態(tài)學(xué)等多學(xué)科融合的角度，根據(jù)海綿城市產(chǎn)生的三大驅(qū)動因素：洪澇災(zāi)害、水生態(tài)惡化及水資源短缺，并結(jié)合《指南》中海綿城市建設(shè)的三大途徑，認(rèn)為海綿城市的本質(zhì)可以歸納為：綜合考慮城市面臨的水問題，運(yùn)用生態(tài)理念和系統(tǒng)理論重構(gòu)城市水生態(tài)格局，提升城市應(yīng)對水問題的彈性，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展[11- 14]。

3 國內(nèi)外城市內(nèi)澇防控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

3.1 城市雨洪管理體系

20世紀(jì)70年代，發(fā)達(dá)國家針對本國的城市水問題開展城市雨洪管理體系研究，其中，以美國的最佳管理措施(BMPs)、低影響開發(fā)(LID)和綠色基礎(chǔ)設(shè)施(GI)及澳大利亞的水敏感性城市(WSUD)、新西蘭的低影響城市設(shè)計(jì)與開發(fā)(LIUDD)、英國的可持續(xù)城市排水系統(tǒng)(SUDS)等發(fā)達(dá)國家的雨洪管理理念研究較為成熟[15]。我國關(guān)于現(xiàn)代雨洪管理體系研究起步較晚，結(jié)合我國水問題，借鑒國外先進(jìn)的雨洪管理理念，提出以LID理念為核心的雨洪管理體系并發(fā)展為如今的海綿城市。隨著我國30個(gè)海綿城市試點(diǎn)的展開，許多學(xué)者在城市建設(shè)中對海綿城市做了大量的研究。例如，謝映霞通過對海綿城市試點(diǎn)城市建設(shè)中的經(jīng)驗(yàn)和問題分析，提出以問題為導(dǎo)向，參考國外經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建系統(tǒng)的治水思路，提高海綿城市建設(shè)的綜合效益[16]。

3.2 城市內(nèi)澇模型模擬和風(fēng)險(xiǎn)評估

當(dāng)前，國內(nèi)外采用的城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的方法主要分為歷史災(zāi)情法、指標(biāo)體系法、基于RS和GIS技術(shù)耦合的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估以及基于情景模擬的風(fēng)險(xiǎn)評估法4種類型[17]。其中，基于情景模擬的風(fēng)險(xiǎn)評估法是當(dāng)前城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估的研究熱點(diǎn)，它運(yùn)用水文水動力模型構(gòu)建一維、二維及一維二維耦合模型動態(tài)模擬內(nèi)澇災(zāi)害的形成過程，更加直觀的展示易澇點(diǎn)的空間分布特征，實(shí)現(xiàn)內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和評價(jià)，為城市防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃、排水防澇規(guī)劃及城市內(nèi)澇災(zāi)害預(yù)警等提供參考。國外發(fā)達(dá)國家對于內(nèi)澇模擬模型的研究較為成熟，如SWMM、SCS、STORM、MOUSE、Info Works和Wallingford Model 等模型，我國關(guān)于內(nèi)澇模擬模型的研究起步較晚，在借鑒國外已有模型的基礎(chǔ)上研發(fā)出具有區(qū)域特征的SSCM、CSYJM等模型。例如，蘇伯尼等人運(yùn)用二維水力模型，模擬積水的時(shí)空分布[18]；殷杰、伊占娥等人從災(zāi)害系統(tǒng)論的角度利用GIS對城市暴雨內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行情景模擬及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估[19]。

3.3 大排水系統(tǒng)

國外發(fā)達(dá)國家在應(yīng)對城市雨水問題時(shí)，通常采用小排水系統(tǒng)和大排水系統(tǒng)相結(jié)合的方式。小排水系統(tǒng)對應(yīng)重現(xiàn)期較小的一般降雨，主要包括城市排水管道、暗渠及LID等基礎(chǔ)設(shè)施，大排水系統(tǒng)主要對應(yīng)重現(xiàn)期較大的極端降雨，通常包括地表雨洪行泄通道、地下超級排水工程、城市濕地和調(diào)蓄設(shè)施等組成，因此也稱為城市內(nèi)澇防治系統(tǒng)或者超標(biāo)雨水排蓄系統(tǒng)[20- 21]。

