吳慶洲
江西贛州福壽溝使用了近千年,仍能夠發(fā)揮出其正常的功能。 攝影/朱慧卿/CFP
近年中國城市化步伐加大,城市面積迅速擴大。但往往在一場暴雨之后,城內一些街道成河,汽車被淹,交通癱瘓,出現(xiàn)嚴重的內澇之災。就連北京、上海、廣州這些中國最繁華的城市都頻繁出現(xiàn)暴雨后城街成河的狀況。尤其2010年5月,廣州在暴雨后,街道多次受淹,汽車浸壞,造成嚴重的經濟損失。
筆者認為,借鑒中國古城防洪經驗,可以找出防止暴雨后城市內澇的辦法。
中國古代最重要的防止暴雨后內澇的經驗,是建設一個完善的城市水系。它由環(huán)城壕池和城內外河渠湖池組成,具有多種功用,被譽為“城市之血脈”。
城市水系有如下10條功用:
1.供水。
2.交通運輸。
3.溉田灌圃和水產養(yǎng)殖。
4.軍事防御——古城水系的護城池即為軍事防御而設。護城河又寬又深,成為敵人進攻的一大障礙、是防衛(wèi)的重要設施。
5.排水排洪——城市水系排水排洪的作用是十分重要的。
6.調蓄洪水——這一作用至關重要,其調蓄容量大小是避免城市內澇的關鍵因素。
7.防火。
8.躲避風浪——一些沿海的港口城市,其城市河道或湖泊還往往兼有躲避風浪的作用。廣州就是一例。
9.造園綠化和水上娛樂——水是造園綠化的必要條件。凡是園林多、綠化好的城市,都與城市水系發(fā)達有關。洛陽、蘇州、杭州都是例子。
10.改善城市環(huán)境。
令人驚異的是,具有多種功用的城市水系對城市的價值,與血脈對人體的價值有驚人的相似之處。
城市水系的十大功用中,排水排洪和調蓄洪水二大功用對防止城市澇災至關重要。
通過對漢長安城、漢魏洛陽城、隋唐長安城、隋唐東都洛陽城、宋東京城、元大都城、明清北京城、明清紫禁城八例關于京都城市防洪情況的研究,有以下重要發(fā)現(xiàn):
1.城市排洪河道密度和行洪斷面是二個重要技術指標,對防止內澇十分重要
唐長安城在城市排水排洪系統(tǒng)的規(guī)劃設計上,有較大的失誤。城市排洪河道密度僅0.45km/km2,河道行洪斷面僅28m2;元大都城的排水排洪系統(tǒng)的規(guī)劃設計較好,城內河道密度為lkm/km2,河道行洪斷面分別為147m2和238.9m2,分別為唐長安城的5.25倍和8.5倍;明清北京城的城內河道密度為1.07km/km2,城壕行洪斷面為238.9m2,排水排洪系統(tǒng)規(guī)劃設計較有水平。宋東京城的排水排洪系統(tǒng)的規(guī)劃設計水平更高,四水貫城,河道密度為1.55km/km2,為唐長安城的3.5倍,城壕的行洪斷面為372.48m2,為唐長安城的13.3倍。明清紫禁城為我國古城排水系統(tǒng)規(guī)劃建設最完美的典范,其行洪河道密度達8.3km/km2,為唐長安城的18.4倍;筒子河的行洪斷面為312m2,為唐長安城的11倍。
2.城市水系的調蓄能力是城內防止雨澇之災的重要因素
唐長安城面積達83km2,其水系蓄水總容量為592.74萬m3,城內每平方米面積得到0.0714m3的容量。宋東京城面積約50km2,城河城壕的蓄水總容量為1852.23萬m3,城內每平方米有0.37m3蓄水容量,為唐長安城的5.2倍。明清北京城面積為60.2km2,全城水系的蓄水總容量為1935.29m3,每平方米有蓄水容量0.3215m3,為唐長安城的4.5倍。元大都城的面積為50km2,其水系蓄水總容量為1999.58萬m3,每平方米有蓄水容量0.3999m3,為唐長安城的5.6倍。明清紫禁城面積0.724km2,筒子河蓄水容量為118.56萬m3,每平方米有1.637m3容量,為唐長安城的23倍,為明清北京城的5.1倍,為宋東京城的4.4倍,為元大都城的4.1倍。這就是明清紫禁城建城近600年無雨潦之災的重要原因之一。
