极端天气下城市内涝安全与水环境安全的协调统一

摘要：近年来，生态文明理念日益深入人心，“绿水青山就是金山银山”逐步成为社会共识。与此同时，日趋复杂的全球气候变化和不断加快的城市化进程导致极端超强降雨事件频发，对城市内涝安全、人民生命财产安全构成严重威胁，城市建设者为了保证城市水环境安全采取的强制截污等措施更是加剧了这一现象。至此，城市内涝安全与水环境安全之间的矛盾越来越突出，极端天气下如何统一协调两者的发展摆在了城市守护者面前。基于此，首先分析了城市面临内涝安全的部分成因，其次就兼顾水环境安全的内涝解决措施进行了探讨，最后对两者的协调统一发展作出了展望。

关键词极端天气内涝安全水环境安全智慧排水

中图分类号：TU992;X321

CoordinationandUnificationofUrbanWaterloggingSafetyandWaterEnvironmentSafetyinExtremeWeather

MENG Jun1LIANGJun1CAOTaishan2WUJinjin2*

1.ChangshaUrbanDrainageAffairsCenter，Changsha，HunanProvince，410008China;2.ChineseAcademyofScience（Hefei）&YuIntelligentEngineeringCo.，Ltd.，Hefei，AnhuiProvince，230000China

Abstract：Inrecentyears，theconceptofecologicalcivilizationhasbecomeincreasinglypopular，andtheideathat"lucidwatersandlushmountainsareinvaluableassets"hasgraduallybecomeasocialconsensus.Atthesametime，theincreasinglycomplexglobalclimatechangeandtheacceleratingurbanizationprocesshaveledtofrequentextremeheavyrainfallevents，whichposeseriousthreatstourbanwaterloggingsafetyandpeople'slifeandpropertysafety，andmeasuressuchascompulsorysewageinterceptiontakenbyurbanbuilderstoensureurbanwaterenvironmentsafetyhavefurtherexacerbatedthisphenomenon.Sofar，thecontradictionbetweenurbanwaterloggingsafetyandwaterenvironmentsafetyhasbecomeincreasinglyprominent，andhowtounifyandcoordinatethedevelopmentofthetwoinextremeweatherconditionshasbecomeachallengeforurbanguardians.Basedonthis，thisarticlefirstanalyzessomecausesforurbanwaterloggingsafety，thendiscusseswaterloggingsolutionsthattakeintoaccountwaterenvironmentsafety，andfinallyprospectsthecoordinatedandunifieddevelopmentofthetwo.

KeyWords：Extremeweather;Waterloggingsafety;Waterenvironmentsecurity;Intelligentdrainage

2015年4月2日，国务院颁布的《水污染防治行动计划》，对城市水环境提出“到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内，到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除”的控制性目标，城市黑臭水体整治由此成为地方各级人民政府提高城市人居环境工作的重要内容，城市水环境质量趋好也成为城市治理成效的标志之一。

在此背景下，诸多城市为了实现消除黑臭水体、提升水环境质量等目标，对雨水采取了强制截污处理等措施，这一举措导致了暴雨期间被拦截的地表径流蓄积在管网和地表，进一步引发城市内涝积水与溢流污染，为城市排水防涝工作带来极大挑战；加上近年来气候的异常变化，城市面临极端强降雨情况明显变多，最终造成城市内涝加剧、看海现象频频发生。

如何在保障城市水环境质量的同时保障城市内涝安全，即协调城市水环境安全与内涝安全的统一发展，日益成为制约城市经济、社会、人口、环境协调发展的一大重要因素。本文结合长沙市实际情况，着重分析了城市内涝成因及兼顾城市水环境安全的内涝解决措施，以期为城市建设者提供一定工作参考。

1城市面临内涝安全问题的成因

1.1全球气候变化日益加快使得强降雨频发

联合国政府间气候变化专门委员会发布的《气候变化2023》显示，2011—2020年全球地表温度比工业化前（1850—1900年）提高1.1℃。全球气温升高后，会导致空气中水蒸气浓度随之升高，进一步增加大气中储存的能量。当大气中的能量储存至一定程度时，将通过闪电、雷暴、强降雨等方式进行释放[1]，由此加剧了城市强降雨现象发生的频率。我国气象部门近年来采集统计的数据进一步证实了这一现象。

