从城市内涝灾害频发看排水规划的发展趋势

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【作者简介】

谢映霞(1955-)，女，中国城市规划设计研究院教授级高级工程师。【收稿日期】2012-12-28

【文章编号】1002-1329 (2013)02-0045-06【中图分类号】TU984.11+6【文献标识码】A 【摘要】从城市规划、用地布局及排水专项规划的角度深入分析了城市内涝灾害发生的原因，借鉴国外先进理念和最佳实践经验，从系统构成、规划理念、规划标准、规划方法、制度建设等方面对我国的雨水规划进行了深入的剖析，提出了排水规划的发展思路和应对城市内涝灾害的规划对策。特别提出了构建大排水系统的概念，并从理论上进行了阐述，结合实践进行了说明。

【关键词】城市内涝灾害防治；规划理念；规划标准；设计方法；雨水影响评价；内涝风险评价ABSTRACT: This paper analyzes the causes of urban waterlogging disaster from perspectives of the urban planning, the land use layout, and the special drainage planning. Based on the advanced concepts and successful practical experiences abroad, the paper conducts a thorough analysis on the storm water planning from aspects including system composition, planning concepts, planning standards, planning methods, and institutional construction, before putting forward the development thoughts for drainage planning and the planning countermeasures for prevention of urban waterlogging disasters. The paper also introduces the concept of establishing large drainage system in particular both in theory and with practical examples.

KEYWORDS: prevention of urban waterlogging disaster; planning concept; planning standard; design method; stormwater impact evaluation; waterlogging risk evaluation

1 引言

近年来，国内多个城市发生了不同程度的内涝灾害。2011-2012年，北京、上海、武汉、广州、南京、杭州、海口、南昌、潍坊、莆田等

多个大城市发生内涝，城市积水严重，造成交通瘫痪，给人民生活和生产带来了极大影响。特别是2012年7月21日北京市遭遇近年来最大一次降雨袭击，全市平均降雨量170mm，城区平均降雨量215mm。其中暴雨中心房山区河北镇日降雨量达541mm，最大小时雨量95mm。中心城区63处主要道路因积水导致交通中断，全市受灾人口119.28万人，因洪涝灾害造成的直接经济损失118.35亿元。北京市“7.21”特大洪涝灾害引起了强烈的社会反响，引发政府和社会各界的广泛关注。城市内涝问题成为中国政府、工程技术人员和社会公众普遍关注的大问题。

其实城市内涝灾害近年来一直困扰着各个城市，特别是特大城市。住房和城乡建设部2010年对32个省的351个城市的内涝情况调研显示，自2008年，有213个城市发生过不同程度的积水内涝，占调查城市的62%；内涝灾害一年超过3次以上的城市就有137个，甚至扩大到干旱少雨的西安、沈阳等西部和北部城市。内涝灾害最大积水深度超过50mm的城市占74.6%，积水深度超过15mm的超过90%；积水时间超过半小时的城市占78.9%，其中有57个城市的最大积水时间超过12小时(表1)。

2 城市内涝灾害成因剖析

城市内涝灾害频发，暴露出城市规划建设中存在的问题。究其原因，有观念体制问题，也有排水系统本身的问题，城市大规模开发建设更是推波助澜，放大了内涝灾害的影响。造成城市内涝的原因很复杂，概括起来与规划及用地相关的原因有以下几点。

2.1 气候变化导致城市暴雨发生频繁

近年来由于全球气候变暖，导致大气气流季节性异常，极端天气频发，降雨量增加，很多

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DEVELOPMENT OF DRAINAGE PLANNING IN VIEW OF FREQUENT URBAN WATERLOGGING DISASTERS

XIE Yingxia

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京西郊受纳水的大水库玉渊潭也从文革前160万m 3的库容降到现在不足60万m 3库容，城市受纳水体不足，排水系统无出路。