大排水系統(tǒng)的建設(shè)對于內(nèi)澇防控具有較高的效益，是海綿城市建設(shè)的重要部分。國外發(fā)達(dá)國家關(guān)于大排水系統(tǒng)的建設(shè)起步較早，具備較為成熟的建設(shè)技術(shù)與運(yùn)營管理手段，比較著名的有日本東京的“地下神殿”、德國慕尼黑的地下蓄水庫以及吉隆坡的“聰明隧道”等大排水系統(tǒng)。我國作為發(fā)展中國家，對大排水系統(tǒng)的研究與建設(shè)起步較晚，雖然GB50014—2006《室外排水規(guī)范》已明確大排水系統(tǒng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，但在資金、技術(shù)手段等條件的限制下，一些針對大排水系統(tǒng)的構(gòu)建還處于概念分析、規(guī)劃方法和建設(shè)技術(shù)的研究階段。例如，李俊奇等人介紹了大排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)概念和組成，指出大排水系統(tǒng)是海綿城市建設(shè)的關(guān)鍵，提出構(gòu)建大排水系統(tǒng)的技術(shù)手段[22]；程小文等人從定位、功能及構(gòu)成進(jìn)行大排水系統(tǒng)與城市小排水系統(tǒng)的對比，提出大排水系統(tǒng)的規(guī)劃方法[23]。

3.4 城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急管理

目前大多數(shù)學(xué)者集中在城市災(zāi)害應(yīng)急管理的綜合研究，如智慧城市、彈性城市等理念的提出，關(guān)于內(nèi)澇單一災(zāi)害應(yīng)急管理的研究主要集中在應(yīng)急管理體系、暴雨內(nèi)澇災(zāi)害預(yù)警機(jī)制、城市內(nèi)澇防控技術(shù)、應(yīng)急管理能力及法治建設(shè)5個(gè)方面的研究[24- 25]。其中，利用物聯(lián)網(wǎng)、仿真模型及大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急管理平臺，更加系統(tǒng)科學(xué)地進(jìn)行內(nèi)澇災(zāi)害防控，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[26]。例如，吳先華等人從城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害大數(shù)據(jù)融合的背景下分別從信息科學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)和管理學(xué)等角度開展城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急管理研究[27]；陳偉珂等人通過對城市內(nèi)澇治理呈現(xiàn)的碎片化管理研究，提出整體性治理理論，形成協(xié)同多元化治理主體[28]。

4 海綿城市內(nèi)澇防控系統(tǒng)策略

以當(dāng)前我國水問題為導(dǎo)向，基于海綿城市理念，運(yùn)用系統(tǒng)理論，從海綿城市規(guī)劃、建設(shè)及管理三個(gè)層面提出構(gòu)建海綿城市內(nèi)澇防控系統(tǒng)[29]。如圖2所示。

圖2 海綿城市內(nèi)澇防控系統(tǒng)

4.1 完善海綿城市規(guī)劃體系

城市規(guī)劃作為城市建設(shè)的重要依據(jù)，進(jìn)一步將海綿城市理念融入到城市規(guī)劃建設(shè)中，完善海綿城市規(guī)劃體系有利于提高城市內(nèi)澇災(zāi)害防控的系統(tǒng)性和科學(xué)性。從區(qū)域和流域的層面構(gòu)建水環(huán)境生態(tài)安全格局、生態(tài)安全廊道及劃定三區(qū)三線來控制城市生態(tài)格局，比如，聯(lián)系城市公園廣場、河道、湖泊等城市開放空間，構(gòu)建“斑塊—廊道—基底”雨洪安全生態(tài)系統(tǒng)，提高城市雨洪調(diào)蓄的系統(tǒng)性。根據(jù)城市實(shí)際情況和發(fā)展需求將海綿城市內(nèi)澇防控規(guī)劃融入城市各層次規(guī)劃中，通過城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃、排水防澇規(guī)劃、道路系統(tǒng)規(guī)劃以及豎向規(guī)劃等提高城市的排水防澇能力。在進(jìn)行城市設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和城市生態(tài)敏感性評價(jià)，盡量避開城市易澇區(qū)和生態(tài)環(huán)境敏感的區(qū)域，堅(jiān)持生態(tài)保護(hù)、修復(fù)的城市設(shè)計(jì)理念構(gòu)建城市藍(lán)綠空間，如在規(guī)劃過程中盡量避免在洪泛區(qū)、河灘濕地、山林田等區(qū)域建設(shè)建筑，提前有效地規(guī)避內(nèi)澇災(zāi)害帶來的損失。海綿城市的建設(shè)是一個(gè)投資大、周期長的任務(wù)，需要規(guī)劃近遠(yuǎn)期建設(shè)方案，優(yōu)先解決當(dāng)前城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)最為嚴(yán)重的地區(qū)，同時(shí)結(jié)合城市發(fā)展實(shí)際情況，對已建城區(qū)結(jié)合舊城改造、道路擴(kuò)建等規(guī)劃逐步推進(jìn)，以達(dá)到資源的合理配置。

