韧性城市理念下的区域雨洪控制系统构建探索及实践

汤 钟，张 亮，俞 露，李 亚，陆利杰

(深圳市城市规划设计研究院有限公司，广东深圳 518000)

城市是人与自然相互协调发展共生的复杂系统，城市发展必须尊重城市客观发展的规律。当外部冲击来临时，韧性城市是通过城市整体结构和功能的运行方式调整，实现在受到冲击后基本保持城市功能结构和系统，并能迅速实现灾后恢复的一种城市建设方式[1-3]。

洪涝是我国城市最主要的自然灾害之一，城市中人口、资产高度集中，一旦受损损失较大。城市雨洪韧性以韧性城市理论为基础，指城市能够避免、缓解及应对城市雨洪灾害，不受大的影响或者能够迅速从灾害中恢复，对公共和经济的影响降至最低的能力。基于韧性城市理念的区域雨洪系统相比于常规的雨水管道系统，具有综合运用自然生态本底的生态韧性和人工雨洪系统的工程韧性，因而有着更强的包容能力。韧性雨洪系统可以分为生态、工程、社会3大部分，如表1所示。

表1 韧性雨洪系统内涵Tab.1 Connotation of Resilient Rain and Flood System

传统的雨洪系统对于提升水安全的方式主要是增加雨水管渠或加大雨水管渠管径等工程化措施，并未考虑区域雨洪系统的整体性、复杂性。深圳市光明区以绿色、生态立区，在城市开发过程中将解决雨洪问题视为优先考虑因素。在城市开发建设前保留径流通道，以系统规划指导相关建设工作，确保高起点规划、高标准建设、高水平管理，逐步实现具有抵抗力、恢复力和适应力的区域雨洪系统。本文通过对光明区区域雨洪系统的构建思路进行梳理，以期为其他同类型地区提供参考[6]。

1 规划区概况及问题分析

1.1 区域概况

光明区位于深圳西部地区，总面积为155.33 km2。光明区自然基底优越，土地储备丰富，肩负国家海绵城市试点(第二批)、国家低影响开发雨水综合利用示范区、国家新型城镇化综合试点、国家绿色生态示范区、国家绿色建筑示范区、国家循环化改造示范试点园区等国家级改革试点任务。光明区50%以上的用地位于生态控制线范围内，境内有大面积林地、园地、耕地，水库、渔塘等大小水体参差其间，自然生态在光明区具有重要作用，应多加保护和利用[7]。

1.2 雨洪问题评估

光明区位于茅洲河流域，城市内涝问题是光明区面临的重要城市水问题。根据《深圳市历史内涝调查及问题分析专题》，光明区现状内涝点有26处，采用MIKE水力模型对现状排水管网进行评估。通过求解圣维南方程组等流体力学公式，准确地解析管网中的水流状态，结果如图1所示。由图1可知，规划区管网低于设计标准的比例较高，小于1年一遇的管网占比高达34.3%。采用多指标叠加进行内涝风险评估可知，规划区整体内涝风险较低，局部地段有零风险区，但茅洲河下游地区抽排区风险较大，有6.2 km2的潜在风险区范围[8]。

图1 光明区现状管网系统排水能力及内涝风险评估Fig.1 Drainage Capacity and Waterlogging Risk Assessment of Existing Pipe Network in Guangming District

1.3 雨洪问题成因分析

综合分析光明区城市水安全原因，主要有以下因素。

(1)极端降雨频发，季节性明显

光明区地处低纬度滨海台风频繁登陆地区，受海岸山脉地貌带、锋面雨、台风雨影响，暴雨频发。根据对最近十年的降雨数据统计(图2)，2006年—2017年大暴雨(100.1～250 mm)共发生30次，暴雨(50～100 mm)共发生70次，大暴雨比重较高，最大日降雨达247 mm/d。根据光明区内石岩水库48年雨量资料统计，光明区多年平均年降水量为1 600 mm，且年内分配不均，降雨主要集中在汛期，其中4月—10月降水量占全年降水量的87.6%。

图2 光明区极端降雨统计[4]Fig.2 Statistics of Extreme Rainfall in Guangming District[4]

根据深圳市气象局编制的《深圳市暴雨雨型研究》，短历时设计暴雨雨型(120 min)为前锋雨型，雨峰系数为0.35(第42 min)，长历时暴雨雨型采用珠江三角洲雨型[9]。

图3 深圳市年径流总量控制率与设计降雨量之间的关系Fig.3 Relationship between Control Rate of Total Annual Runoff and Designed Rainfall in Shenzhen City