2.3 水循环系统遭到破坏

土地高强度开发引发的城市地区地形地貌变化、改变了原有的自然排水体系、破坏了原来的水循环系统。原有的湖泊水系改变了，原有的排洪通道填掉了，不仅调蓄容量变小了，洪水出路也减少了。例如，北京白颐路上的排水边沟因为要增加交通流量而荡然无存(图3，图4)。

2.4 地表径流发生变化

地表径流改变也是一个不可忽视的重要原因。城市内不透水面积增加，蓄水面积减少，地面沉降等下垫面情况发生改变，使得径流形成规律发生变化，同量级暴雨的产流系数增大，加大了城市地区的径流，即雨水向低洼地更快汇集。

2.5 原有管网规划设计标准偏低

雨水系统安全可靠性与规划设计标准直接相关。在排水设施的规划设计标准中，重现期是一个重要的参数，其表示设计暴雨强度出现的周期，它是根据城市的社会经济发展水平、积水后财产损失的程度等多方面因素决定的。由于历史原因，我国的城市雨水系统设计重现期一直比较低，以前建设的城市雨水排水工程绝大多数为1年或低于1年重现期的设计标准，甚至有1年2遇、1年3遇，1年4遇的设计标准。这大大低于一般发达国家的设计标准。

表1 2008年以来中国351个城市内涝的基本情况

Tab.1 Basic information of waterlogging in 351 cities of China since 2008

内涝事件数量(件)最大积水深度(mm)持续时间(h）1～2≥3Total 15～50≥50Total 0.5～11～12≥12Total 城市数量76137213582623202020057277

城市比例

22%

40%

62%

16.5%

74.6%

91.1%

5.7%

57.0%

16.2%

78.9%

地方出现特大暴雨，有些城市甚至遭遇百年一遇的特大暴雨；再加上我国降雨时空分布不均的特点，每年夏季大部分城市都会遭遇强降雨的袭击。短时内大量降雨，造成城市排水系统瘫痪。

迅速发展的城市形成城市热岛效应、雨岛效应，改变了城市降雨中心的分布和强度。随着城市规模不断扩大，道路、建筑密度不断增加，城市“热岛效应”显著。这是因为城区在同样天气下比郊区吸收更多的太阳辐射，加上城市生产生活产生大量热量，形成热岛效应，进而产生雨岛效应，大城市及高度城市化地区更易产生这种现象，更容易成为区域的暴雨中心，高强度暴雨可能的频率更高。

2.2 河道行洪能力缩减，雨水调蓄能力减小

随着城市向周边扩展，以往城外的行洪河道演变成城市的内河，行洪能力缩减。而城市中原有的河湖水面经过大规模改造，已所剩无几，幸存的河流水面也大幅度减少，例如北京的前三门，首段18.8km护城河在1965-1985年间改为暗沟，大大降低了雨洪水的通行能力；调蓄雨水的能力大大降低。

城市水系不断萎缩。以闻名于世的“百湖之市”武汉为例，2010年水域面积比1991年减少约39%。1950年代主要城区湖泊127个，目前仅存38个；湖泊面积到1980年代已由1581km 2缩减为874km 2；近30年来，又减少了228.9km 2（图1，图2)。

北京原来蓄水量28万m 3的莲花池，从1970年修铁路开始陆续填埋，现在已无蓄滞水功能；北

图1 武汉市1991年南湖、东

湖等水域面积

Fig.1 The water areas of South

Lake, East Lake and other stream in Wuhan in 1991图2 武汉市2010年南湖、东湖等水域面积Fig.2 The water areas of South

Lake, East Lake and other stream in Wuhan in 2010

图3 北京老白石桥

Fig.3 Image of old Baishiqiao in

Beijing 图4 北京新白颐路

Fig.4 Image of new Baiyi Road in

Beijing

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2.6 城市规划建设机制不顺

我国城市建设速度很快，城市面积不断向外围扩张，以前的上游变成了下游，原来设计的满足原有片区的排水系统难以承接不断增大的汇水面积上的雨水，上游新建地区不断排入的雨水，使得老管道远远达不到排水要求。

