黃 顯，王 瓊，吳文惠

(廣州市水務規(guī)劃勘測設計研究院有限公司，廣東 廣州 510640)

廣州市地處珠江三角洲，地形復雜，氣候多變。前汛期受龍舟水暴雨侵襲，后汛期受風暴潮影響，洪澇災害現(xiàn)象時有發(fā)生。2020年5月22日，廣州市普降特大暴雨，共計443處發(fā)生洪澇災害，部分流域受淹范圍廣，深度大，歷時長，損失慘重。其中，溫涌流域受淹面積約1.31km2，受淹深度約0.8～3m，受淹時長約2～4h，流域內鳳凰城、翡翠綠洲兩個大型小區(qū)多處地下車庫進水；雅瑤河流域廣汽本田生產(chǎn)基地被淹，永和河流域官湖、新沙地鐵站嚴重水浸導致13號線停運。

洪澇災害已經(jīng)成為各大城市的頑疾，不僅嚴重制約經(jīng)濟發(fā)展，甚至給人民帶來生命和財產(chǎn)損失。本文將從洪澇成因分析入手，選取治理條件類似的城市進行對比，提出廣州洪澇治理的對策與思考。

1 洪澇成因分析

1.1 極端天氣

近些年，極端天氣頻發(fā)。國內外大量研究表明，一般百萬人口城市城區(qū)平均氣溫比郊區(qū)高0.5～1.0℃。近20年來，城市熱島有加重的趨勢，而且城市熱島與建成區(qū)存在相關關系[1]。研究上海城區(qū)及郊區(qū)1979—2007年降水序列，表明城區(qū)有明顯的增雨效應，城市化使城區(qū)的強對流及災害性天氣增多，防洪排澇壓力增大[2]。

廣州近些年來暴雨頻發(fā)，2018.06.08暴雨、2020.05.22暴雨錄得的降雨量均超過了以往記錄。2020年5月22日大暴雨，全市共有305個測站(占比48%)錄得100mm以上的雨量，25個測站錄得250mm以上的雨量，42個站次小時雨強超80mm，全市最大累積雨量378.6mm，最大小時雨量167.8mm，均遠超百年一遇標準(322mm/24h，114mm/1h)。

除了前汛期的“龍舟水”，后汛期的風暴潮也變的越來越頻繁，“天鴿”“山竹”接連而至，引起的風暴潮均遠超過歷史極值，這進一步增加了城市洪澇治理的壓力。

1.2 下墊面硬化

城市化進程加快，下墊面硬化導致雨水下滲量減少，流速增大，滯蓄能力不足，徑流系數(shù)加大，導致洪水峰量更大，徑流峰型趨“尖瘦”形化。相關研究表明，廣州城市化建設使得地面徑流系數(shù)由0.3～0.5增大到0.6～0.9，增大了近1倍，“龍舟水”徑流峰值出現(xiàn)時間提前了1～2h[3]。

1.3 管理不足、問題流域多

近年來，由于各地重視程度不一，基層管理人員配備不足，專業(yè)能力欠缺，造成許多基礎水利設施維修養(yǎng)護不到位，設施損毀甚至無法發(fā)揮作用。由于行業(yè)受重視程度低，話語權相對較弱，導致日常監(jiān)管不能落實到位，各種侵占水域現(xiàn)象時有發(fā)生，甚至填埋，河道淤積嚴重，嚴重影響行洪安全，形成一個個問題流域。

1.4 歷史欠賬多、標準低

由于較強的公益屬性，資本介入度低，水利處于眾多基礎行業(yè)中較弱勢的地位，直接影響就是投入低，歷史欠賬多，各種防洪排澇基礎設施標準偏低，許多病庫危閘仍在帶病運行。

2 治理特點對比

杭州，城市化程度高，枯汛明顯，地理以丘陵、平原為主，外側受海潮影響，雨情、地理地形特征各方面與廣州都高度相似，可以選作對比對象，下面從天時、地理兩方面進行治理條件對比和分析。

2.1 天時

杭州年降雨1454.10mm，汛期3—9月，汛期降雨占比75.82%，最大降雨月份集中在6月梅雨季，按枯、汛、最大月平均降雨統(tǒng)計，比例大致為1∶2.24∶3.29。廣州年降雨1768.70mm，汛期4—9月，汛期降雨占比81.21%，最大降雨月份集中在6月梅雨季，枯、汛、最大月平均降雨比例大致為1∶4.32∶5.51。杭州-廣州降雨量月度分布對比如圖1所示。

