基于洪涝风险图的海绵城市建设思路探索——以广州市海珠区为例

赵昀皓，邵锦焯

(广州市水务规划勘测设计研究院有限公司，广州 510640)

1 概述

近年来，广州市快速城镇化带来巨大的环境与资源压力，城市水安全问题愈加严峻，城市防洪排涝等问题日益突出[1-4]。通过洪涝风险图，分析区域内涝风险情况[5]，因地制宜地建立具有自然积存、自然渗透、自然净化功能的海绵城市是生态文明建设的重要内容，是区域协调发展的重要落脚点。

2 广州市海珠区现状及问题

2.1 区域概况

海珠区是广州市东南部的一个岛区，地处北纬23°52′～23°59′、东经113°29′～113°46′之间,为广州市属11大行政区之一。海珠区四面环水，北临珠江前航道与天河区、越秀区隔江相望，南接珠江后航道与番禺区相邻，东与黄埔区、西与荔湾区隔江相望，全区面积为92.09 km2。整个行政区域由海珠岛、琶洲岛、官洲岛等组成，全区由新滘大围、共和大围、琶洲大围、北帝沙围、丫髻沙围、官洲大围和陈沙围等合并，组成防护大堤，外江堤线总长为81.9 km，全区被北面的珠江前航道、南面的珠江后航道、官洲水道、仑头水道等分隔开来，岛内河涌交错，地势低洼，除极小部分为低丘台地外，大部分高程在1.0～2.0 m(珠基高程)，极易形成内涝。

2.2 气象条件

海珠区位于北回归线以南，属南亚热带海洋性季风气候，全年降水丰沛，雨季明显，日照充足。根据广州市区雨量站1908—1998年资料统计，本区多年平均年降水量为1 675.5 mm。本区降水量年际变化比较稳定，但年内分配不均匀。每年12月和1月，受干冷的东北季风的影响，降水量很少。2—3月为低温阴雨期，雨期虽长但雨量少。4—6月为前汛期，雨日和雨量逐渐增加，到6月上中旬端午节前后达到高峰。7—9月为后汛期，7月上旬雨量有所回落；8月雨量由7月中下旬起进入第2次高峰；至9月，副热带高压南撤，出现秋高气爽天气。10月起暴雨天气基本结束，雨量锐减，然后进入枯水期。

2.3 防洪排涝现状

广州市海珠区河网密布，划分为8大排涝片，主要河涌为76条，总长为117 km。全区受前航道右岸及后航道左岸堤防保护，堤防上的闸泵防洪(潮)标准与所在堤围一致，为200年一遇防洪(潮)标准。海珠区现状外江水闸为57座，总闸宽为623.3 m，设计流量为2 391.3 m3/s。现状泵站为16座，其中补水泵站为6座，总补水流量为24.9 m3/s；排涝泵站为10座，总排涝流量为33.9 m3/s。海珠区大部分地区排水体制为截留式合流制，部分新建道路实现了雨污分流，排水管网长400余km(含雨水管网、污水管网及雨污合流管道等)，近年在实施清污分流、排水单元达标改造工程。

2.4 区域内涝

海珠区城市雨洪利用与控制措施尚存在一些不足，局部地区地面硬底化比例较高，雨洪调蓄空间减小。经过近几年的排水改造和完善，海珠区水浸点的数量和程度均逐渐减少，但因交通改造、跨涌桥梁建设等占用河道、施工堵塞市政管网等人为原因，造成新的水浸点出现；部分片区排水管道结构性缺陷数量庞大，难以保障区域排水安全；共和围果树区也尚存因堤岸与河涌未整治达标而产生的排涝能力不足问题。广州市近3 a水浸点同期累计发生水浸207次，其中海珠区水浸点水浸发生次数达48次，出现了江燕路、宝岗大道和南田路片区、滨江路段、昌岗街南田路、昌岗中路、工业大道北(北往南、礼岗路口)等32处水浸点，部分水浸点出现反复水浸情况(见图1所示)。其中，江燕路处水浸问题尤为严重。