根据深圳40多年的气象资料统计，得到深圳市日降雨量-年径流总量率控制曲线(图3)。 深圳市70%年径流总量控制率对应的设计降雨量为31.3 mm，即要实现70%年径流总量控制率的目标，海绵城市各项设施需容纳单位面积用地上不低于31.3 mm的降雨量。

(2)地势低洼，抽排排水

光明区位于茅洲河流域，属于全市最大的抽排区。上游地区依山而建，山体汇水面积大，带来洪涝压力；中下游地区地势低洼，加之潮位的顶托，汛期时部分区域雨水不能自流排放，易形成区域性涝灾。现状采用泵站进行抽排。

(3)硬化面增加，标准偏低

随着城市建设的快速发展，许多池塘、稻田等滞洪区被开发为城市建设用地，地表滞蓄能力及地面的渗透能力降低，导致洪峰流量加大，洪峰提前。现状排水设施建设标准偏低，排涝泵站规模不够，河道防洪不达标，建成区高速开发建设严重破坏原有排水体系，一旦出现超标准的强烈极端天气，极易形成严重洪涝问题。

(4)侵占河道，暗渠化严重

河道两岸城市建设存在侵占河道用地的现象，下游河道淤积严重，导致河道行洪断面减少，造成防洪标准下降，加剧了洪涝灾害隐患。光明境内有暗渠的支流有9条，有些暗渠淤积严重，且清淤困难，防洪标准严重不达标[10]。

2 生态雨洪韧性系统

生态雨洪韧性系统是区域雨洪系统中的重要组成。对已受破坏的水体、低洼地等自然本底，运用生态手段进行恢复和修复，并维持一定比例的生态空间。结合生态岸线恢复目标，考虑河岸、水库、湖泊、湿地周边用地类型，根据水体现状水质情况、整治情况、水生态系统情况等，有区别、有针对性地提出生态雨洪的修复策略。规划区生态雨洪韧性系统主要包括“海绵基质”生态框架和径流路径的保护等内容[11]。

2.1 保护“海绵基质”生态框架

规划区主要的绿色“海绵基质”可分为城市公共部分、林地部分、湿地部分(表2)。根据地块性质与居民生活需求，因地制宜设置海绵基础设施，提升公共绿地的海绵功能。“海绵基质”生态框架主要分为4类：城市公共绿色基础设施、林地绿色基础设施、湿地绿色基础设施和海绵技术应用。通过规划调整、海绵城市建设指引、项目审查、竣工验收等方式，对“海绵基质”进行全面保护，为雨水预留滞蓄空间(图4)[12]。

表2 “海绵基质”生态框架Tab.2 Ecological Framework of “Sponge Matrix”

图4 光明区 “海绵基质”分布Fig.4 Distribution of “Sponge Matrix” in Guangming District

2.2 径流路径的保护

通过高精度DEM建立光明区汇水分区及径流路径(图5)，叠加现状河道，全区河道走向基本合理，有3处有径流路径但是无河道区域，且与内涝点分布较为吻合。根据对径流路径的GIS分析，主要径流路径已属于蓝线保护范围，但仍有部分地区存在提升空间[13]。

(1)城市更新区

公明老城区现分布大量旧村，目前主要采用暗渠的形式排洪，径流路径的完全割裂对区域排水不利，建议在旧村改造的同时，尽可能对径流路径通过景观提升的方式加以保护。

图5 径流路径保护Fig.5 Runoff Path Protection

(2)河道上游区域

新陂头河(南北支)、鹅颈水等河道上游基本处在生态控制线内，应不断提升径流路径周边的生态涵养建设，减少水土流失。

2.3 水环境提升方案

规划区对水环境治理有很高的要求，水体水质方面，要求近期地表水体水质基本达到Ⅴ类水标准，完成黑臭水体治理目标；面源污染控制方面，要求近期径流污染物削减率(以SS计)不低于40%，远期不低于50%。城市建设区的点源及面源污染是城市的主要污染来源，加强对污染企业的排放控制，加强对面源污染的防控，利用“渗、滞、蓄”设施减少地表径流量；利用“净”设施削减面源污染物。采用工程和非工程型措施削减径流量，减少进入径流的总污染量。规划近期通过一河一策，制定黑臭水体治理方案，达到Ⅴ类水要求；远期通过构建“源头、过程、末端”全过程控制系统，对入河污染物进行全流程管控，达到径流污染削减目标，并保证水环境质量达标。

