全球变暖背景下城市内涝防治策略研究

简国丹

（韶关市规划市政设计研究院有限公司，广东 韶关 512000）

0 引言

近百年来，全球变暖已是不可辩驳的事实。随着全球气温升高，冰川融化导致更多水分加入水汽循环，大气平均水汽含量的增高，使外来水汽降水逐渐增多。得益于经济社会的蓬勃发展，我国城市化水平不断提高，目前我国的城市化率已超过60%，特别是东部沿海城市，城市化率甚至超过70%。从省份上看，上海、北京和天津城市化率超过80%，东部沿海的广东、江苏、浙江以及辽宁的城镇化率超过70%。城镇化不仅使城市规模扩大，镇的规模实际也在扩大，快速的城镇化以及不当的土地利用，导致城市非渗透性地面增加、自然渗透能力下降以及排水峰值和径流量逐年增加。城市生态、径流、流域等水文条件随之变化，进而反馈至气候系统，适逢全球变暖，导致城市内涝问题日益凸显。

2020年6月2日至7月11日，中央气象台连续41天发布暴雨预警，全国共有433条河流发生超警以上洪水，其中109条河流发生超保洪水，33条河流发生超历史洪水，预警持续时间为气象灾害预警信息发布制度建立以来最长。2021年7月17日至22日，河南郑州、新乡、开封、周口、焦作等地出现特大暴雨，郑州市最大降雨量达201.9mm/h。如今，我国暴雨洪涝灾害日趋常态化，为满足城市发展建设与设防保障的需要，科学编制城市排水防涝规划、合理组织防涝设施建设运维尤为重要。

1 城市内涝灾害特性

1.1 危害

1）城市人口稠密，要素集聚，地下空间开发规模较大，易遭受内涝灾害，且一旦发生灾害损失巨大。

2）城市基础设施与地下综合管线（给排水、电力、通信、燃气、热力）是城市的主要节点与脉络，一旦受损则直接影响城市的基本运行，甚至辐射至相邻片区，增加应急抢险救援工作难度。

3）内涝灾害会对城市卫生造成很大影响，导致合流制溢流污染，长时间浸泡垃圾还会产生恶臭。

4）内涝会在短时间内给城市带来较大的排水压力，当大量径流沿河道输送至下游时，会严重影响下游城市的行洪。

1.2 原因

城市内涝灾害的形成主要受降水与地形的影响。降水的持续时间、持续时间内的降水总量、单位时间内的降水量是表述一场降水强度的3个主要指标。但降水具有随机性，且极易受极端天气影响，近年来随着全球气候变暖，降水呈短历时强降雨的变化，即降水效率变得更高、更强。2021年“7·20”郑州特大暴雨 24h降水总量超过了600mm，是郑州市内涝防治设计标准（50年一遇）199.4mm的3.12倍。由此可见，50年一遇防涝系统排水量占总降水量的33.2%，即使默认该部分能全部排除，仍有66.8%的超标准降水在城市地表形成径流，从而引发次生灾害。

地形也是影响内涝灾害形成的主要因素之一[1]。城市所在的区位、周边地势的高低与不透水层的面积等是影响周边降水来水的主要影响因素。地面的透水性与粗糙度深刻影响着地表径流的流量与流速。城市开发使原有的鱼塘、湖泊、水库被填埋，雨水的自然调蓄空间减少，则地表径流量增加，径流系数提高，径流量增大，城市排水系统压力增大，发生内涝的风险上升。

2 全球变暖陆地降水趋势变化分析

已有许多专家学者对陆地降水长期趋势变化进行了研究，普遍认为降水长期趋势变化随全球变暖而缓慢变化。由于人为温室气体增加导致地表变暖，随着温度升高，全球平均降水量可能以大约2% K-1的速度增加[2]。全球平均降水长期趋势变化微弱，然而在不同区域的降水趋势却有较大差别，主要表现为赤道地区降水增加，副热带下沉区域降水减少，中纬度小范围地区降水增加[3]。

通过比较大学气候研究中心（CRU）和全球降水气候中心（GPCC）的全球陆地降水观测资料可以发现，6—8月期间，全球平均陆地降水变化极小，表现为微弱减少的趋势，然而在12—2月期间，全球平均陆地降水趋势变化显著增多。

总体来说，气候变暖下，全球在雨季降水总体有所增加，12—2月的冬季降水增幅最为显著，6—8月夏季降水趋势变化幅度不大。

3 全球变暖对极端降水事件发生的影响

水循环会随着全球温度上升不断发生变化，但如前所述，全球降水的平均变化并不明显。其演变的表征不在降水量的增减，而是体现在极端降水事件的增多和巨大的局地差异。不均匀的降水分布和极端降水事件的发生会使湿润地区更湿润、干旱地区更干旱。

极端降水是全球变暖所造成的后果中最难解决的问题之一，越来越多的研究证实了近百年来全球范围内极端降水事件的迅速增加[4]。极端降水事件的频发，在全年总体降水量变化幅度不大的条件下，代表着平均降水的减少，密集的降水导致降水径流的增加，同时增加了干旱和洪涝的风险。