图1 海珠区历史洪涝调查示意

3 洪涝风险图

洪涝风险图是直观反映洪水可能淹没区域洪水风险要素空间分布特征或洪水风险管理信息的地图。通过洪水分析计算、风险评估判断，以图、表形式直观反映某一区域遭遇洪涝灾害后，洪水的淹没范围、淹没水深等洪水风险要素以及可能对经济社会造成的损失。洪涝风险图是国家基础地理信息图件的重要组成部分，是防御和应对洪涝灾害的一种重要非工程措施，是落实减灾避险、提升风险管理水平的重要手段[6-7]。

广州市根据地形地貌特征和实际面临洪涝灾害的风险，划分为105个排涝片，其中海珠区涉及8个排涝片。

3.1 分析方法

洪涝风险分析常用的方法包括水文学法、水力学法、实际水灾法3种，在确定分析方法时，综合考虑区域洪水特性、洪水风险图类别及基础资料情况等因素。相比于水文学法、实际水灾法，水力学法能准确模拟洪水的动态演进过程，且海珠区实测河道地形资料、水文资料、淹没区地形资料等基础资料较为详实，具备水力学建模条件。因此，本研究选择水力学法进行洪涝风险分析。

3.2 计算模型选择

选择《关于公布重点地区洪水风险图编制项目软件名录的通知》中的洪水分析软件MIKE，建立一二维耦合洪水分析模型和二维内涝水力学模型进行分析计算。

3.3 计算模型建立

计算模型包括一维水动力模型、二维水动力模型、暴雨内涝模型。其中一维水动力模型对河网结构进行概化，对河道断面地形进行处理，设置模型计算参数，模拟河流洪水、城区内河涌洪水的漫溢。二维水动力模型将划分为模型计算需要的不规则网格，并建立网格及组成网格的通道、节点之间的拓扑关系，对线状地物进行概化处理，以一维水动力模型结果作为输入，设置模型参数进行水动力模拟。暴雨内涝模型对排水系统结构进行概化处理，划分地表排涝分区的范围，设置模型参数进行内涝分析计算。

3.4 风险图计算成果

设置模型初始化、边界条件等，初始化包括给定研究区域内河流水系、湖泊等的初始水位、水深等初始条件，根据各方案下的洪水频率、工况情况等确定。本次洪涝风险图计算5年一遇降雨遭遇200年一遇潮位、50年一遇降雨遭遇多年平均高高潮位两种组合(见图2～图3)。5年一遇遭遇200年一遇潮位下，海珠区总滞蓄量为232.7万m3，淹没面积为3.61 km2；50年一遇降雨遭遇多年平均高高潮位，区域滞蓄量为242.3万m3，淹没面积为4.22 km2，风险图计算成果见表1。

表1 风险图计算成果

图2 海珠区5年一遇暴雨遭遇200年一遇潮位洪涝风险模拟分析示意

图3 海珠区50年一遇暴雨遭遇多年平均高高潮位洪涝风险模拟分析示意

3.5 洪水影响分析

由洪水计算分析可知，在洪涝灾害风险影响下，海珠区8个片区内以土华涌、共和围的受灾程度最严重，在两种模拟工况下，淹没范围及滞蓄量均超过全区总淹没范围的60%以上，受淹区域多为果园，其他受灾区域主要以河涌沿线以及地势较为低洼区域为主。

在5年一遇降雨遭遇200年一遇潮位的工况下，区域内涝的出现主要是由于受到了外江潮位的顶托，河道难以迅速排水，区域内靠近外江处河道水量滞蓄，从而产生外溢。在50年一遇降雨遭遇多年平均高高潮位的工况下，除潮位顶托的影响，区域内同样受到强降雨的影响。降雨的迅速与集中对区域排水能力产生较大的冲击，地表硬化、区域内地势低洼、排水管网堵塞、河道卡口等原因均会使区域内出现水浸点。