城市水系的調蓄洪水的功用是十分值得重視的。城市水系有無足夠的調蓄容量,是城市能否避免內澇的關鍵因素。這一科學發(fā)現(xiàn)對現(xiàn)代城市防洪也有重要參考價值。
3.必須十分重視城市水系的管理
歷代京都對城內排水設施的管理情況,總的來說,以唐長安城管理欠佳,宋東京城做得較好,但宋初較好,以后略差。元大都城的排水系統(tǒng)管理較好。明清北京城以清代管理較好,制度健全,賞罰分明。明清紫禁城每年開春淘浚溝渠,明代已形成制度,清代沿用,使城內排水系統(tǒng)暢通,有效地發(fā)揮排水排洪作用,在管理上是最好的。
成都古城內的金水河,為唐代白敏中主持開鑿,自城西引岷江水入城,至城東出,匯入府河,當時稱“禁河”,明稱“金河水”,近人稱為“金河”。歷代重視修浚金河水,史志有明確記載的修浚有6次。成都歷史上水患較少,一是有都江堰分洪,二是城內有較完備的防洪排水系統(tǒng),三是歷代有所管理、疏浚。
其他名城,如廣州、紹興、蘇州、濟南、杭州、溫州、福州、松江、嘉定等,排水系統(tǒng)管理均較好。
紫禁城排水系統(tǒng)示意圖示意圖。 制圖/神筆
900年前的城市排水系統(tǒng)江西贛州福壽溝。制圖/神筆
蘇州古城是管理好的典型。蘇州在明清兩代共疏浚市內河道11次。蘇州自宋嘉定十六年(1223年)至清順治十五年(1658年)400多年無水潦之災,與河道管理得好是大有關系的。早在宋代朱長文就已指出了城內河道的排水作用,及管理的重要性:“觀于城內總流貫州,吐吸震澤,小濱別派,旁夾路衢,蓋不如是,無以泄積潦、安居民也。故雖名澤國,而城中未嘗有墊溺蕩析之患。非智者創(chuàng)于前,能者踵于后,安能致此哉?”
中國當代暴雨后城市澇災極為常見,與下面原因有關。
1.城市建設填占或擠占行洪河道,使江河洪水位升高,使排水困難而增加內澇風險
這種狀況在全國各地有許多例子,如四川省旺蒼、永川、榮昌等縣城,安徽省亳州、金寨新縣城、涇縣城,山西沁水縣城等,都有這種現(xiàn)象,在歷次洪災中損失慘重。
珠江三角洲的城市建設侵占行洪江河水道的例子極多,廣州市為其中之一。
隨著城市建設的發(fā)展,廣州的填河建筑增多。60年代修建的大沙頭水運碼頭比1949年之前多伸出江中達100m。1967年建人民大橋,沙面局部河面縮窄了60m。河南濱江路興建,又填江成陸,使河道變狹20~70m。黃埔新港碼頭伸入江中300多米,長1500m。1974年新造燃化局油庫碼頭,伸入江中20m,廣州造船廠伸入江中32m。1980年代初興建白天鵝賓館,填了白鵝潭北岸一段(沙面南岸),影響了白鵝潭內港。通過廣州市附近的九條河道均已縮窄,其中,三枝香水道1950年代寬為446m,1970年代為284m,縮狹162m,縮狹率為36%。
廣州市海珠廣場段長堤地面高程僅1.8m,1960年后,洪水位多次達2m,故經常被淹。1959年6月洪水位在2.24m時,荔灣涌淹水面積達0.3km2,水浸街巷472條,水深達0.6m。如洪水位上升到2.50m,廣州市區(qū)將有872條街道受浸,其中包括商業(yè)中心區(qū)。由于行洪江河水道的變狹和淤淺(如三枝香水道河床由水深6~7m變?yōu)閮H2m),廣州市珠江水道洪水位有不斷上升的趨勢,這使城市水災風險不斷上升。1994年廣州市因排洪不暢出現(xiàn)嚴重內澇,除江河變窄的原因外,市內東濠涌因近年興建的越秀北到沙灣大酒店的高架橋墩置于涌中,嚴重影響排洪,也是重要原因,使黃華路省黨校一帶水淹及胸,三角市商場和附近居民多次受淹,損失嚴重。侵占行洪河道的現(xiàn)象,珠江三角洲的順德、佛山、深圳等城市也都存在。
