海绵城市理念下的洪涝风险管理体系

王乾

（广州市番禺区水务设施运行中心，广东 广州 511400）

0 引言

洪涝对人类和自然环境都会带来很多负面影响，如生命和财产的威胁、环境破坏、经济损失、社会影响等。为应对洪涝灾害，需要加大绿色基础设施建设、构建可持续排水系统、提高建筑洪涝适应能力、建立洪涝风险模型，以提高公众对洪涝灾害的认识和应对能力。

1 流域概况

1.1 案例概况

广州大学城为广州市高校集聚区，区域内有河涌14 条，原有北亭涌、合益围涌、南亭大社涌共3 条黑臭水体。截至2021 年，3 条黑臭河涌已消除黑臭。区域内基本为分流制排水体制，已建成污水管网80km，雨水管网140km，污水转输至沥滘污水厂处理。大学城沿江堤防现已达到200 年一遇的标准，片区内涝防治标准基本达到20 年一遇。

1.2 建设存在的问题

广州大学城海绵城市示范片区竖向空间合理，自然本底条件较好，片区所在小谷围岛堤岸防洪标准已达200 年一遇的规划标准，通过近几年排水单元改造、大学城水生态示范区建设等项目，灰蓝设施达标率高，同时随着番禺区海绵城市建设管控的推进，近期新建项目基本都按照海绵城市建设要求进行落实，但是距离“海绵城市示范片区”还存在一些差距，主要体现在以下方面。

（1）目前大学城片区内涝防治重现期已基本达到20 年一遇，与《番禺区海绵城市专项规划（2018—2035年）》要求有效应对不低于50 年一遇暴雨及《广州市雨水系统总体规划（2021—2035 年）》（在编）规划要求有效应对100 年一遇仍有差距。

（2）片区大部分市政道路由于建设时间较早，未落实海绵城市建设要求。

（3）部分高校内应结合现有地块排水设施及校园内的人工湖，因地制宜落实源头减排设施，实现雨水径流污染控制和雨水利用。

2 洪涝风险管理体系

2.1 系统性评估洪涝风险

2.1.1 初步洪涝风险评估

初步洪涝风险评估是通过收集相关数据、分析地形地貌、降雨数据和河流水文数据等，评估洪涝风险的程度和可能的影响范围，并根据评估结果制定相应的风险管理措施。具体步骤包括收集有关数据、分析地形地貌特征、分析降雨数据和河流水文数据、评估潜在影响以及制定风险管理措施。在本项目中，虽然初步洪涝风险评估主要是一种定性评估方法，但可以为后续详细的风险分析和模拟研究提供基础和指导，通过评估确定具有洪涝风险的城市必须由当地环境部门和城市排涝主管部门联合制定“两图一规划”，即洪涝危害分区图（flood hazard map）、洪涝风险图（flood risk map）和洪涝风险管理规划（flood risk management plan）。洪涝危害分区图通过水文水力模型识别不同重现期洪涝灾害影响范围，将评估区域按洪涝发生概率划分为低概率区（Zone1）、中概率区（Zone2）、高概率区（Zone3a）、行蓄洪功能区（Zone3b）。洪涝概率分区表如表1 所示。

表1 洪涝概率分区表

2.1.2 战略洪涝分险评估

战略洪涝分险评估是指通过分析城市的地理环境、气象特征、水资源状况、排水设施等因素，评估城市面临的洪涝风险程度和潜在的损失，通过战略洪涝分险评估，可以确定城市在洪涝灾害中的脆弱性及其变化趋势，为制定合理的洪涝防护措施和应急预案提供科学依据。战略洪涝分险评估包括以下步骤：①收集和整理相关数据：包括城市的地理环境、气象资料、水资源状况、排水设施等。②确定洪涝风险评估指标：根据城市特点和需求，确定评估指标，如洪涝频率、洪水深度、暴雨强度等[1]。③进行洪涝风险评估：利用工程模型或数学模型，对城市进行洪涝风险评估，计算不同等级洪涝事件的可能性和损失。④制定洪涝风险管理策略：根据评估结果，制定针对性的洪涝风险管理策略，包括建设更完善的排水设施、提高城市绿地率、加强城市规划和土地利用等。⑤监测和预警：建立洪涝风险监测和预警系统，及时预警可能发生的洪涝灾害，并采取相应措施。⑥应急管理和救灾准备：建立完善的洪涝应急管理和救灾准备机制，提前做好应对洪涝灾害的准备工作。