除整治河涌、新建水闸泵站及疏通排水管网等水务措施外，推进海绵城市建设[8-9]，建设渗、滞、蓄、净、用、排相结合的雨水收集利用系统，合理利用河道、沟渠、湿地、洼地等调蓄功能，适度建设雨水收集回用设施等均对区域内涝产生一定程度上的缓解，同时也对水环境治理、水生态修复产生一定的积极作用[10]。

4 海绵城市建设思路

4.1 绿色与灰色、源头与终端相结合

海珠区内，除琶洲会展中心等少数新建地区排水体制为分流制外，其余地区现状排水体制均为合流制。设置分散和集中相结合雨水处理措施，使雨水径流中所含污染物得到充分控制和削减，避免对水环境造成危害。在场地规划建设中，优先保护重要的生态和自然资源，如分布在海珠区东部和东南部的瑞宝、东风、土华等经济联社的果树保护区、生态区的坑塘、农田、河流、河漫滩、湿地等，提高滞蓄量、调节洪峰、控制污染的能力[11-13]。

4.2 坚持低影响开发

海珠区具有得天独厚的自然条件，在开发过程中，应优先采用低影响开发设施，通过分散化、小型化、低成本的雨水控制利用设施，尽量在源头净化、收集和利用雨水。一方面，雨水经净化后用于绿地灌溉、道路浇洒和景观水体补水，节约水资源；另一方面间接利用雨水，让雨水下渗维系天然水循环。融合碧道建设理念，新建、改建区域尽可能采取渗透铺装，避免硬化地面和排水管道直接连接，最大限度利用场地特征让雨水自然下渗，减少硬化地面所带来的环境影响。

4.3 系统工程，科学验证

海绵城市的建设是一个系统工程，城市各层级、各相关专业规划以及后续的建设程序中，应落实海绵城市建设内容，先规划后建设，利用规划后优化的用地布局，降低径流系数，结合洪涝风险图，评估建设效果，为后续工程的实施与城市建设提供一定的参考。

4.4 竖向规划

城市用地应优先按照有利于雨水排除的原则进行竖向控制，避免形成排水不利地区和区段。海珠区西北部往东为一系列略有起伏的低丘岗峦，低丘海拔一般约为50 m，台地分2级：海拔分别约40 m与20 m。平原海拔10 m以下，大片分布在东南部地区，一般城建区地面高程为2～3 m，农田区地面高程为0.5～2 m。竖向布置应尊重海珠区现有地形地貌条件，遵循蓄排结合、以排为主的原则，避免跨区域排水造成的外水积涝。此外，在后续的规划中，也应符合《广州市防洪防涝系统建设标准指引》的要求，合理建设城市设施。

5 海绵措施对内涝的影响

结合海绵城市建设思路与海珠区洪涝风险图计算成果，对河道、沟渠及周边管网等进行整治清淤(如开展土华涌排涝片区排水沟清疏工程，石溪涌、大干围涌等周边管网的完善工程)，改善调蓄功能；建设部分水闸泵站(如拟建北濠涌、黄埔涌、石榴岗河泵站，重建新洲北闸及南闸等)工程措施，便于更好的缓解河道及支涌的调蓄压力；对城区内地势低洼区域进行整治建设，合理降低地面硬化程度，增大雨水下渗率，新增工程措施后海珠区洪涝风险模拟分析示意如图4。

图4 海珠区新增海绵措施后洪涝风险模拟分析示意

海珠区比较容易受到洪涝影响的区域如土华涌、共和围排涝片等在采取海绵技术措施后，水浸情况均有所缓解。部分片区仍出现水浸点，主要原因大部分是地势低洼无法及时排水或河道出现部分区段漫堤，可考虑在后续工程措施中对局部地区的管网与河道进行整治修缮。

6 结语

以广州市海珠区为例，进行基于洪涝风险图的海绵城市建设思路探索：

1)区域海绵城市建设应通过构建低影响开发雨水系统，在雨水径流进入排水系统和受纳水体之前，采用“渗、滞、蓄、净、用、排”的不同海绵技术措施控制雨水径流。

2)结合洪涝风险图分析，对城市雨水径流进行源头、中途、末端控制，可以最大限度控制雨水径流，实现区域水安全、水环境、水生态统筹协调。