2.填占城市河、湖等水體、洼地,使城市水系缺少調蓄功能
我國古城的水系,由城內外的壕池、河渠、湖泊、池塘組成,具有供水、交通運輸、溉田灌圃和水產養(yǎng)殖、軍事防御、排水排洪、調蓄洪水、防火、躲避風浪、造園綠化和水上娛樂、改善城市環(huán)境等十大功用??上У氖?,古人留下的寶貴遺產,未被近現(xiàn)代的中國人所重視。隨著公路、鐵路的興建,使城市水系在交通運輸上的地位大大下降,加上近現(xiàn)代城池的防衛(wèi)功能已不重要,填護城河、填水渠、填湖池已成為近現(xiàn)代城市建設之風。城市無水體,不僅環(huán)境、景觀無特色、無風韻,城市小氣候惡化,更糟糕的是,遇暴雨或久雨,街道成河,汽車熄火,交通受阻,商鋪進水,成為從南至北的另類城市景觀,少有例外。
城市水體有重要的調蓄雨洪的功能。明清北京紫禁城的筒子河和內金水河共長6km,河道密度達8.3km/km2,堪與水城蘇州(宋代為5.8km/km2)相媲美。筒子河蓄水容量為118.56萬m3,即使紫禁城內出現(xiàn)極端大暴雨,日雨量達225mm,徑流系數(shù)取0.9,而城外有洪水困城,筒子河無法排水出城外,紫禁城內徑流全部流入筒子河,也只是使其水位升高0.97m。因此,自明永樂十八年(1420年)紫禁城竣工至今近600年,城內無一次雨潦致災的記錄。可見城市水系、水體的調蓄雨洪的重要作用。
要確保城市地漏通暢。 攝影/胡凱
近現(xiàn)代填占城市水體的例子俯拾皆是。較典型的有成都市填掉了1000多個池塘,1958年填掉了唐代始建、有1000多年歷史的內金水河,以致在1983年“8·17”大洪水中造成嚴重損失。
武漢市也是典型例子,武漢市區(qū)被長江、漢江分割成三鎮(zhèn),城區(qū)地面標高平均為24m,長江汛期歷年平均水位為25.38m,最高洪水位為29.73m。20世紀中葉,武漢市擁有水面100畝(6.67hm2)以上的湖泊300多個。由于歷史上圍湖造田,填湖建廠,填湖開發(fā),湖泊水面銳減。解放初,市內湖泊仍達百個。后來,玻璃蕩子、小東湖、茶葉港、都司湖等8個湖泊完全填沒,現(xiàn)只剩湖泊27個。幸存的湖泊,容量也正急劇萎縮。武漢市在汛期常因暴雨而產生嚴重內澇,市內水體銳減是主要原因。1998年7月21日武漢市持續(xù)特大暴雨,三鎮(zhèn)90%的企業(yè)受漬,1183戶企業(yè)停產,509企業(yè)半停產,累計直接損失517億元以上。
可喜的是,有的城市重視水體的保護和利用,而減輕了洪澇災害。安徽靈壁縣城的環(huán)城河由于管理不善,排水不暢,1990年7月一場暴雨,使該縣城60%房屋受淹。1991年3月~5月按“全面整修環(huán)城河,疏通河道”的規(guī)劃要求,整治竣工,1991年大洪水中,靈壁縣城排洪通暢,城內基本未受損失。
廣州市地勢較低,常在大暴雨后內澇。為此,廣州市全面規(guī)劃了蓄洪排澇系統(tǒng),在北部、東北部丘陵山區(qū),利用河谷地貌建設了磨刀坑、金鐘等七個水庫。1952年起市區(qū)內整治了玉帶濠、六脈渠、西涌等十多條臭水明渠,建設了十多座蓄洪排洪閘。1958年,將低洼積水、蚊蠅滋生的爛泥塘,改造開挖了東山、荔灣、流花、麓湖四個人工湖,蓄洪能力250萬m3,解決了廣州市東、西兩大片大面積低洼地“小雨小淹,大雨大淹,無雨積水”的問題。1986年又疏浚東湖,使其蓄水量增加了13萬m3。以這四大人工湖為基礎建成總面積192.3hm2的四個大公園,大大美化了廣州的城市環(huán)境。但1990年后城區(qū)大擴展,調蓄能力不足,內澇問題又越來越突出。