圖1 杭州-廣州降雨量月度分布對比

從降雨歷時和降雨強度來看，杭州降雨歷時長，代表流域典型洪水過程線較平坦，峰值呈現(xiàn)單峰、雙峰等特征，規(guī)劃設計多采用24h長歷時。廣州近年暴雨呈現(xiàn)明顯的短歷時(3～6h)、強度大的特征，洪水過程線呈現(xiàn)陡峭的單峰特征。杭州-廣州代表流域典型洪水過程線如圖2所示。

圖2 杭州-廣州代表流域典型洪水過程線[4]

從天時對比，廣州降雨分布更不均勻，汛期降雨量大且集中，暴雨強度大歷時短，治理難度稍大。

2.2 地理

浙江省浙江地形自西南向東北呈階梯狀傾斜，西南為山地，中部為丘陵，東北部為沖積平原，陸域面積為10.55萬km2，其中山區(qū)和丘陵占70.4%，河流和湖泊占6.4%，平原和盆地占23.2%，素有“七山一水二分田”之說[5]。杭州位于錢塘灣，西高東低，西部屬浙西丘陵區(qū)，東部屬浙北平原，地勢低平，河網(wǎng)密布。

廣州位于珠江三角洲中北緣，北高南低，北部為丘陵山區(qū)，中部是丘陵盆地，南部為沿海沖積平原。

兩者有著相似的地理形態(tài)，從水利角度兩者都可以劃分為為山區(qū)性河段、山區(qū)+感潮性流域、感潮河網(wǎng)區(qū)這三類。

廣州水系流域分類如圖3所示。

圖3 廣州水系流域分類

下面從地理角度分析對比洪澇治理的兩個關鍵條件：水動力條件、排水下邊界條件。

水動力條件：杭州主城區(qū)多位于感潮河網(wǎng)區(qū)，隨著沿海圍墾的發(fā)展，排水出口不斷外移，排水距離進一步延長，很多骨干河道水面比降不足0.1‰。廣州中心城區(qū)主要有兩類流域，一類是感潮河網(wǎng)，河道比降小，還有很多雙向流河道，同杭州類似；另一類是山區(qū)+感潮性流域，北部山洪來的快且量大，南邊出口受潮位頂托，且距河口約3～4km范圍地勢平坦，河道比降小，約0.3‰～0.5‰，這類流域治理難度最大。

排水下邊界條件：杭州由于受錢塘灣的地形影響，形成了遠近聞名的錢塘江大潮，日常潮差一般5～6m，最高潮位8～10m。廣州也是不規(guī)則半日潮，日常超差2～3m，最高4m左右。兩者外江潮位都有不斷上漲的趨勢，杭州的年平均最高潮位以及由70年代的3.41m抬高至如今的4.02m[6]，廣州目前使用的設計洪潮水面線為省水利廳2002年8月頒布的《西、北江下游及其三角洲網(wǎng)河河道設計洪潮水面線》(試用)成果，資料顯示，南沙站200年一遇設計潮位為2.83m。2017年“天鴿”、2018年“山竹”風暴潮后，據(jù)未公開報告《廣州市珠江堤防達標提升總體方案》分析復核：南沙站200年一遇設計潮位為3.39m，已呈現(xiàn)大幅抬升趨勢。

從地理對比，杭州河道水動力條件差，潮差大，治理難度較大。據(jù)調研了解，很多骨干河道日常自排能力也很弱。

3 洪澇治理對策

從前述治理特點對比來看，兩者相似性明顯，可以借鑒浙江、杭州治水經(jīng)驗。建國以來，浙江省不斷加強防洪工程規(guī)劃和建設，在河流上游山區(qū)興建水庫，攔洪削峰，中下游固堤御洪，在平原地區(qū)拓浚河道，建修堤塘、排水閘站，逐步構建了“上蓄、中防、下排、外擋”的流域防洪排澇工程體系[6]?！吧闲?、中防、下排、外擋”的治水思路同樣適合廣州治水。下面將從這幾方面探討一下存在的問題和解決思路。

3.1 上蓄

類似于碳中和要從源頭節(jié)能減排，黑臭水體治理要源頭截污納管，洪澇治理也要貫徹源頭治理的思想，那就是海綿城市理念。只不過這些年城市治理只注重地塊局部的小海綿，缺乏系統(tǒng)性的流域海綿治理，以致大海綿缺乏利用、中海綿被侵蝕、小海綿缺硬措施和長效管理，城市看?，F(xiàn)象依然年年出現(xiàn)。因此應從這三個痛點出發(fā)找對策：