另一个问题是建设机制问题。管线是随道路敷设同步施工的，但由于建设主体各有分工，道路建设和排水管网建设维护不是一个部门，往往道路、排水设施建设施工不同步，形成断头路，断头管，造成排水无出口。河道整治又是另一个部门，河道整治跟不上，不能满足排水水位要求，暴雨时经常发生河水倒灌的现象。

3 排水规划发展趋势

城市排水与暴雨内涝问题已引起各级领导的高度重视，国务院领导多次做出重要批示。2012年8月1日温家宝总理在考察长江、黄河防汛工作时明确提出要切实加强城市暴雨内涝防范；指出目前许多城市对给排水地下管网等市政基础设施建设重视不够，暴露出城市规划和建设的不足，要求必须深刻吸取教训，下决心加强城市排涝设施规划和建设，全面提高城市排涝能力；并提出了“城市建设必须科学规划、合理布局”；“加强城市地下管网建设，提高排水标准”；“强化城市排水和内涝应急管理”3点具体意见。同年9月温总理在天津达沃斯论坛上答记者问时又指出，中国“现在的城镇化应该说是不完全的城镇化”；还强调“城镇建设必须科学规划，不仅要注重地上高楼大厦，而且要十分重视地下管网的建设。城市建设必须与经济社会发展相协调，不能一条腿长一条腿短”。温总理的讲话为未来排水事业的发展指明了方向。排水规划和排水设施的建设已成为民生工程的重要内容，将成为未来一段时期内城市建设工作的重点。

城市内涝致灾原因和城市建设规模密切相关，也和城市开发建设模式有关，反思当今城市规划和排水专项规划，很明显已不能适应对城市内涝防治的实际需求。近年来城市变化对排水系统的影响很大，规划对此缺乏考虑和有效的对策，不能很好的指导城市排水系统的建设。

4 应对城市内涝灾害的规划对策4.1 做好排水规划

现有的法定规划中，虽然都有排水规划的内容，但大多数形同虚设，不能真正解决问题。城市总体规划中的排水专业规划，虽然覆盖面大，深度不够。受时间进度、资料条件等限制，不

可能做得很细，特别是受比例尺度限制，管线、蓝线、绿线等都难定位；详细规划中的排水专业规划，虽然比较细致，有一定的深度，但系统性差。从排水专业角度看，现在的状况是有设计，无规划。排水规划更多的侧重于管道、泵站等排水设施的布置，其计算也是为了核定设施规模，而对大小排水系统的衔接、管道和河道的衔接考虑不足，缺乏系统的规划。

再来看城市用地规划和排水规划的衔接。城市用地分类基本没有考虑土地和地表径流的关系，做城市用地布局时很少考虑雨水排水的出路，做城市竖向设计和道路竖向设计时，也很少结合雨水的综合利用和排放，导致排水不畅。例如城市中的绿地是难得的透水地面，但很多城市绿地都比道路标高要高，无法接纳附近的雨水。

城市内涝防治是系统工程，不可能孤立的、光靠“工程配合”来解决，关键要和规划用地相结合；工程不再是配合，内涝问题也不可能全靠管道泵站来解决，而要在总体规划阶段合理确定排水系统的布局，优先解决排水去向和大通道；多专业协调联动，使规划能够顺应原有的自然水体，适应原有的自然蓄水和排水条件，符合千百年来自然界水循环的机理。因此，城市规划是内涝防治的顶层设计，做好排水规划是内涝防治的关键环节。

4.2 构建大排水系统

国外发达国家城市排水一般都有两套系统。即小排水系统(minor system)和大排水系统(major system)。小排水系统主要针对城市常见雨情，设计暴雨重现期一般为2-10年一遇，通过常规的雨水管渠系统收集排放；大排水系统主要针对城市超常雨情，设计暴雨重现期一般为50-100年一遇，由隧道、绿地、水系、调蓄水池、道路等组成，通过地表排水通道或地下排水深隧，传输小暴雨排水系统无法传输的径流。该系统也可以称为城市内涝防治体系，是输送高重现期暴雨径流的排水通道。也有的国家将大小排水系统称为“双排水系统”(dual system)(图5)。