3.都市化洪水效應加重了內澇
城市內澇增加,與都市化洪水效應影響也關系甚大。都市化使天然流域迅速變化,使原透水的植被和土壤變?yōu)椴煌杆娜斯そㄖ?,使大部分降雨無法進入地面墊層以下,而形成地面徑流,使暴雨洪水的洪量增加,流量增大,峰現(xiàn)時間提前,洪水漲落過程加快,這就是都市化洪水效應的主要特征。它使原排水排洪系統(tǒng)能力偏小,從而加重了市區(qū)洪澇災害。
4.海平面上升將使沿海城市排水困難,造成潮災的嚴重威脅
海平面上升是全球氣候變暖的一項肯定的結果??紤]到三大三角洲存在不同程度的地面下沉,結合推算到2050年的相對海平面的上升值:珠江三角洲為40~0cm,上海地區(qū)為50~70cm,天津地區(qū)為70~100cm。對廣州岸段而言,海平面上升50cm,現(xiàn)狀50年一遇的風暴潮將變?yōu)?0年一遇,而長江三角洲地區(qū),百年一遇的風暴潮將變?yōu)?0年一遇,海洋災害對城市的威脅將更加頻繁。
長江三角洲和上海歷史上常受風暴潮威脅。1962年7號臺風,黃埔公園最高水位4.76m,半個上海市區(qū)被淹,水深0.5~0.7m,損失達5億元。近100年來上海市潮位升高進程出現(xiàn)大潮汛的年份計有1900、1905、1915、1921、1931、1933、1939、1944、1962、1974、1981、1991共計12次。黃埔江外灘防洪墻高度是按千年一遇標準修建的,若海平面相對上升0.5m,則堤防標準將降為百年一遇,抗災能力顯著降低。
廣東珠江三角洲和韓江三角洲是臺風多發(fā)區(qū),1969年7月28日6903號臺風,汕頭市媽嶼站潮位達3.10m,汕頭市區(qū)被水淹,水深1~3m。1981年7月1日臺風暴潮,汕頭市區(qū)水深0.1~0.5m,造成重大損失。1983年9月9日的8309號臺風,虎門外的南沙鎮(zhèn)出現(xiàn)2.63m珠基高潮位,這次風暴潮中,番禺市死傷137人,廣州市多處被淹,街道水深約1m。1989年7月18日的8908號臺風,赤灣站潮位達4.69m,珠海市區(qū)水深達0.5m,澳門一半面積被水淹,廣州東山區(qū)和下西關商業(yè)區(qū)一些街道被淹,珠江三角洲損失共10億元。廣州老城有4.25km2在珠基1.4m以下,13.01km2在2.4m以下,27.22km2在3.4m以下。如果海平面上升0.7m,20年一遇的臺風暴潮水位將達3.1m,廣州將有20km2左右面積受淹,經濟損失將達200億元以上,而且海平面上升,將使城市排水能力下降,加重城市內澇災害。
5.本世紀在我國登陸的臺風頻率將增加1.76倍,風暴潮災害將更嚴重
全球變暖,熱帶洋面溫度上升,氣壓下降,增加了產生臺風的機會。據(jù)研究和推測,在21世紀中期升溫1.5℃后,則21世紀下半期北太平洋臺風發(fā)生頻率比目前增加兩倍,在中國登陸的臺風,頻率將增加1.76倍,臺風暴潮災害將更嚴重。
6.土地開發(fā)忽視防洪排澇工程系統(tǒng)的建設,增加了洪澇風險
近20年來,珠江三角洲一帶土地開發(fā)如雨后春筍,其普遍模式是以推土機推平。表面上看起來速度很快,很現(xiàn)代化,實際上卻埋下了水災之隱患。這一方法破壞了原有植被,造成了水土的嚴重流失,又填平了山澗河溝洼地,使自然排水系統(tǒng)和調蓄系統(tǒng)受破壞乃至消失,這種只搞開發(fā),不搞防洪排澇工程建設的做法,其結果是開發(fā)區(qū)洪澇成災。深圳市就是典型的例子,由于流域內大規(guī)模開發(fā),水土流失,河道淤塞,加上河道又被侵占蠶食,使深圳市1993年和1994年連續(xù)4次因暴雨內澇被淹,僅1993年兩次受淹即造成直接經濟損失13億元。