3 工程雨洪韧性系统

工程雨洪韧性系统是保障水安全的核心内容，常规的水安全体系仅由雨水管渠系统及河道防洪系统组成，不能应对当前愈发严峻的城市水安全问题。本项目根据光明区本地特点构建源头减排系统、排水管渠系统、排涝除险系统和应急管理系统相互融合的城市水安全体系，并与防洪系统相衔接[14]。

源头减排系统通过场地及道路海绵城市建设进行控制，通过在源头建设海绵城市设施，减少径流产生量、延长雨水汇流时间。源头减排系统主要控制中小降雨，排水管渠系统主要依靠雨水管渠系统，排除及调节市政排水及内涝防治标准内的雨水。排涝除险系统包括内涝防治系统以及河道防洪系统，各系统分别控制各自标准内的降雨，如表3与图5所示。

表3 雨洪韧性系统工程设计标准[5]Tab.3 Engineering Design Standard for Stormwater and Flood Resillient System[5]

注：降雨曲线数据采用茅洲河流域中心点最大24 h设计雨量

3.1 源头减排系统

在地块、道路等雨水产生和汇集的源头开展海绵城市建设，建设透水铺装、绿色屋顶等透水下垫面，增加透水下垫面比例，合理控制城市开发强度，减少径流产生量、降低对下游市政排水系统及防洪系统的压力。针对规划区主要的用地类型提出了新建地块类、综合整治地块类、道路类3大源头减排指标系统，在新改建项目中，按照海绵城市分类用地指引进行规划设计和建设，严格执行地块控制目标(表4)。

表4 年径流总量控制率指标(综合整治类项目)Tab.4 Indicators of Total Annual Runoff Control Rate (Comprehensive Improvement Projects)

3.2 排水管渠系统

(1)提升雨水管渠设计标准，提高管网排放能力

根据《深圳市排水(雨水)防涝综合规划》，光明副中心属于中心城区，雨水管渠设计重现期应取5年一遇。高铁光明站属于特别重要地区，雨水管渠设计重现期应取10年一遇。其他地区的雨水管渠设计重现期应取3年一遇。

(2)对排水能力不足管段、内涝风险区新/扩建雨水泵站

雨水泵站的设置应能快速排除涝水，防止内涝的产生。泵站常设置于低洼区域、洪潮影响区域、历史内涝区域等。通过对现有资料及模型结果的研判，规划保留1座泵站，新建3座雨水泵站，扩建3座雨水泵站，总设计流量为296.98 m3/s，统筹解决各片区的内涝风险，如图6所示。

图6 重点保护区域及泵站规划Fig.6 Planning of Key Protection Areas and Pumping Stations

3.3 排涝除险系统

根据《城镇内涝防治技术规范》及《深圳市排水(雨水)防涝综合规划》，确定规划区内涝防治设计重现期为50年，并采用数学模型方法进行评估。

以公明、上下村、合水口排洪渠片区为例(图7)。由于高区雨水排入了低区雨水系统，加重了低区的内涝风险，同时低区地势较低(低于茅洲河20年洪水位)，受潮水顶托影响，且泵站抽排系统尚待完善，低区雨水无法顺利排出。本区域排涝系统的构建思路为：(1)高区，高水高排，使高水高排区域的雨水能够自由进入排洪渠后排向茅洲河；(2)低区，低水围排，低区的雨水通过行泄通道、管网系统收集后经泵站抽排至有堤防达标的支流，最终排向茅洲河。

图7 光明区内涝风险模型评估(50年一遇暴雨)Fig.7 Assessment of Waterlogging Risk Model in Guangming District (Once in Every 50 Years)

3.4 超标应急系统

(1)规划建设行洪通道，解决超标雨水排放问题

行泄通道主要以河流水系、排水干沟、明渠、暗渠为基础，主要作用为将超标雨水就近排至水体，避免内涝灾害发生。本次规划新建雨水行泄通道总长度为4.295 km，总设计流量为183.75 m3/s。

(2)多功能雨水调蓄系统

随着城市的开发建设，不透水下垫面急剧增加，雨水径流量增大，城市雨水管网的排水压力急剧增大，增大内涝风险。雨水调蓄池可以将峰值流量暂时贮存，流量下降时再将蓄水池中水外排，削减了洪峰流量，从而降低下游管渠的排水压力，提高整体排水和防涝能力。对于现状已建且高密度开发区域，通过在公园下、建筑下的调蓄设施的建设，可以大大降低建成区的内涝风险。结合规划区正在开发现状有利条件及集约利用土地的需求，建议调蓄设施以雨水湿地、多功能调蓄等设施为主，兼具一定的净化功能。规划集中雨水调蓄设施14处，皆为调蓄水体，主要目的是调节峰值流量，为周边提供蓄水空间。