有效利用大海綿。這些年城市化進程不斷加快，耕地灌溉面積逐漸縮減，以致于許多水庫功能喪失，進而降等，最終可能淪為開發(fā)建設用地。據(jù)廣州市2020年度小型水庫病險調查，75座小型水庫有6座降等為山塘。能否有效利用現(xiàn)有水庫對城市洪澇治理也有著關鍵作用，如將水庫灌溉功能改變?yōu)檎{蓄功能，同時加強現(xiàn)有水庫的自動化管理水平，結合水雨情預報系統(tǒng)，做好水庫的控泄，那對于源頭減量是大大有益。

大力管控中海綿占補平衡。如果說水系河網(wǎng)是氣管，那么水庫是綠肺，各種坑塘水面等小微水體就是一個個肺泡，是水系河網(wǎng)呼吸吐納的地方，他們共同構成了大自然的呼吸系統(tǒng)。任何一個器官功能出現(xiàn)問題，就會生病。近些年城市開發(fā)，許多山塘水面逐漸被填埋。雖然小微水體開始著手登記造冊，但漏登的比較多，甚至是列入地塊開發(fā)計劃不上報，另外小微水體占補平衡也缺乏強有力的政策和有效管理，導致小微水體逐漸消失，成為城市看海這種城市病的根源，然后反過來實施海綿城市。因此，強力管控水域的占補平衡極為關鍵。

落實小海綿硬措施，加大末端考核力度。海綿城市實施多注重“滲”“滯”等軟措施，對“蓄”這類硬措施缺乏保障，如：用地緊張取消調蓄池；調蓄水體常年當作景觀水體蓄水，沒有發(fā)揮調蓄作用；調蓄池建高處，管控范圍??；調蓄池容量小，下小雨就滿，大雨缺乏應對能力。除缺乏硬措施外，海綿城市的考核目前偏重于前端指標，缺少最關鍵的末端考核措施，到底消減多少徑流缺乏有效的手段監(jiān)督，需要從源頭治，末端考，倒逼海綿硬措施的落地和海綿設施的有效管理。

3.2 中疏

廣州除了中防以外，更重要的是中疏。受歷史原因，致富總是先修路，后通電、通水、通氣、通網(wǎng)，供應都有了，排泄成了問題，要從一堆管網(wǎng)中給雨水、污水尋找出路就變的相當困難，出路不暢，便會導致了洪水出槽、污水橫流、地面沉陷等各類問題。

自古大禹治水以疏代堵，最終取得了成功，因此疏通卡口，給洪水找出路是所有治水人的共識。中疏的難點在于如何評價和識別卡口，不準確的分析可能會引導錯誤的研判和對策。

某流域卡口眾多，有兩處關鍵橋涵成為整個流域的瓶頸。一處為中游一鐵路下穿涵，箱涵凈尺寸約5m×4m，所在河道寬約10m，坡降約3‰。另一處位于下游河網(wǎng)區(qū)，所在河道寬約25m，坡降約0.4‰，距離河口約2.5km，為一十字路口橋涵，單跨25m，順水流長90m，梁高加上部鋪裝約2m高，為銜接道路，采取了頂平、壓低橋梁的做法，由于梁底標高低，基本每日都會接觸到高潮位水面，同時為滿足過流斷面要求，該橋橋底采用下挖處理，比上下游河道均低0.5～1m。根據(jù)物理模型試驗結果，鐵路涵壅水約0.8m，下游河網(wǎng)區(qū)橋壅水約0.18m。

如果將上述兩個物模結果對照，很容易讓人認為鐵路涵壅水、下游河網(wǎng)區(qū)橋不壅水。這是一個相當危險的結論，按照這個結論，河網(wǎng)區(qū)橋梁建設是否不用再進行防洪影響評價，是否可以都采用這種下挖式的方法處理，答案是否定的。

上述錯誤認識關鍵在于卡口評價不能光看表面數(shù)字，得結合卡口所在區(qū)域特征分析。鐵路涵壅水高度0.8m肯定屬于嚴重壅水級別，放在所處河道來說，河道坡降仍能達到2.2‰，水力條件依然不差，只需要評價回水影響范圍。河網(wǎng)區(qū)橋壅水高度，0.18m看數(shù)字也許會認為一般壅水，但其占到出口河段總坡降的約18%，由于河網(wǎng)區(qū)地勢平坦，更有許多低洼地，18cm壅高很可能造成洪水出槽，同時橋底下挖式處理基本等于無用功，河段坡降小，流速小，同時位于感潮區(qū)，水流來回游蕩，局部凹坑很快就會填平，填平后斷面面積縮小，壅水高度會進一步加大，這種卡口的危害極大，只能通過常年清淤保障過流斷面。