7.超量開采地下水,造成地面沉降,內澇災害加重
超量開采地下水引起的地面沉降主要發(fā)生在平原區(qū)。上海、蘇州、無錫、常州、天津等都有此問題,其中常州市地面下降0.7m,塘沽附近1959~1985年間平均每年達94mm,阜陽市更為嚴重,1987年沉降量為277mm,現(xiàn)平均每年達453mm。無疑,地面下沉將增加洪澇災害對城市的威脅。
8.現(xiàn)代化使城市在水患面前變得更脆弱,洪澇災害引起次生災害損失更嚴重
城市現(xiàn)代化是人們追求的目標。然而,現(xiàn)代化城市、尤其是大城市,在水患面前卻變得日益脆弱。這是因為:①掌握國民經濟命脈的中樞管理機能向大城市高度集中。②城市對水、電、煤氣、通訊、交通等生命線工程系統(tǒng)的依賴程度日益增大。③城市向地下開發(fā),以緩解交通、商業(yè)、居住空間不足的矛盾,高層建筑的動力系統(tǒng)往往置于地下室,地下空間是防水患的薄弱環(huán)節(jié)。④高速運轉的金融、流通及各生產經濟部門對通訊網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡的依賴程度日益增大。因此,城市一旦遭受洪澇之災,其直接經濟損失固然是巨大的,而由此引起正常社會、經濟、生活秩序的紊亂所造成的間接損失,則更會大得多。
1982年日本長崎市的水災可以說明這一問題。近160萬人口的長崎市及周圍地區(qū)在發(fā)生3小時內降雨350mm暴雨的情況下,造成了299人死亡和25億美元財產的損失。其中,高層建筑地下動力設備,水、電、煤氣、通訊等城市生命線工程系統(tǒng)的受害較嚴重。因流失、沖撞、泥石掩埋而遭受損害的汽車達2萬輛。有些用電腦控制的高級車輛,門窗的開閉全部自動控制,由于線路全部集中在汽車底盤上,底盤浸水,控制系統(tǒng)失靈,門窗無法開啟,使汽車變成封閉的船被沖入海中,車內喪生者達20人。
在美國發(fā)生的洪水災害中,也出現(xiàn)過城市計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)破壞,使依賴此系統(tǒng)進行生產和管理的企事業(yè)單位無法正常工作,從而造成數(shù)億美元損失的例子。
9.北京城市內澇與排水管道斷面沉積物多影響排水相關,這反映出現(xiàn)代城市排水設計和管理的弊病
從2007年下半年開始,北京建筑工程學院環(huán)境與能源工程學院教授李海燕調查北京市城區(qū)雨水排水管道內沉積物的沉積狀況。李海燕寫成了題為《北京城市雨水(排水)管道中沉積物沉積狀況調查研究》的論文:“北京市近80%的雨水排水管道內有沉積物,50%的雨水排水管道內沉積物的厚度占管道直徑的10%~50%,個別管道內沉積物厚度占管道直徑的65%以上……更重要的是,這些沉積物會造成城市水系水質被污染”。
雨水排水管道內壁越粗糙,對水流的阻力越大。相同直徑的鑄鐵管道內的沉積物比鋼筋混凝土管道內的沉積物少50%以上。目前我國大多數(shù)城市的雨水排水管道都是鋼筋混凝土管道。垃圾管理工作不到位也是造成雨水排水管道內沉積物較多的重要原因。此外,老居民區(qū)內路面等基礎設施的維護和翻修工程較多,會增加進入排水管道顆粒物的總量。目前實行的《北京市城市市政排水設施管理暫行辦法》發(fā)布于1986年初,距今已有23年,已經嚴重落后于北京市快速發(fā)展的城市建設。這種設計技術的落后和管理的落后是城市內澇的重要原因。