而中国目前仅有小排水系统，或叫管道系统，在已有规划体系中，没有大排水系统的概念，也就是说没有明确的城市内涝防治系统。我国在流域层面已经建设了一套防洪工程体系，有相应的规划设计规范和技术标准，目的是防止客水进入城市；也有一套城市管网排水系统及相应的标准规范，但对于应对超过雨水管网排水能力的暴雨径流没有说法，既没有统一的设计方法，也没有相关的技术标准和规划设计规范，当然也缺乏相应的工程设施和综合手段。

过去常用的内涝概念一般是指低洼地水滞

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例如澳大利亚采用的是防洪、大排水系统和小排水相对独立的模式，香港则采取的是防洪、大排水系统和小排水系统一体化的模式(图6)。

4.3 树立新的设计理念

随着形势的发展和技术的进步，近年来国际上排水规划的理论、技术、方法有了很大的发展。美国的低冲击开发、英国的可持续发展排水系统以及澳大利亚的水敏感性设计等规划理念和设计方法被不断引进。

低冲击开发(又称低影响开发，Low Impact Development，LID)理念起源于1990年代的美国，其基本原理是在人工系统的开发建设活动中，尽可能减少对自然生态系统的冲击和破坏。低冲击开发理念、可持续发展排水系统和水敏感性设计都强调城镇开发应减少对环境的冲击，其核心是基于源头控制和延缓冲击负荷的理念，构建与自然相适应的城镇排水系统，合理利用景观空间和采取相应措施对暴雨径流进行控制，减少城镇面源污染，使区域开发建设后尽量接近于开发建设前的自然水文状态。

为综合解决雨水问题，我国应该学习国际上先进的理念和技术，建立适合中国国情的城市雨水系统规划设计理论和方法体系。规划要结合我国城镇化的特色，强化绿色、低冲击开发和可持续发展等理念，推广低影响开发、可持续排水系统、水敏感设计等规划技术，通过蓄、渗、滞、净、用、排等手段，使土地开发时能最大限度地保持原有的自然水文特征和自然系统，充分利用大自然本身对雨水的渗透、蒸发和储存功能，促进雨水下渗。采用源头消减、过程控制、末端处理的方法，从源头开始全程控制地表径流，降低雨水径流量和峰流量，减少对下游受纳水体的冲击，保护利用自然水系。达到防治内涝灾害、控制面源污染、提高雨水利用程度的目的。

多家研究成果表明，屋顶绿化、雨水蓄渗、下凹式绿地、透水铺装地面、生物滞留池等LID 设施对综合雨水径流的大小有一定的影响，可以减少雨水径流量，减少进入分流制雨水管道和合

流制管道的雨水量(图7～图9)。大面积透水铺装及下凹式绿地等雨水控制和利用措施对小区综合

径流的削减作用十分明显，尤其在低重现期时效果更明显；雨水调蓄设施、低绿地、透水铺装等雨水控制方式的组合利用，能有效降低径流系数。

4.4 完善排水规划标准

4.4.1 建立内涝标准

国外发达国家城市雨水标准体系一般包含两个层面的标准。欧盟标准体系中明确规定了管

图5 大小排水系统的构成

Fig.5 Compositions of the major drainage system and the minor drainage system

图6 香港排水系统构成

Fig.6 Composition of the drainage system of Hong Kong

留的一种自然现象，城市内涝灾害是近年来伴随城市规模不断扩大，内涝灾害频繁发生提出的新概念，目前国内还缺乏相应的规划理论、设计方法、设计标准。传统的管道系统一般只解决小重现期的暴雨径流，要解决高重现期暴雨内涝问题，解决超管渠设计标准的雨水出路问题，必须构建大排水系统，或称内涝防治体系。该体系主要针对超常暴雨情景，应能抵御高于管网系统设计标准、低于防洪系统设计标准的暴雨径流形成的内涝，目前排水规划的核心问题是在顶层设计中缺少大排水系统，没有应对超过管道设计标准的雨水系统，即没有内涝防治体系。