3.3 下排

下排可以從兩方面考慮：一是排水通道，二是強排設施。

3.3.1排水通道

感潮區(qū)排水通道除了要滿足過流斷面外，最重要的如何改善水力條件。改善水力條件可以從河道比降、糙率、水力半徑入手。

(1)改善河道比降在河床高差基本確定的情況下，只有縮短長度改道，這又會帶來敏感的話題，改道后舊河涌是否要填埋，提及改道就如同犯罪一樣，這種思想壓力直接導致了工作難以開展。其實，截彎取直并不是人類使然，而是河道的天性，短時遇阻轉個彎，終有一天會沖破阻礙，牛軛湖就是很好的例證。所以，對于落差較小的感潮河網(wǎng)區(qū)，尤其是山區(qū)+感潮性流域，適度改道是有益的，峰大汛急，讓洪水盡快入海是最好的辦法。以前述流域為例，下游片區(qū)一分為二有兩條出口河道，從分叉點到河口水面高差約1m，A涌2.5km，水力坡降約0.4‰，B涌3.7km，水力坡降約0.27‰，在各項條件類似的前提下，過流能力與A涌差約18%。B涌具備改道條件，改道后縮短0.65km，水力坡降約0.32‰，過流能力與A涌差約10.2%，效果明顯。

(2)根據(jù)明渠均勻流公式，流量與糙率的倒數(shù)成正比，還可以從改善糙率的思路出發(fā)改善水動力條件。重要輸水設施基本都采用混凝土渠而非土渠，主要是水力條件好，損失小，可以減少提升設備，也說明糙率的重要性。目前的痛點在于“混凝土堤岸=不生態(tài)”這種思想“渠化”了。其實，這本身并不矛盾，地勢平坦的平原區(qū)也大都位于都市核心區(qū)，采取硬質堤岸結構不僅節(jié)約用地，也能改善水力條件，便于管理，也符合都市型碧道定位。

(3)水力半徑主要與水深和河道寬深比有關。寬深比在1～5時，變化較快，超過5后不敏感，還與水深有關系。以前述代表性流域為例，洪水時，末端水深基本都在5m左右，寬深比超過3時，水力半徑約為2左右，繼續(xù)加大變化已不敏感。

除了上述方法，浙江經(jīng)驗也值得學習，那就是接力泵。浙江省在布局強排成網(wǎng)的格局時，不僅在各排澇片區(qū)口門設泵，甚至在一些自排能力極差的河網(wǎng)設置接力泵，接力泵的本質就是改善水力坡降，增加水動力。

3.3.2強排設施

關于自排還是強排，在廣州治水一直是一個爭議話題，近些年正在實施的新市涌閘站、石井河閘站等大型排澇泵站，在前期論證階段，對于是否必要強排一直是爭議不斷。

從浙江洪澇治理的經(jīng)驗來看，自排條件惡化，強排成網(wǎng)的格局已逐步驗證和實施，并取得了良好效果。廣州可以借鑒其經(jīng)驗，改變基本靠自排的格局，采取“自排+強排”結合的模式。下面從邊界條件、泵站應對工況及其發(fā)揮作用等方面來論證強排的必要性。

從邊界條件來說，出口邊界條件漸趨惡化是明確的，出口邊界抬高意味著水動力條件變差，泄流能力受限，進而壅水阻洪。以前述流域為例，下游2.5km水面坡降約1m，水力坡降0.4‰，下游出口抬高20cm都是致命的，河口以上2～3km的感潮區(qū)域都將受到影響。因此，從邊界條件惡化來說，增設強排是一條必然之路。

從泵站應對工況及其發(fā)揮作用來看，一般采用以下兩種極端工況進行設計：

(1)大洪碰小潮，洪潮標準選的是20年-多年平均高高潮組合(或5年一遇潮位)。

這種工況下，由于廣州暴雨歷時短，峰高汛急，河道涌容小，水位上漲迅速，1～2h內迅速漲超過外江水位，這時自排能力遠遠大于泵排能力，需要關泵開閘，泵排時間短，能力有限。如果河道水位持續(xù)上漲超過設防標準，這時候洪水出槽成災，唯一辦法就是增設調蓄區(qū)，在峰值承泄滯洪。以代表流域30～5年洪潮組合為例，泵按照5年標準設計，從計算可以看出，泵作用時間很短，泵排洪量占比較小。