1.加強市區(qū)行洪江河水道的規(guī)劃和管理,立法嚴禁侵占和填塞。
2.保護市區(qū)湖池洼地以調蓄暴雨洪水,減少內澇災害。
3.增大城區(qū)透水地面,增加城區(qū)蓄水容量。
由于西方發(fā)達國家城市化較早,在暴雨澇災的經驗教訓中較早探索了增加城市調節(jié)雨洪能力的措施,已有不少成果,可供人們參考借鑒。從1965年起,日、美等國開始修建城市蓄水設施。1971年日本制定了《大規(guī)模住宅區(qū)開發(fā)的調節(jié)池技術規(guī)范》。這些蓄水設施有如下類型∶①多功能分洪區(qū)。選一些低洼地,平時作為公園或運動場所,洪水或暴雨時則可分洪。②治水綠化區(qū)。樓群間和四周的保護綠化帶,地面較低,雨季可臨時蓄水。③防災調節(jié)池。設于住宅小區(qū)低洼處,雨季可蓄水。④公園蓄水。將公園挖低,平日為公園,大雨時可蓄水,雨后用泵排出。⑤操場蓄水。將場地挖低,雨季可蓄水,泵排。⑥多級蓄水設施。將蓄水區(qū)分為不同高程,小雨時僅最低處蓄水,其他區(qū)間仍可它用,大雨時逐漸擴大蓄水面積。⑦停車場蓄水。場地較地面低30~40cm,大雨時可蓄水,經滲水溝滲入地下。⑧樓群空地蓄水。樓間地坪較低,樓群間用交通橋連接,地面可蓄水,以溢流孔控制,水深不超過0.5m。⑨地下室蓄水。在建筑物地下設大型蓄水池,雨水稍加處理可用于沖洗、綠化。⑩地下水庫。建于大型運動場下面,庫頂即運動場,用樁柱支撐。11地下河道。東京、大阪等城市正建設數(shù)10km長的大型地下河,可蓄排雨水。12各戶蓄水。在企業(yè)、住戶建設小型蓄水槽,將降于自己院落內的雨水蓄留起來,經滲水井滲入地下。
中國水利水電科學研究院水力學研究人員,也研究了具體規(guī)劃設計的方法,可供參考。
宋元時期,福建泉州名曰羅城。據(jù)考證,宋時羅城的排水系統(tǒng)今日泉州仍在使用。
4.加強現(xiàn)代城市水災特點的研究,對水、電、煤氣、通訊、交通等生命線工程系統(tǒng)的防水災以及計算機網(wǎng)絡的安全應予特別的關注,并采取必要的防御措施,對地鐵、地下商店、高層建筑的地下動力系統(tǒng)以及下凹式立交系統(tǒng)的防水浸問題應采取可靠的防御措施。
1993年和1994年深圳水災中,下凹式立交橋全部淹沒,汽車被阻于橋下,被水淹沒,交通陷于癱瘓,此外,高層建筑地下動力設備被水淹,造成嚴重的損失。這一教訓必須吸取。
5.加強城市規(guī)劃、建設、管理上防御洪澇災害的科學研究,新城建設和城區(qū)擴建均要選址于不受或不易受洪水襲擊的地方,土地開發(fā)應嚴令禁止以往的一律推平的破壞植被、水文環(huán)境的錯誤做法。
6.控制城區(qū)內人工設施和建筑、道路的密度,擴大綠化面積,盡量弱化都市化洪水效應。采用透水的新型混凝土鋪設城市路面。
隨著全球人口的增多,人類對土地、森林、水、生物資源的過度利用,整個地球的環(huán)境在惡化,災害愈演愈烈?,F(xiàn)代城市內澇災害的劇化與多種因素相關,與古城水系防內澇相比較,可以看出,古城水系用河渠為城市排水干渠,密度達1km/km2至8.3km/km2,行洪斷面達28m2~374.28m2,水系調蓄能力巨大,管理良好,現(xiàn)代城市以暗渠和管道排水,本身行洪斷面小,調蓄能力小,加上管理不善,水管內沉積物多,再加上城內河、湖、池、洼地被填占,地面下沉等諸多因素,內澇災害是難以避免的。借鑒古代經驗,從根本上改變現(xiàn)代城市的排水系統(tǒng)和增大調蓄容量,加強管理清淤,才能防止暴雨后城市內澇災害。