大气中水汽含量会随着温度的上升而增加，而水汽含量的变化是降水变化的主要因素。当大气中的水汽含量接近饱和时易发生极端降水事件，因此极端降水也与大气水容量成正相关关系，即随温度增加呈Clausius-Clapeyron率的指数型增长[5]。基于国家气象中心发布的地面降水和温度数据分析近20年来国内的演变发现，长江以南、东北、西北和青藏高原近几十年来都存在轻度降水的减少和重度降水的增加趋势。而西北干旱及半干旱地区的极端降水则随升温呈局地减少。也有不少学者发现，近几十年来我国东部地区降水从轻度降水逐渐转变为越来越多的重度降水。人为温室气体的增加显然是我国东部地区转为重度降水的重要因素，且在可见的未来，随着温室气体的持续大幅排放，将继续向重度降水过渡。

4 城市内涝防治策略

随着密集降水日趋加重，各城市制定内涝问题防治对策时应按照因地制宜、近远结合、标本兼治、综合治理的原则，同时把海绵城市、多部门协同治理等理念纳入防治对策的改进方向。城市内涝防治是一项复杂的系统工程，涉及多个专业及学科，需要在统筹排水、土地利用、道路交通、水环境生态等方面进行统一谋划，充分发挥它们之间的耦合作用。

4.1 防治理念

2017年7月1日起实施的GB 51222—2017《城镇内涝防治技术规范》中规定的内涝防治设计重现期划定了超大城市、特大城市、大城市、中等城市和小城市的取值范畴，确定了超大城市为100年，特大城市为50～100年，大城市为30～50年，中、小城市为20～30年。城市的排水系统设计应以上述标准为基础，充分结合所在城市的城市首位度、排水管网状况、未来发展规划、实际和潜在的排水需求、受灾影响、经济技术等情况设计具体的防治标准。

建议以“管标降雨排水畅，涝标降雨不成灾，超标降雨可应对”为目标科学合理界定排水系统内涝防治分目标，贯彻从源头到末端全过程管控理念，系统采用工程、生态、管理等措施削减雨水峰值流量、控制径流总量，以降低城镇内涝风险。

4.2 完善城市排洪防涝体系建设

完善城市调蓄工程体系能在较大程度上削减雨水峰值流量，同时也是应对超标降水的有效举措[6]。建成区中，如果缺乏建设条件，可以考虑和城市广场、公园和绿地建设相结合。很多城市为应对局部内涝问题规划建设了大量的调蓄设施，但大都局限在缓解小范围的减排问题上，没有实现多重目标控制的要求，因此建议做好已建与将建的调蓄设施应的协同设计，提高调蓄控制利用率。

推进海绵城市建设，推行生态文明建设，在上游城市汇水分区采用低影响开发模式进行源头控制，通过工程设施将雨水就地下渗或临时调蓄，可起到控流、削峰的作用[7]。有序完善良性城市排水系统、提高管网维护水平，也是保障城市防洪排涝能力的重要举措。雨水管网是城市内涝防治系统的重要部分，实现地表径流高效排放、改善排水系统，对解决城市内涝问题具有重要作用。

有序完善及优化城市排水系统、提高管网维护水平，也是保障城市防洪排涝能力的重要举措。雨水管网及排涝泵站是城市内涝防治系统的重要部分，实现地表径流高效排放、改善排水系统，在降水峰值来临期间对缓解城市排涝压力具有关键作用。雨水管网建设改造可以结合城市更新和道路改扩建工程一起实施，逐步改造不满足排水要求的雨水管网，提高排水能力，扩大覆盖面积。同时，做好排水设施的日常管养，加强巡查，对老化、堵塞、淤积、破损的管道进行修复，也是完善城市排水系统的重要环节。

4.3 完善预案预报预警工作，切实强化气象防灾减灾应急体系建设

在全球气候不断变暖的背景下，极端降雨逐渐趋于常态化，一次灾害就是一场严峻的考验。准确的气象监测预报和雨情水情研判，是防灾减灾的重要基础。利用地理信息系统、数字模型、大数据、人工智能等先进技术并整合相关数据，建立内涝防治管理的基础信息平台，实现多部门内涝风险信息共享，建立有效的暴雨内涝预警机制，使媒体和公众可以及时接收发布的灾害预警信息，减轻内涝灾害造成的危险和损失。

极端降水的监测，不仅要关注重要城市内的水量变化，还应该对城市所在流域的上下游水位进行监测。当江河水位上涨至各地的超标准洪水预警水位时，承担防汛任务的部门、单位应根据水情预警，按照规定的权限和应急方案、洪水调度方案全面调度运用防洪工程，启动应急泵站强排，对堤岸及易涝区实施交通管制，抢险人员与防汛物资要部署到位。同时，需要及时联络流域上下游的水电站或水利枢纽工程，必要时开闸放水。

灾情的预防，当地政府要有一套行之有效的应急方案[8]。应急方案的实施需要多个部门的配合，这需要加强不同部门之间的沟通与协作，提高防灾救援的团队配合能力和工作效率，增强应变能力，实现内涝防治工作的有序进行。

5 结语

在全球气候不断变暖背景下，水循环也随着不断变化。虽然全年降水总量变化不大，但冬季降水显著增多，且降雨效率逐年增强，极端降雨事件频发。在此背景下的城市开发建设，应重视夏冬季降水与汛情，统筹城市上下游河道防洪工程、低影响开发片区规划，综合考虑排涝特性和现实施工条件，构建一套科学、完善、具有可操作性的城市内涝应急管理体系，充分利用现有设施，提高总体调控能力，使城市内涝防治标准与能力逐步与城市发展相适应。