浙江省城市雨洪控制初步研究

2010-06-12高永胜伍远康陶永格

中国水利 2010年17期

高永胜，伍远康，陶永格

（浙江省水文局，100039，杭州）

一、研究背景

浙江省地处我国东南沿海，气候多变，地形复杂。浙江东部沿海地区易遭台风侵袭，浙江西部地区常遭梅雨影响，浙中、浙北地区梅雨和台风影响兼具，导致浙江省暴雨频繁、集中，洪涝灾害现象时有发生。由于地形地势等客观条件的限制，大部分城区位于地势平坦或低洼处，给城区排水增加了困难，进一步加剧了城区洪涝灾害的影响。

自20世纪80年代，浙江省城市化进程加快，城市建设用地向耕地、湿地等发展，甚至侵占河道，填埋沟塘，导致城市雨洪加剧，人为增加了城市洪水风险。2007年，杭州城西、温州、台州、宁波等地遭暴雨袭击，不少城镇被淹；2009年6月21日，义乌市遭受局部强降雨，部分街道受淹。浙江省在城市化进程中暴露出新的城市（镇）防洪公共安全问题。

二、城市化对城市雨洪的影响

伴随着城市的扩张和发展，城市土地利用方式、覆被条件发生了显著改变，引起城市暴雨增多、蓄水空间缩小、径流系数增大等系列水文效应，这些效应是导致城市雨洪加剧最直接、最根本的原因。

1.城市化对降雨的影响

都市的形成伴随着城市热岛效应，城市建筑物加大了地表粗糙程度，城市向大气排放的大量污染物飘浮于空中，这些都成为城市降雨总量增多、暴雨增加的诱发因素。国内外大量研究表明，一般百万人口城市城区平均气温比郊区高0.5～1.0℃。

顾俊强等通过对均匀分布于浙江省大中小城市的36个观测站近40年（1961—1999年）降雨资料、雨日的气候变化进行了研究，表明浙江省年降水量呈正相关，但年降雨日数长期变化呈负相关。图1是浙江省北部城市杭州、安吉、嘉兴、萧山、富阳、湖州6站逐年雨日的平均降水量时间曲线（图中的直线是直线回归，曲线是高斯9点滤波线）。由图1可知，浙北6站每个雨日平均降水量呈明显的增加趋势，每年平均增加0.1 mm，20世纪80年代以后，雨日的平均降水量大部分都在9 mm以上，大于多年平均值，20世纪80年代以前小于多年的平均值。

表1 义乌市1981年、1998年、2007年3个时期径流系数变化

2.城市化对蓄水空间的影响

浙江省地形复杂，地貌以山丘为主（占总面积的70%以上），城市用地紧张，但为满足城市空间的扩张，建设用地侵占耕地、湿地，甚至填埋沟塘，导致城市蓄水空间缩小。据统计，自20世纪80年代以来，杭州下城区（北部）潮鸣区约有几十个水塘被填埋，损失蓄水容量约 18万 m3。由1986—2001年杭州市城区扩展遥感卫星影像图可知，2001年主城区面积较1986年扩展1倍以上，城区建设用地增加约40km2，地面平均垫高按1 m计算，滞水空间损失近0.4亿m3（不考虑下渗水量）。由义乌市1981—2007年城市扩展卫星遥感影像图可知，其城区面积从1981年的3.72 km2扩展到2007年的64.35 km2，增长了16倍多；不透水面积由1981年的3.72 km2增加到 2007年的 46.16 km2。在所增加的42.44km2不透水面积中，来自耕地、洼地等的约有41.32 km2，来自水域的约有1.12 km2。如果以地面平均填高0.5 m计算，滞水空间缩小0.2亿m3（不考虑下渗量）。

3.城市化对径流的影响

美国“国家城市径流计划（NURP）”1983年的研究结论表明，随着流域内不透水面积百分比的增加，观测的径流系数也在增大。降雨的时空分布对径流系数也产生影响，径流系数随着降雨量的增加而增大，且随暴雨重现期的延长而增大。武晟等通过实验研究，得出了不同下垫面径流系数与雨强及历时的关系，研究表明水泥路面、改性沥青和不透水砖的透水性非常弱，在稳定情况下，径流系数均在0.95以上；透水砖与覆盖率100%的草地径流系数基本相同。

浙江省城市化水平由1978年的14%增加到2007年的57.2%，城市下垫面条件发生显著变化，不透水面积成倍增长，导致径流系数增大。义乌市区不同时期径流系数见表1，初步研究场次径流系数由0.31增加到0.65，次降雨径流系数达到0.8以上。径流系数增大，而汇流时间缩短，使得洪峰流量增大，洪峰出现时间提前。

三、城市雨洪控制措施

1.削减暴雨径流量

（1）屋顶集水系统

屋顶集水是城市雨洪控制的一种重要措施，可分为单体建筑物的分散系统和建筑群或小区的集中系统。浙江省城市住宅小区大部分屋项都已平改坡，对于坡屋顶，其集雨系统集水量可按下式计算：

