关于兰州市城市内涝成因的调查分析研究

2020-01-18

中国建材科技 2020年4期

（兰州资源环境职业技术学院，甘肃兰州 730021）

0 引言

近年来，由于人类活动直接影响水循环空间的分布，增加了极端水文事件发生概率，使得城市内涝灾害日益增多。城市洪涝灾害已成为制约社会经济健康发展的突出问题，逢大雨必涝成了我国城市的通病。

2018年兰州市出现多起强降雨，导致市区内发生洪涝灾害，全市多处道路积水，部分地区积水深度达1米，很多车辆被淹甚至沿沟道被冲走，甚至部分地下人行通道及地下停车场也有洪水倒灌的现象。兰州市的地形地貌特殊，南北群山环抱，东西黄河穿城而过，具有带状盆地城市的特征，暴雨过后，洪水沿南北山下泄，造成部分道路堵塞甚至冲断。

甘肃省的财政收入大多集中在兰州市，因此，兰州市的防洪安全关系到甘肃的经济发展，有必要找出城市洪涝灾害的主要成因，进而找到预防或解决城市洪涝灾害的途径。

1 城市内涝成因分析

1.1 气候变化

目前全球气候变暖，气温升高，蒸发量增加，水循环速度加快，大气含水量增加，一旦发生降雨，降雨强度大或持续时间长；且气温升高，温差较大，容易产生强降雨对流天气。此外，我国降雨时空分布不均，夏秋两季强降雨频繁，容易导致城市排水管网系统瘫痪。

分析兰州市1933-2016年平均气温、极端气温、降雨量等资料可知，兰州市城市内涝的发生与气候有关。兰州市83年间年平均气温10度，但基本呈上升趋势，其中2016年平均气温比1933年升高了1.8度。分析极端气温，19世纪80年代以后，平均气温持续上升，但极端高温有波动，而极端低温上升速度比平均气温和极端高温都快，上升幅度大，其中最主要的原因是人类活动的影响。通过以上数据分析说明，夜间升温比白天更快，这反映了城市的发展及热岛效应的产生。

1.2 城市过度开发

1）由于城市用地规模的扩大，河道排涝和雨水储存能力降低，市区原有的排涝系统遭到破坏。同时，城市周边原有的坑洼湖泊被大面积占用，导致城市防洪能力明显削弱。

2）城市大规模道路的硬化改变了原有下垫面特性，蓄水面积减少和不透水汇合面积增加，造成城市汇流速度、汇流量加大，从而加剧城市内涝。

1.3 城市化加速引发热岛效应

1）兰州市作为西北工业城市，城区人口增长迅速，城区总人口由1982年的130.1万增长到如今的258.4万，人口净增128.3万。兰州市城区总面积现为1663km2，分析得出人口密度大，楼房建筑密集，人自身热量、工业生产热量、交通工具产生的热量以及建筑物、混凝土路面等吸收的太阳能量导致城区比郊区温度略高，从而使得大气持水能力增强，加大了强降雨风险。

2）兰州城区快速发展，高楼大厦拔地而起，道路基本实现混凝土硬化，地下渗流很少，导致城区地表径流增加。且混凝土路面粗糙度较低，阻尼作用小，汇流速度加快，地表汇流历时缩短，增加了地下排洪沟道短时排洪压力。

1.4 规划因素

1）在城市发展过程中，对城市内涝灾害的重视程度较低，忽略了自然水体本身的调蓄作用。为满足城市发展需求占用排洪沟、坑塘等土地作为建设用地，增加了城市不透水下垫面，且后期没有进行水域占补平衡，导致城市内涝灾害更易发生。

2）兰州市城市发展是从中心区向周边辐射，排水管道在建设初期没有充分考虑后期发展需要。城区建设规划预见性不足，导致排水系统建设标准较低，且缺少城市洪涝分流规划，加之城市发展速度过快，人口剧增，建筑物密集，加大了排洪压力，尤其是在老城区。

1.5 管理因素

1）城市排水管道属于地下工程，因此在施工过程中质量监督与检验相对困难，且只有出现暴雨时才能检验管道工程质量及管道排水系统的合理性。尤其是经数年排涝，部分管道存在淤积，导致城区排洪能力下降，而地下排淤工作难度大，排洪管网得不到及时有效清淤，也是城市发生内涝的原因之一。

2）新旧社区管网没有及时改造，甚至存在漏接现象，使排水不畅。部分地区排洪排污管道共用，使城市管网排洪负荷加大。

2 城市内涝防治措施

2.1 选择强透水性材料，改变下垫面特性

为了缓解市区内涝的发生，在城市路面、人行道、广场等地铺设透水性强的材料，还可以做成镂空式结构，不但增加透水效果，减少地表径流，也能储存部分雨水，起到滞洪的效果。

透水性混凝土是一种具有连续空隙的新型透水材料，经过特殊工艺处理，不但具有较高的强度，而且具备一定的透气透水性能。传统的硬化地面以砖石、混凝土或沥青为主，雨水无法渗透地下，自然水循环系统遭到破坏，且地面对阳光的反射率低，吸收率高，加剧了城市“热岛效应”。而透水性混凝土的多孔结构能够使雨水渗透到地下，避免雨水在地表流淌，有效减少地表径流，缓解城市排水管道的瞬时压力，防止路面雨水迅速聚集造成短时内涝；同时，透水性混凝土还具有渗、滞、蓄、净、排等功能。