内涝防治体系模式的选择要因地制宜。要根据当地经济社会发展情况、气候特征、受纳水体、气象水文等资料，根据地形条件和规划布局，综合确定系统构建方式，靠近大江大河大海的可以直排，缺水地区应采取蓄排结合的方式。

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道排水标准和涝灾控制标准；美国和澳大利亚标准体系明确规定了小暴雨排水系统标准和大暴雨排水系统控制标准。我国的香港特别行政区也有大小排水系统之分，但防洪、排涝和管道的标准是统一的(表2～表4)。而大陆目前还没有城市内涝控制标准，或说还没有大排水系统的标准。以往所说的内涝标准是水利上针对农作物耐淹程度而定的，并不适用现在的城市内涝。已有的排水规划设计标准如《排水工程规划规范(GB50318 -2000)》和《室外排水设计规范(GB50014-2011)》都仅仅是针对排水管道和泵站等雨水设施而言的，对城市内涝防治、城市排水系统应对超标雨水等没有明确的要求和规划标准，对城市初期雨水污染、雨水综合利用等方面也没有具体的要求和技术标准。为指导城市内涝防治规划的编制和相关设施的建设，当务之急应尽快制定城市内涝标准。

4.4.2 逐步提高管网标准

鉴于我国的降雨特征和经济水平、危害损失等原因，长期以来，我国的城市雨水系统设计重现期一直比较低。几经修改，在2011年颁布的《室外排水设计规范(GB50014-2011)》中已将设计重现期提高到“一般地区应采用1-3年，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，应采用3-5年”的标准。并提出“经济条件较好或有特殊要求的地区宜采用规定的上限，特别重要地区可采用10年以上”的要求。还提出校核城镇排水系统排出地面积水能力的概念。使雨水系统的建设标准大大提高了。虽然这一设计标准有所提高，但对大量即成事实的建成区来说，要想改造达标还是有相当难度的，还需要多种措施综合解决。

4.5 改进设计方法

长期以来，我国一直沿用传统的推理公式法计算雨水的流量。该方法的理论依据是恒定均匀流，即假定暴雨强度在整个汇水面积上是均匀分布的，且汇水面积随集流时间增长而均匀增加。欧美等国家也使用推理公式法，但使用时有严格的限制。欧盟标准规定，推理公式法仅适用于工程范围小于200hm 2的区域；美国标准规定，推理公式法仅限于面积80hm 2以内使用。

这些规定表明，推理公式法只适用于汇流面积较小的区域，而对于汇水量较大的地区，目前国际上通用的方法是采用水文水力模型进行模拟计算，这是由排水规划的特点决定的。要规划内涝防治系统，就要知道各排水分区发生不同级别降雨时的水量，不同频率洪水位和管网系统、内河系统的高程关系；还要弄清楚管道系统的排水