2.1.3 场地洪涝风险评估

收集场地相关的地理环境、气候特征、水文资料等相关数据，如地形地貌、降雨情况、排水设施等；根据场地的特点和需求，确定洪涝风险评估指标，如洪涝频率、洪水深度、积水时间等；利用工程模型或数学模型，对场地进行洪涝风险评估，计算不同等级洪涝事件的可能性和损失；根据评估结果，分析场地面临的洪涝风险程度，包括洪涝潜在损失、可能影响的区域范围等；基于评估结果，制定相应的防护措施，包括建设更完善的排水系统、加强场地的抗洪设计、改善地貌条件等；建立场地洪涝事件的应急管理机制，包括制定应对洪涝灾害的应急预案、组织培训演练等。

2.2 刚弹结合避让洪涝风险

根据收集到的信息，利用适当的模型或方法，分析场地可能发生的洪涝风险，这可以包括洪水概率分析、水流模拟、水文统计等；确定洪涝对场地可能造成的影响，如可能对建筑物、基础设施、农田等造成的破坏程度；分析场地的脆弱性，即场地受洪涝影响的敏感程度。可以考虑场地的地质条件、土壤覆盖情况、排水系统等因素；综合考虑洪涝概率、洪水影响和场地的脆弱性，综合评估洪涝风险程度。可以使用定量或定性的方法进行评估，如风险矩阵分析、风险指数评估等；根据洪涝风险评估结果，制定相应的洪涝风险管理策略，如改善排水系统、制定应急预案、加强建筑物防洪措施等；定期监测场地的洪涝风险，根据需要进行更新和调整，这可以包括定期观测水文数据、更新场地信息、评估洪涝控制措施的有效性等[2]。

2.3 灰绿结合缓解洪涝风险

灰绿结合是指将“灰”工程和“绿”工程相结合，综合利用工程措施和生态系统服务来缓解洪涝风险。具体措施包括：建设和改善排水系统，如设置雨水收集系统、清淤河道、修建雨水调蓄设施等，通过灰色工程可以增加水的排放能力，减少洪水对场地造成的影响；保护、恢复和增加自然环境中的湿地、森林、河流等生态系统。这些生态系统可以起到吸水、保水、蓄水的作用，减少洪水的形成和洪峰的峰值，并提供水文调节和水质净化功能；对受损或严重侵蚀的河道进行整治，恢复其自然的水流能力，并结合生态修复，恢复河道生态功能，增强河道的自净能力和水质调节能力；在河道两岸建设防洪林带，通过种植适合的树种和草本植物，提高土壤的渗透性和水源涵养能力，减缓洪水流速，降低洪水威力；在城市中保护和恢复湿地，如水塘、湿地公园等。这些湿地可以吸水并缓慢释放，减少洪水对城市的影响；采用透水性铺装材料，如透水砖、透水混凝土等，使雨水能够渗透到地下，减少地表径流和洪水形成。灰绿结合可以综合利用工程和生态系统服务，减轻洪涝灾害的风险，并促进生态环境的恢复和改善。

3 洪涝风险管理措施

3.1 加大绿色基础设施建设

绿色基础设施是指一种以生态系统为基础、利用自然过程和生物多样性为核心的基础设施形式，它通过模仿、增强和恢复自然系统的功能，提供解决方案来解决城市、农村和工业区域的各种环境和社会问题。绿色基础设施利用自然过程来处理水、空气和废物等问题，通过湿地、雨水花园、人工湖泊等手段来模拟自然系统的功能；绿色基础设施通过保护和恢复植被、湿地和野生动物栖息地，促进物种多样性和生态系统的健康；绿色基础设施包括雨水管理系统、雨水收集和再利用，以及湖泊和河道的调节和修复，以提供可持续的水资源管理；绿色基础设施可以增加城市的防洪和排水能力，并缓解气候变化对城市环境的影响；绿色基础设施能够提供休闲和健康的空间，改善空气和水质，增加城市绿化覆盖率，提高城市居民的生活质量[3]。一些常见的绿色基础设施措施包括：雨水花园、河道绿带、湿地恢复与保护、屋顶绿化、城市森林和公园、城市农业等。绿色基础设施是一种可持续发展的城市规划策略，能够改善城市环境质量、提高生态系统稳定性，并保护和提升人民的生活质量。