为了使透水混凝土在透水性、强度、抗冻性等方面具有较好表现，采用同一级配的粗骨料，且在预拌成品混凝土时加入ETNOIS聚合物或胶粉，可使成型混凝土具有一定的柔性，在一定范围内变形而不破坏，改善混凝土中水泥与骨料之间的刚性连接，提升材料的弹性模量，保证混凝土路面质量和性能。

2.2 加强城市调洪能力

加强城市调洪能力是治理内涝的关键，通常从滞洪和排洪两方面入手，滞洪主要是通过天然水体、人工湖、地下蓄水设施使得部分洪水暂时停蓄，以削减洪峰；排洪主要是通过人行路面、排水沟和泄洪道及时排放雨水。

加强城市雨水滞洪能力，重视对自然水体的利用，最大限度地避免破坏生态环境，确保城市的自然调蓄能力和泄洪能力。重视城市防洪排涝的建设和规划，结合城市实际情况，掌握易发生内涝位置，做好地下蓄排水设施建设，科学合理制定应急预案，以便及时解决内涝问题。

改善城市排水能力需要建立完整的排水系统。在进行排水系统设计时要严格按照标准进行，在经济允许的情况下可以提高重现期上限值。同时，做好排水设施改造和日常维护管理工作，在汛期前全面疏通城市排水管网和雨水井，做好排水泵站和排水闸门的运行维护，特别是对地势较低、易堵塞的地段，保证汛期排水管网通畅，最大限度地保证城市排水能力。

2.3 科学制定排水标准，合理选用管材

如果排水系统设计标准偏高，不仅不经济，且难以实施；如果制定标准过低，城市发生内涝的风险又会提高。目前我国城市的设计标准普遍偏低，主要沿用《室外排水设计规范》GB 50014—2006（2014年版），且由于老城区修建时间早、管网布置混乱以及管道老化等问题，导致排水能力很低，因此有必要科学制定城市排水标准及合理选用排水管材。

1）城市排水标准的制定要根据人口密度的增加、自然气候的变化，结合兰州市水文气象资料，修订适用于兰州市的暴雨强度公式，制定新的排水标准。

2）排水管材的选用需要对钢管、混凝土管、PE管、PVC管等管材的性能进行比较，结合城市排水系统的特点选择合适的排水管材。

钢管强度高，韧性强，不易破坏，表面光滑，输水摩阻力小，使用寿命长；但易生锈，需做防腐处理，造价高。PE管具有高韧性，对管基不均匀沉降适应能力强，抗震性能优良,表面光滑，糙率小，使用寿命长，耐腐蚀，耐低温，小口径管道造价低，质量可靠,施工性能好且韧性高，对各类阀体和管件的连接具有良好的适配性；管壁光滑，流动阻力小，管道断裂伸长率一般超过350%,重量轻，便于安装运输，采用热熔连接，安装便捷，易于维护,连接部位的抗拉强度及爆破强度较高；但其缺口抗击强度低，大口径管道经济性较差。PVC管表面光滑，糙率小，重量轻，造价低，管材强度较PE管高，使用寿命长；但脆性大，延展性差，当地面下沉或因震动发生变形时，易产生裂缝。钢筋混凝土管使用寿命较长，安装施工方便，输水能力稳定，接头稳定性好，使用安全可靠；但自重大，运输不便，质脆，耐撞击性差，价格较高。

从技术角度看，以上管材都适用于城市排水工程。但根据城市的排涝实际情况，综合管材性能，考虑工程经济性和安全运行，建议采用钢筋混凝土管和PE管道。

2.4 科学制定城市规划建设方案

科学制定城市规划建设方案，首先，要提高对城市内涝灾害的重视程度，从建设和管理方面入手，秉承人与自然和谐的原则，依靠天然的排洪沟，组织好顺畅排洪通道；其次，在市区设置滞洪蓄水设施须谨慎，并做好防洪应急预案；最后，在城市规划建设过程中，对历史形成的沟壑不应随意改变，更不应掩埋。

2.5 提高预警监测

面对兰州市频繁、异常的强降雨天气，加快气象科技创新体系建设，大力发展数值天气预报模型，完善内涝灾害监测预警系统；同时将信息化技术应用在城市排水管网系统中，利用先进的数据技术手段对雨水的储蓄、流量、流速等数据进行监测并及时汇总分析，实时监测排水管网情况，实现城市水系统的信息化管理，提高城市内涝应急能力。