趙昀皓，邵錦焯

(廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510640)

1 概述

近年來(lái)，廣州市快速城鎮(zhèn)化帶來(lái)巨大的環(huán)境與資源壓力，城市水安全問(wèn)題愈加嚴(yán)峻，城市防洪排澇等問(wèn)題日益突出[1-4]。通過(guò)洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖，分析區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)情況[5]，因地制宜地建立具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，是區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的重要落腳點(diǎn)。

2 廣州市海珠區(qū)現(xiàn)狀及問(wèn)題

2.1 區(qū)域概況

海珠區(qū)是廣州市東南部的一個(gè)島區(qū)，地處北緯23°52′～23°59′、東經(jīng)113°29′～113°46′之間,為廣州市屬11大行政區(qū)之一。海珠區(qū)四面環(huán)水，北臨珠江前航道與天河區(qū)、越秀區(qū)隔江相望，南接珠江后航道與番禺區(qū)相鄰，東與黃埔區(qū)、西與荔灣區(qū)隔江相望，全區(qū)面積為92.09 km2。整個(gè)行政區(qū)域由海珠島、琶洲島、官洲島等組成，全區(qū)由新滘大圍、共和大圍、琶洲大圍、北帝沙圍、丫髻沙圍、官洲大圍和陳沙圍等合并，組成防護(hù)大堤，外江堤線總長(zhǎng)為81.9 km，全區(qū)被北面的珠江前航道、南面的珠江后航道、官洲水道、侖頭水道等分隔開(kāi)來(lái)，島內(nèi)河涌交錯(cuò)，地勢(shì)低洼，除極小部分為低丘臺(tái)地外，大部分高程在1.0～2.0 m(珠基高程)，極易形成內(nèi)澇。

2.2 氣象條件

海珠區(qū)位于北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，全年降水豐沛，雨季明顯，日照充足。根據(jù)廣州市區(qū)雨量站1908—1998年資料統(tǒng)計(jì)，本區(qū)多年平均年降水量為1 675.5 mm。本區(qū)降水量年際變化比較穩(wěn)定，但年內(nèi)分配不均勻。每年12月和1月，受干冷的東北季風(fēng)的影響，降水量很少。2—3月為低溫陰雨期，雨期雖長(zhǎng)但雨量少。4—6月為前汛期，雨日和雨量逐漸增加，到6月上中旬端午節(jié)前后達(dá)到高峰。7—9月為后汛期，7月上旬雨量有所回落；8月雨量由7月中下旬起進(jìn)入第2次高峰；至9月，副熱帶高壓南撤，出現(xiàn)秋高氣爽天氣。10月起暴雨天氣基本結(jié)束，雨量銳減，然后進(jìn)入枯水期。

2.3 防洪排澇現(xiàn)狀

廣州市海珠區(qū)河網(wǎng)密布，劃分為8大排澇片，主要河涌為76條，總長(zhǎng)為117 km。全區(qū)受前航道右岸及后航道左岸堤防保護(hù)，堤防上的閘泵防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)與所在堤圍一致，為200年一遇防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)。海珠區(qū)現(xiàn)狀外江水閘為57座，總閘寬為623.3 m，設(shè)計(jì)流量為2 391.3 m3/s。現(xiàn)狀泵站為16座，其中補(bǔ)水泵站為6座，總補(bǔ)水流量為24.9 m3/s；排澇泵站為10座，總排澇流量為33.9 m3/s。海珠區(qū)大部分地區(qū)排水體制為截留式合流制，部分新建道路實(shí)現(xiàn)了雨污分流，排水管網(wǎng)長(zhǎng)400余km(含雨水管網(wǎng)、污水管網(wǎng)及雨污合流管道等)，近年在實(shí)施清污分流、排水單元達(dá)標(biāo)改造工程。

2.4 區(qū)域內(nèi)澇

海珠區(qū)城市雨洪利用與控制措施尚存在一些不足，局部地區(qū)地面硬底化比例較高，雨洪調(diào)蓄空間減小。經(jīng)過(guò)近幾年的排水改造和完善，海珠區(qū)水浸點(diǎn)的數(shù)量和程度均逐漸減少，但因交通改造、跨涌橋梁建設(shè)等占用河道、施工堵塞市政管網(wǎng)等人為原因，造成新的水浸點(diǎn)出現(xiàn)；部分片區(qū)排水管道結(jié)構(gòu)性缺陷數(shù)量龐大，難以保障區(qū)域排水安全；共和圍果樹(shù)區(qū)也尚存因堤岸與河涌未整治達(dá)標(biāo)而產(chǎn)生的排澇能力不足問(wèn)題。廣州市近3 a水浸點(diǎn)同期累計(jì)發(fā)生水浸207次，其中海珠區(qū)水浸點(diǎn)水浸發(fā)生次數(shù)達(dá)48次，出現(xiàn)了江燕路、寶崗大道和南田路片區(qū)、濱江路段、昌崗街南田路、昌崗中路、工業(yè)大道北(北往南、禮崗路口)等32處水浸點(diǎn)，部分水浸點(diǎn)出現(xiàn)反復(fù)水浸情況(見(jiàn)圖1所示)。其中，江燕路處水浸問(wèn)題尤為嚴(yán)重。