3.2 构建可持续排水系统

可持续排水系统（sustainable drainage system, SDS）是一种以自然过程为基础的排水管理方法，旨在模仿和集成自然水循环的原理，减少城市和人工区域中产生的排水问题，并提供可持续的水资源管理解决方案。可持续排水系统在本项目中的应用其主要目标是减少和延缓雨水径流，改善城市排水系统的承载能力，提高城市的抗洪能力，并保护水环境质量。与传统的排水系统相比，可持续排水系统更加注重综合水管理，强调通过自然处理过程来净化和处理雨水，同时提供相应的环境和社会经济效益。可持续排水系统不仅可以改善城市排水问题，还可以带来其他多重效益，如提高城市环境质量、增加城市绿化覆盖率、改善空气质量、促进生物多样性等。因此，在城市规划和建设中，可持续排水系统被广泛应用并受到重视。可持续排水过程如图1所示。

图1 可持续排水过程

3.3 提高建筑洪涝适应能力

在本项目中，可以将建筑物的地面高度提高到预定的洪水标准高度以上，以防止洪水进入建筑物内部，这可以通过增加地基高度、建造地下室、或者使用抬高地板技术来实现；采用防水建筑设计和建筑材料，如使用防水墙体、选择可抗漂浮的建筑材料等，以减少洪水对建筑物的影响；建立高效的排水系统，包括适当的排水管道、雨水收集系统和蓄水设备，以快速排除建筑物周围的积水，减少洪水对建筑物的浸泡时间；在建筑物周围设置快速排涝系统，如槽式排水沟、雨水花园、蓄水池等，以便迅速将积水引导到安全区域；采用抗震和抗洪设计的技术和材料，以增加建筑物的稳定性和抵抗洪水冲击的能力；在建筑物中设置应急逃生通道，确保居民在洪水发生时能够及时安全地离开建筑物；提高居民的洪涝风险意识，并提供相应的教育和培训，使他们了解并采取适当的措施来保护自己和他们的财产[4]。

3.4 建立洪涝风险模型

收集与洪涝风险相关的数据，包括历史洪水事件的记录、降雨数据、地形和水文数据等。这些数据可以来自气象站、水文站、地质测量等渠道；利用收集到的洪水历史数据和降雨数据，可以使用统计方法来分析洪涝发生的概率分布。常见的方法包括频率分析和概率分布函数拟合；根据已有的数据和模型，计算出一些洪涝风险指标，如洪涝淹没的概率、淹没的深度和持续时间等。这些指标可以量化洪涝风险的大小；基于区域的洪涝风险模型需要考虑地理信息系统（GIS）的数据和功能，使用GIS 可以将洪涝风险指标与地理空间特征相结合，进行敏感性分析和空间分布分析；验证模型的准确性和可靠性是建立洪涝风险模型的重要步骤。对模型的结果进行与实际情况的对比，进行适当的调整和优化。根据已经建立的洪涝风险模型，可以对未来的洪涝风险进行预测，可以使用气候模型和水文模型来模拟未来的降雨和水文过程，从而评估未来洪涝风险的变化；建立洪涝风险模型需要综合考虑多个因素，涉及气象、水文、地理等多个学科的知识[5]。

4 结语

综上所述，海绵城市和洪涝风险管理体系是两个相互关联的概念，在综合考虑城市洪涝风险的管理和控制方面起到重要作用。在洪涝风险管理中，海绵城市的概念可以为洪涝风险管理体系提供有效的解决方案。海绵城市的雨水收集和再利用系统可以减少城市排水系统的压力，降低洪水发生的可能性；通过建立湿地、雨水花园等自然水体，可以增加城市的水资源储备，减少洪水对城市的冲击；同时，海绵城市的绿色基础设施可以提供生态系统服务，对洪涝风险管理起到积极的影响。