1.2排水防涝设施的短板造成排涝能力滞后

排水系统是应对城市洪涝的主要工程措施，而我国城市排水系统设计标准普遍偏低。以长沙为例，一是规划设计标准偏低，原排水规划中大部分排水管网标准为一年一遇，而由于年久失修等原因，许多管段实际排水能力已不足一年一遇；二是大小排水系统未有效协调，过度重视“小排水系统”（管网、泵站等）的规划建设，忽视了在城市排涝中起更大作用的“大排水系统”（水系、河湖、沟渠等）的规划建设；三是排水系统建设速度跟不上城市发展，随着城市扩张速度的加快，超排水管网设计标准的暴雨过程越来越多，进一步引发城市管网排水不畅、排涝能力降低。

1.3城市开发建设对自然水文循环破坏严重

城市化的快速推进显著改变了城市下垫面特征，使城市洪涝灾害复杂化。与此同时，水系和水面也不断萎缩，造成行洪通道减少、调蓄空间缺乏。在洪涝形成方面，城市开发建设活动将原本的绿地、水域等透水区域改造为建筑、道路等不透水区域，降低了城市区域透水率，透水率的减少进一步导致暴雨时城市截留量和下渗量的减少、产流量的增加，为洪涝灾害埋下隐患；在灾害处置方面，不透水率的增大使城市地表糙率降低，进而造成地表汇流速度加快、峰现时间提前，暴雨时的洪涝过程曲线也从“矮胖”变得“尖瘦”[2]，大大降低了城市洪涝灾害响应处置时间。

此外，城市建设项目实施时，会因人为因素对原有排水体系造成破坏，导致区域排水体系在此形成瓶颈；而开发建设中对排水设施保护的缺失，如将建筑泥沙、垃圾弃于排水渠道及排水构筑物中，也会致使管道堵塞、积水，最终导致城市排水能力降低、城市内涝风险增加。

1.4水环境的保护要求对内涝安全产生影响

生态文明建设的背景需求给地方水环境保护带来一定倒逼压力，而水环境的水质维护对城市洪涝管理又提出了更高要求，二者矛盾由此变得更加突出。例如：长沙市为了保障湘江水质，在沿江两岸对污水、雨水均进行了强制截污处理，所有地表雨水径流要流入湘江，必须先进入污水处理厂进行处理，处理达标后才能排放。但在暴雨期间，污水处理厂处理负荷快速加剧，仅能率先处理一部分初期雨水，其他地表径流被拦截后只能在管网和地表蓄积，从而产生内涝积水和雨污溢流污染。

1.5城市内涝预警体系和应对措施不够完善

随着极端天气的日益增多，各国在城市内涝预警方面均做了诸多工作，内涝预警体系由此得到快速发展。虽然我国近年来在内涝预警方面也取得一定实质性成果，但在预报准确度、相关部门的应急处置以及灾后重建等方面还存在诸多不足。长期以来，我国城市管理一直存在着“重建设、轻管理”的问题，管理制度不完善导致排水相关设施缺乏日常检查维护，从而使洪涝灾害得不到及时处理，最终造成严重损失[3]。

2兼顾水环境安全的内涝解决措施

受极端气候影响，城市降雨逐渐呈现出形成过程短、瞬时雨量大、降雨区域集中等特点，对城市内涝安全带来了很大冲击；“污水不下河”的水环境安全要求，更进一步加重了这一现象。如何协调城市内涝安全与水环境安全的矛盾，本文建议从以下几点入手。

2.1加强排水管网系统综合性整治并积极修复

“问题在水里，根源在岸上，关键在排口，核心在管网。”因管网建设系统不健全、雨污水管网混接错接等原因导致的污水未送入污水厂处理、直接排入地表水体，进而造成污染溢流、水体黑臭的现象屡见不鲜。针对管网导致的内涝安全及水环境安全问题，建议对城市排水管网加大建设力度，以消除管网空白区为建设目标（新建管网应尽可能满足国家建设标准的上限要求）；对存在内涝积水、混错接的雨污水管网及破损、功能失效的排水防涝设施进行改造修复；对采取合流制的排水管网，根据城市现状针对性地开展雨污分流改造，对无法改造的管网，其纳污片区采取截流、调蓄等方式，以此达到减少雨季溢流污染、提高雨水排放能力的目标[4]。