W=ψA（H·10-3）

式中，W 为屋面收集水量（m3），该值最大值为集雨系统最大蓄水量；ψ为径流系数；A为屋面水平投影面积（m2）；H 为某一时段内降雨量（mm）。

集雨系统收集的雨水可用于小区绿化、环保等用水。对于平屋顶，可设计成绿色屋顶雨水控制系统，可使屋顶径流系数减小到0.3，有效削减雨水径流量，并改善城市环境。

（2）绿地控制系统

草地的滞流入渗作用很强，对短历时暴雨有较好的控制作用。我国现代城市小区规划规范要求，小区绿地面积不应小于30%，建筑物、道路等不透水铺装面一般为40%～50%。根据绿地地面与周围地面的高程关系，绿地的形式可分为凸、平、凹3种，其中下凹式绿地具有蓄渗雨水、削减洪峰流量、过滤水质、美化环境、防止水土流失等优点。雨洪控制应尽量采用下凹式绿地。计算时段内下凹式绿地下渗水量、绿地蓄水量按下式计算：

S=KJFGT×104ΔU=HFG×104

式中，S 为雨水渗透量（m3）；K 为土壤渗透系数（m/s）；J 为水力坡度，垂直下渗，可取为1；F为计算区域面积（m2）；G为计算区域内下凹式绿地占地比例；T为计算时段（s）；H为下凹式绿地和雨水溢出口高差（m）。

（3）雨水渗透技术

①渗透路面技术：渗透路面主要分为两类，一类为渗透性多孔沥青地面或渗透性多孔混凝土地面，另一类是使用镂空地砖（俗称草皮砖）铺砌的路面。渗透路面可用于停车场、交通较少的道路及人行道，特别适合居民小区，还可在空隙中种植草类。

②渗透管、渗透桩、池井技术：相对渗透池而言，渗透管占地较少，便于在城区及生活小区设置；渗透桩一般用于该地区上层土壤渗透性不好，而下层土壤渗透性较好的情况；土质渗透性能较好时可采用渗透池，当土地紧张时，可用地下渗透井，建筑结构与地上渗透设施相似。

2.科学规划城市排水

浙江省大部分城市处于地势低洼处，例如杭州、义乌等主城区均三面环山，这给城市自然排水增加了困难，暴雨期间还要承受山区下来的洪水。因此，如何科学规划城市排水是浙江省城市雨洪控制面临的主要问题。

（1）梳理城区水系，确定合理的河道排涝能力

在城市化进程中，城区原有水系被打乱，河道排涝任务进行了重新划分，但在城区规划、设计和管理中，忽略了这方面内容，对城区河道具体承纳的排涝任务尚不清晰，从而使城区某些河道承担排涝任务过重，导致城区局部内涝积水。因此，应进一步清查城区各排水出路（特别是地下管网排水出路），复核城区河道排涝任务及排涝能力，对超排涝能力的河道减轻其排涝任务或重新改造。

（2）建设雨洪滞蓄工程，缓解低洼区雨洪压力

城区遭遇标准内暴雨时，正常情况下，一般区域的雨水产流由雨水排水管和城区河道正常排水。而对于一些范围大、地势低洼的区域，往往存在排水设施不完善、排水困难等问题。针对这种情况，可利用地势条件建造人工湿地、地下蓄水池、地面小型蓄水工程等雨洪工程滞蓄设施，提高低洼区域防洪能力。

（3）拦蓄、分流山区洪水，缓解城区河道行洪压力

浙江省许多城区河道不但要担负城区排涝任务，同时还要承纳山区洪水，特别是短历时暴雨，山区小流域洪水暴涨暴落，直接汇入城区河道，增加城区河道排洪压力。为缓解城区河道行洪压力并应对超标准暴雨洪水，可在山区河流入城附近修建小型蓄水工程拦蓄山区暴雨洪水，或在山区河流入城处布置避洪渠，直接将部分山区洪水分流至外河，以减少进入城区河道的洪量。

四、城市雨洪控制措施保障体系

1.城市规划增加雨洪控制内容

在城市规划编制中应适当考虑雨洪分流，如条件允许应在山区与城区之间布置截洪沟,尽量避免山区洪水直接进入城区河道或冲刷城区；在编制城市各层次规划的同时，应编制城市雨洪控制专项规划以及在各层次规划中增加雨洪控制的内容；在城市规划建设中应增加一些雨洪控制硬性指标，如绿化覆盖率、下垫面透水率、水域面积等。

2.制定雨洪控制的相关文件

政府应制定相关政策，鼓励和发展雨洪控制措施，因地制宜制定、出台相关雨洪控制设施建设管理办法及相应的法规，明确雨洪控制的基本原则是保证项目建成后降水径流系数不能增加；新建、改建、扩建区域均要设计雨洪控制设施，改变让雨水尽快排入河道的传统思路；同时，尽快制定城市雨洪控制方面的规划、设计、施工、运行等配套技术标准。

3.加强统一管理

雨洪控制属于水务的开发与管理范畴，涉及气象、地质、水利、城市建设等领域，具体实施时需与城市建设、市政管理、节水、建筑设计、环保和园林等多部门通力合作；为保证雨洪控制的持续发展，必须建立有力的领导组织机构，负责统一协调和管理，包括防洪、蓄水、供水、用水、节水、排水、水资源保护与配置、污水处理和再生水利用等问题，负责工程的建设管理和监督。