4.2 構(gòu)建“灰綠”排水防澇工程系統(tǒng)

傳統(tǒng)的城市排水防澇工程以快排理念為主，海綿城市內(nèi)澇防控系統(tǒng)以生態(tài)理念為核心，在傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建區(qū)域、城市和街區(qū)的多層次 “灰綠”排水防澇工程系統(tǒng)，提高城市應(yīng)對內(nèi)澇災(zāi)害的彈性，基本思路是采用源頭減排、過程控制和末端調(diào)蓄三大工程技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)城市小雨不積水、大雨不內(nèi)澇的目標(biāo)[30]。源頭減排在一般降雨中效果明顯，主要是通過加強(qiáng)LID場地設(shè)施的建設(shè)，提高城市海綿體的覆蓋率，可以有效地實(shí)現(xiàn)對初期雨水的凈化，降低雨水徑流和補(bǔ)充地下水，實(shí)現(xiàn)“小雨不積水”的目標(biāo)。過程控制和末端調(diào)蓄是在面對強(qiáng)降雨或者持續(xù)性降雨排放時(shí)實(shí)現(xiàn)“大雨不內(nèi)澇”的重要手段，在過程控制階段應(yīng)該加強(qiáng)傳統(tǒng)排水設(shè)施與自然排水系統(tǒng)的融合，提升城市排水過程的系統(tǒng)性，結(jié)合水庫、洪泛區(qū)等末端調(diào)蓄設(shè)施，推進(jìn)有條件城市的大排水系統(tǒng)建設(shè)，加強(qiáng)對超標(biāo)雨水的轉(zhuǎn)輸和調(diào)蓄，緩解城市防澇壓力[31- 32]。

4.3 完善LID非工程措施

LID非工程措施作為海綿城市內(nèi)澇防控系統(tǒng)的重要組成部分，通過構(gòu)建城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急管理體系，能夠有效地提高城市內(nèi)澇災(zāi)害的預(yù)警、響應(yīng)和恢復(fù)能力。海綿城市建設(shè)有據(jù)可依，是指導(dǎo)海綿城市健康發(fā)展的首要條件，完善海綿城市規(guī)劃建設(shè)相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范，緊密銜接相關(guān)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，提高排水防澇規(guī)劃實(shí)踐操作能力。構(gòu)建多元主體參與的城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急管理體系，海綿城市內(nèi)澇防控的建設(shè)需要多專業(yè)、多部門和多群體的共同參與，以政府主導(dǎo)，社會參與的合作體系，推動市場資金的參與，提高城市的防災(zāi)減災(zāi)能力。運(yùn)用大數(shù)據(jù)，建立城市內(nèi)澇災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建智慧海綿平臺，加強(qiáng)管網(wǎng)運(yùn)行管理、內(nèi)澇監(jiān)控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)快速評估，提高城市內(nèi)澇災(zāi)害預(yù)警能力及響應(yīng)速度[33- 34]。進(jìn)一步推動內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控知識的宣傳教育，樹立內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防范意識，提升民眾的自救能力[35]。

5 結(jié)論

本研究基于海綿城市理念，運(yùn)用系統(tǒng)理論從規(guī)劃、建設(shè)及管理三個(gè)層面提出完善海綿城市規(guī)劃體系、構(gòu)建“灰綠”排水防澇工程系統(tǒng)及完善LID非工程措施三大內(nèi)澇防控策略，構(gòu)建海綿城市內(nèi)澇防控體系，能夠有效地提升城市應(yīng)對超標(biāo)降雨的能力，降低城市內(nèi)澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。但是本文就城市對不同強(qiáng)度內(nèi)澇災(zāi)害的適應(yīng)性、敏感性及抵抗力未展開深入研究，導(dǎo)致對于城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警、防災(zāi)物資儲備及設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)存在不足，因此應(yīng)在后續(xù)工作中加強(qiáng)關(guān)于城市應(yīng)對內(nèi)澇災(zāi)害能力的研究，為城市提供更加完善的內(nèi)澇防控體系。