那是否可以按照30年的標準去設計泵了，答案是不現(xiàn)實的，因為河道寬度、涌容不足以承載這么大流量的泵站，同樣寬度的泵排能力也遠比不上自排能力(某閘站，水閘和泵站凈寬基本相當，閘過流能力約240m3/s，泵約80m3/s)。

(2)小洪碰大潮，目前采用的多是5～100、10～100等洪潮組合(10～100組合有發(fā)生過)。但筆者認為標準是偏低的，原因有三：①各標準潮位差太小，高標準對工程設計和造價影響很小，尤其閘站這類節(jié)點工程要提高一個等級；②排水下邊界條件惡化，高標準設計是預防；③從天鴿、山竹等風暴潮來看，均伴有短時降雨，雖沒有達到5年標準，但不可不防。綜上，應該取5～天鴿/山竹、10—200年的組合設計。

這種工況下，以廣州目前的水利設施來看，除了關閘，別無它法應對，內涌水無排除的可能。目前部分地區(qū)采取的是通過水閘調度，預騰空涌容，高潮期間利用涌容存水。這種方法對于純河網(wǎng)區(qū)比較有效，純河網(wǎng)區(qū)水系發(fā)達，洪水就近入河，涌容量大，通過預排確實能發(fā)揮巨大的作用。而山區(qū)性+感潮性流域就比較困難，往往流域面積大，洪水基本都歸槽，河道涌容量小，預排作用有限。

A流域為位于純河網(wǎng)區(qū)，集雨面積19.80km2，干流河長為5.756km，流域共有大、小河涌32條，河道加調蓄湖有效調蓄涌容約267.5萬m3，調蓄涌容/集雨范圍約為13.5萬m2/km(約135mm凈雨)。B流域為山區(qū)+感潮性流域，集雨面積44.56km2，干流河長約10km，有效涌容約70萬m3，調蓄涌容/集雨范圍約為1.57萬m2/km(約15mm凈雨)。

應對小洪碰大潮情況，除了預騰空，采用泵強排是山區(qū)+感潮流域的唯一方法。這種工況下，泵排時間主要看外江高潮位持續(xù)時間，越長泵的作用越明顯。以某流域5—100年洪潮組合為例，總洪量遠遠超出河道涌容，預騰空作用有限，泵排量占比近半，效果明顯。

綜上，建泵是必要的，但是標準不宜太高，可按小洪(5—10年)碰大潮標準設計。

3.4 外擋

外擋是必須的，需要的是正視外江潮位上漲、排水下邊界惡化[7]這一客觀現(xiàn)實，盡早科學規(guī)劃、有效應對。

4 其他非工程措施

除了上述工程措施外，還要從以下幾方面推動城市洪澇治理。

(1)嚴控洪水影響評價、海綿城市、洪澇安全評估等涉水事項前端審批，末端落實各項指標驗收和考核，作為城市建設的剛性約束。

(2)建設城市內澇實時監(jiān)測預報預警系統(tǒng)，科學指導防汛應急決策[8]。

(3)推動雨水排放權立法，用行政手段倒逼源頭減排。

(4)推動雨水資源化利用[9]，兩手發(fā)力創(chuàng)造節(jié)水型社會建設。

(5)加強水利人員法制教育和水利執(zhí)法，落實建后管護，對管理養(yǎng)護機構建立績效考評制度。

(6)加強水利科普教育，讓人人了解、支持、參與治水[10]。

5 結語

由于極端天氣、下墊面硬化、管理不足、歷史欠賬等原因，廣州洪澇災害頻發(fā)。對比條件相似的杭州，廣州洪澇治理宜進一步探索“上蓄、中疏、下排、外擋”對策。

(1)“上蓄”有效利用大海綿，大力管控中海綿占補平衡，落實小海綿硬措施，加大末端考核力度。

(2)“中疏”要準確評價和識別卡口。

(3)“下排”重視改善河道水力條件和強排措施。

(4)“外擋”正視外江潮位上漲、排水下邊界惡化的客觀現(xiàn)實，盡早科學規(guī)劃、有效應對。

(5)結合其他非工程措施有效治理洪澇災害。