(3)整治河道断面，兼顾防洪需求与生态效益

河道的布置符合城市防洪与相关规划的要求，应首先对现状河道过流能力进行校核，不能满足城镇内涝防治设计标准中的雨水调蓄、输送和排放要求时，结合用地条件，增加河道行洪断面尺寸，提高过流能力，并且需要与城市用地、交通网络及排水等规划相协调。顺河势维持河道走向不变，不缩窄河道，在有用地条件下，尽量以拓宽河道方案为主，增加行洪断面尺寸，降低洪水位，为城市雨水顺利排放创造有利条件。规划区综合治理总长度为71.11 km。每条河道因地制宜编制“一河一策”方案并纳入河长制常态化管理。

图8 行泄通道及雨水调蓄设施布局Fig.8 Layout of Flood Discharge Chennel and Stormwater Storage Facilities

4 社会雨洪韧性系统

社会雨洪韧性系统主要从城市管理、应急抢险、机制体制等方面建立雨洪管控体系。

4.1 制定超标暴雨应急方案

有效应对超标暴雨(降雨频率超过内涝防治标准但小于防洪标准的暴雨)是韧性雨洪系统的一大目标。光明区内涝防治标准为50年一遇，本次超标暴雨标准按100年一遇设计。采用数学模型法识别超标暴雨情况下内涝风险区的分布、淹没等，提出实施交通管制建议；充分发挥防汛物资仓库、社区中心、学校、福利设施等规划应急避难场所，保障超标暴雨情况下人民群众生命安全[6]。

当发生超标暴雨时，光明区出现4处易涝风险区，为应对内涝灾害，需对4段道路进行暴雨时交通管制，总管制长度为7.14 km。流域内有1座区级防汛物资仓库以及1座街道级防汛物资仓库可供使用，超标暴雨发生时充分发挥防汛物资仓库的作用，调用物质，保证城市正常运行。为保障人民群众生命安全，流域内共规划室内应急避难所74处，主要为学校、社区中心、福利设施等(图9)。

图9 光明区超标暴雨应急防汛系统布局(百年一遇暴雨)Fig.9 Layout of Emergency Flood Control System for Excessive Torrential Rain in Guangming District (Once in Every Hundred Years)

4.2 开展智慧水务建设

(1)积极建立基于GIS的城市排水管网数据库

建立城市排水管网的地理信息系统，数据标准和质量应满足构建水力模型的需求，并为智慧城市、智慧水务建设提供基础数据。实现日常管理、运营维护、系统调度、灾情预估等，并根据城市建设情况动态更新，提高城市排水防涝系统的智慧化[7]。

(2)尽快建立智慧水务平台

加快防汛视频监测、遥感预报和指挥调度系统建设，整合智慧光明、智慧海绵、数字城管、交警监控等资源，建立智慧水务综合平台，在同一平台下执行防汛决策。全面提升城市防汛指挥信息化、自动化水平(图10)。

(3)建立各部门之间的信息数据共享和协调联动机制

加强同气象、水利、交通、公安等部门的沟通协商，建立信息数据共享机制；建立联合会商机制，明确各部门职责，完善城市暴雨预警及防涝协调联动机制。

图10 光明区智慧海绵城市信息化平台Fig.10 Informatization Platform of Intelligent Sponge City in Guangming District

4.3 完善体制机制

当前排水防涝存在的诸多问题尚不能适应光明区经济社会发展的要求，因此，应按照《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》、《关于做好城市排水防涝补短板建设的通知》等要求，建立有利于光明区排水防涝系统运行的体制机制，确保相关要求落实到建设、运行、管理上。

5 总结

本文以光明区韧性雨洪系统构建为案例，坚持生态为本、自然循环理念，保证雨水汇水区和山、水、林、田、湖等自然生态要素的完整性，努力实现城市水体的自然排水。通过加强灰色基础设施和海绵城市设施建设，构建城市雨水调蓄、排水系统，综合调控消除城区雨水内涝，提高城市雨水排涝安全保障能力。作为新生概念，城市雨洪韧性在如何落实生态雨洪保护空间、衔接各类工程措施、建立管理和预警制度等方面需要做进一步的研究和探索。