2.2积极推进并落实海绵城市建设理念及措施

海绵城市是指城市像海绵一样，在降雨时将雨水储存起来，在需要时再将其释放出，加以利用[5]。这一举措能很好地解决城市发展过程中存在的积水、内涝、水体黑臭等问题。在城市建设和更新中，建议积极落实“渗、滞、蓄、净、用、排”等海绵城市建设措施：可通过透水性铺装路面、下沉式绿地、人工湿地、植草沟等的建设提高城市区域的透水率；可通过绿色屋顶、干湿塘等滞水渗水设施的建设提高城市储水能力；可通过加强绿地、水体、建筑、道路等标高衔接的方式，使溢流的雨水排入管网、水体或收集后资源化利用。

2.3建立“源—网—厂—河”一体化智慧排水系统

智慧排水系统作为智慧城市的重要组成部分，对城市的智慧化进程推进、洪涝应急预警、水环境质量保障起着不可替代的作用。全方位的监测系统是智慧排水系统的重要组成部分：水位计，一般安装在排水系统关键节点，用来监测水位变化，进一步表征污水倒灌堵塞风险和雨水溢流风险；水质在线分析仪（COD/NH3-N/TN/TP），用来监测水质浓度变化情况，根据水质浓度突变状况，分析雨水倒灌、工业水直排等；流速仪，用来监测管网水体流速，可结合排水管道的功能性状况（沉积、障碍、起伏等）进行综合分析[6]。以上监测设备的实时运行可实现实时掌控排水系统运行状况的目标，从而为内涝灾害的模拟计算、预警预报提供数据和技术支撑。

此外，还可将排水系统进行网格化划分，对雨、污水集水区进行分区管理，在各分区设置关键入流点，通过实时监测关键入流点的水质与水量情况，详细了解各分区污染源、管网、水厂等的实时情况，实现排水系统网格化、精细化管理的目标。

针对系统功能区建设，建议建立水质水量平衡分析、设施能力评估、泵闸控制指令发布三大功能区。水质水量平衡分析功能主要实现对区域内水质、水量状况的整体评估，结合水质、水量的监测，分析系统中可能存在的外来水入渗和污水外渗状况[7]，为排水管网系统的科学修复与治理提供决策支持；设施能力评估功能通过排水设施摸查检测数据，实现对雨污水管网、截流管、泵站等实施能力的评估判断；泵站控制指令发布通过调取气象预测数据，预判未来降雨、城市排水及河道水位等情况[8]，以缓解内涝程度、削减溢流污染为综合目标，提出当前控制指令。

智慧排水系统的建设，实现了片区管网连接关系的有效梳理；实现了错混接、变形、破损等问题管网的动态展示；实现了管网关键节点流量、水质、水位等的动态监测；实现了排水系统的动态计算，保障了污水系统的提质增效；实现了排水系统的变被动防御为主动应急，最终实现缓解内涝、削减溢流污染的综合目标，在保障城市内涝安全的同时兼顾了城市水环境安全。

3结语

人类社会活动的扩大和城市化进程的推进，将原有的自然生态格局逐渐打破，导致全球气候变化日趋复杂、极端异常天气日趋频发。与此同时，城市化带来的内河湖泊减少、硬质路面不断蔓延，使自然界水循环过程严重受阻、水体自净能力严重下降，地表径流量也不断增大；叠加城市区域内普遍存在的排水系统建设滞后、污水处理不配套、调蓄能力弱等现象，最终引发出城市水环境质量日益恶化、城市蓄水防涝能力大幅下降等一系列水环境安全与内涝安全相关问题。

城市内涝安全与水环境安全的协调统一是一项关乎民生的系统性工程，必须统筹解决。结合流域区域与城市现状，全面加强管网等防涝设施的建设、改造和管养，减少溢流污染，强化城市洪涝调蓄能力；落实海绵城市建设理念及措施，强调建设与管理并重，提升排水防涝能力及城市生态景观环境；建设智慧排水系统及相应功能分区，实现排水防涝设施运行状况的实时掌控，提升城市的“四预”能力（预报、预警、预演、预案）。

参考文献

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