量，超出管网设计标准的雨水量，这些水会不会

图7 透水铺装地面+下凹式路面Fig.7 Permeable paved

road and concave road

图8 植被草沟

Fig.8 Vegetation grass

ditch 图9 生物滞留池

Fig.9 Biorentation pond

地区小暴雨系统重现期

N年一遇

大暴雨系统重现期

N年一遇

居民区2-5 100

高产值的商业区

2-10机场2-10高产值的闹市区5-10洲际高速公路或排水河道

100

表2 美国ASCE雨水系统设计标准

Tab.2 American ASCE stormwater system design standards

表3 欧盟EN752雨水系统设计标准

Tab.3 EU EN752 stormwater system design standards

用地类型

小暴雨系统重现期N年一遇

大暴雨系统重现期N年一遇

农村郊区 1 10居民区

220 城市中心、工业和商业区（有洪水监测）230城市中心、工业和商业区（无洪水监测）530地铁和地下通道

10

50

表4 香港排水系统设计重现期标准

Tab.4 Hong Kong drainage system return period design

standards

排水系统类别 重遇期(年) N年一遇

市区排水干渠系统 200市区排水支渠系统 50主要乡郊集水区防洪渠

50乡村排水系统 10密集使用农地

2-5

形成积水？在什么地方形成积水？积水的深度和持续的时间是多少？显然靠传统的推理公式计算方法很难回答这些问题，特别是对水动态的变化过程，如水位的变化过程，高水位的持续时间，雨水排放后对下游水位的影响等，只能依靠数学模型进行计算和模拟才能得出结果，也只有在这个结果的基础上才有可能做出切合实际的排水系统方案。因此，尽管模型的推广使用有很大的难度，笔者还是希望有条件的地区采用数学模型法计算雨水设计流量，或采用动态数学模型对规划结果进行校核，为内涝防治系统的规划建设提供

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市雨水排放带来的影响，并在此基础上进行洪涝灾害区划，进行规划和用地管理工作(图10)。

洪涝灾害风险分布图不仅用于城市内涝风险分析，为城市内涝灾害风险管理提供辅助决策依据，还用于内涝防治规划的编制，为规划方案优化提供技术支持，为城市开发建设及改造提供决策支持。

我国城市还没有建立雨水影响评价与内涝风险评价制度，系统的洪涝灾害风险分布图也非常少见，因此难以识别各种暴雨和洪涝灾害情形下不同地区的风险程度。为提升排水系统规划的科学性和城市风险管理水平，应借鉴国外先进经验，在我国逐步建立雨水影响评价与内涝风险评价制度。

5 结语

目前排水规划面临很多难题，例如标准欠缺、城建系统和水利系统统计手段、计算方法不衔接，甚至存在概念定义不清的问题。雨水规划的技术手段还需要实践的检验，技术指标、技术参数还需要进一步校核，规划到底怎么做还在探索中。面对严峻的内涝形势城市规划必须有所作为，也应当有所作为。

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图10 墨尔本城市集水区TUFLOW模型绘制的典型洪涝灾害情况Fig.10 Typical ? ood disaster map of Melbourne urban catchment based on

TUFLOW model

科学依据。

国内关于城市雨水模拟模型的研究起步较晚，目前尚无通用的独立开发的成熟模型，主要引入国外模型进行计算，常用的软件有丹麦DHI 的Mike软件，美国的HEC-HMS和英国Wallingford 公司的InfoWorks CS。

在未来在雨水规划、设计和管理中，水文水力模型的引用、吸收、消化、开发是必不可少的技术环节，因此应尽快开发一些拥有自主知识产权的、简便可行的、实用的模型软件，既方便大家使用，也可降低成本。同时要加大技术人员的培训力度，提高雨水模型应用水平，提高规划的科学性和可操作性。

4.6 逐步建立雨水影响评价与内涝风险评价制度

雨水影响评价与内涝风险评价制度是进行雨洪管理的依据，为了有效地进行洪涝风险管理，需要了解洪涝灾害的影响范围和程度，了解洪涝水灾的类型和成因、发生概率、发生范围、持续时间、深度和速度等方面的特征；同样重要的是，还要了解洪涝灾害可能发生的地点和方式，以及洪涝灾害发生后可能受到影响的人员和财产损失，以有效制定应对措施和确定措施的优先级别。

研究国外经验表明，澳洲、日本、欧盟、美国等国家和地区均有雨水影响评价和雨洪风险评估制度，都有洪涝灾害分布图，以表达排水系统遭遇不同暴雨频率下内涝发生的可能性、淹没时间、淹没范围以及淹没深度，从而展示城市建设用地(地块)的淹没风险，识别城市开发建设给城