圖1 海珠區(qū)歷史洪澇調(diào)查示意

3 洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖

洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖是直觀反映洪水可能淹沒(méi)區(qū)域洪水風(fēng)險(xiǎn)要素空間分布特征或洪水風(fēng)險(xiǎn)管理信息的地圖。通過(guò)洪水分析計(jì)算、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估判斷，以圖、表形式直觀反映某一區(qū)域遭遇洪澇災(zāi)害后，洪水的淹沒(méi)范圍、淹沒(méi)水深等洪水風(fēng)險(xiǎn)要素以及可能對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成的損失。洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖是國(guó)家基礎(chǔ)地理信息圖件的重要組成部分，是防御和應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害的一種重要非工程措施，是落實(shí)減災(zāi)避險(xiǎn)、提升風(fēng)險(xiǎn)管理水平的重要手段[6-7]。

廣州市根據(jù)地形地貌特征和實(shí)際面臨洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，劃分為105個(gè)排澇片，其中海珠區(qū)涉及8個(gè)排澇片。

3.1 分析方法

洪澇風(fēng)險(xiǎn)分析常用的方法包括水文學(xué)法、水力學(xué)法、實(shí)際水災(zāi)法3種，在確定分析方法時(shí)，綜合考慮區(qū)域洪水特性、洪水風(fēng)險(xiǎn)圖類別及基礎(chǔ)資料情況等因素。相比于水文學(xué)法、實(shí)際水災(zāi)法，水力學(xué)法能準(zhǔn)確模擬洪水的動(dòng)態(tài)演進(jìn)過(guò)程，且海珠區(qū)實(shí)測(cè)河道地形資料、水文資料、淹沒(méi)區(qū)地形資料等基礎(chǔ)資料較為詳實(shí)，具備水力學(xué)建模條件。因此，本研究選擇水力學(xué)法進(jìn)行洪澇風(fēng)險(xiǎn)分析。

3.2 計(jì)算模型選擇

選擇《關(guān)于公布重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目軟件名錄的通知》中的洪水分析軟件MIKE，建立一二維耦合洪水分析模型和二維內(nèi)澇水力學(xué)模型進(jìn)行分析計(jì)算。

3.3 計(jì)算模型建立

計(jì)算模型包括一維水動(dòng)力模型、二維水動(dòng)力模型、暴雨內(nèi)澇模型。其中一維水動(dòng)力模型對(duì)河網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行概化，對(duì)河道斷面地形進(jìn)行處理，設(shè)置模型計(jì)算參數(shù)，模擬河流洪水、城區(qū)內(nèi)河涌洪水的漫溢。二維水動(dòng)力模型將劃分為模型計(jì)算需要的不規(guī)則網(wǎng)格，并建立網(wǎng)格及組成網(wǎng)格的通道、節(jié)點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系，對(duì)線狀地物進(jìn)行概化處理，以一維水動(dòng)力模型結(jié)果作為輸入，設(shè)置模型參數(shù)進(jìn)行水動(dòng)力模擬。暴雨內(nèi)澇模型對(duì)排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行概化處理，劃分地表排澇分區(qū)的范圍，設(shè)置模型參數(shù)進(jìn)行內(nèi)澇分析計(jì)算。

3.4 風(fēng)險(xiǎn)圖計(jì)算成果

設(shè)置模型初始化、邊界條件等，初始化包括給定研究區(qū)域內(nèi)河流水系、湖泊等的初始水位、水深等初始條件，根據(jù)各方案下的洪水頻率、工況情況等確定。本次洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖計(jì)算5年一遇降雨遭遇200年一遇潮位、50年一遇降雨遭遇多年平均高高潮位兩種組合(見(jiàn)圖2～圖3)。5年一遇遭遇200年一遇潮位下，海珠區(qū)總滯蓄量為232.7萬(wàn)m3，淹沒(méi)面積為3.61 km2；50年一遇降雨遭遇多年平均高高潮位，區(qū)域滯蓄量為242.3萬(wàn)m3，淹沒(méi)面積為4.22 km2，風(fēng)險(xiǎn)圖計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)險(xiǎn)圖計(jì)算成果

圖2 海珠區(qū)5年一遇暴雨遭遇200年一遇潮位洪澇風(fēng)險(xiǎn)模擬分析示意

圖3 海珠區(qū)50年一遇暴雨遭遇多年平均高高潮位洪澇風(fēng)險(xiǎn)模擬分析示意

3.5 洪水影響分析

由洪水計(jì)算分析可知，在洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響下，海珠區(qū)8個(gè)片區(qū)內(nèi)以土華涌、共和圍的受災(zāi)程度最嚴(yán)重，在兩種模擬工況下，淹沒(méi)范圍及滯蓄量均超過(guò)全區(qū)總淹沒(méi)范圍的60%以上，受淹區(qū)域多為果園，其他受災(zāi)區(qū)域主要以河涌沿線以及地勢(shì)較為低洼區(qū)域?yàn)橹鳌?/p>

在5年一遇降雨遭遇200年一遇潮位的工況下，區(qū)域內(nèi)澇的出現(xiàn)主要是由于受到了外江潮位的頂托，河道難以迅速排水，區(qū)域內(nèi)靠近外江處河道水量滯蓄，從而產(chǎn)生外溢。在50年一遇降雨遭遇多年平均高高潮位的工況下，除潮位頂托的影響，區(qū)域內(nèi)同樣受到強(qiáng)降雨的影響。降雨的迅速與集中對(duì)區(qū)域排水能力產(chǎn)生較大的沖擊，地表硬化、區(qū)域內(nèi)地勢(shì)低洼、排水管網(wǎng)堵塞、河道卡口等原因均會(huì)使區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)水浸點(diǎn)。

除整治河涌、新建水閘泵站及疏通排水管網(wǎng)等水務(wù)措施外，推進(jìn)海綿城市建設(shè)[8-9]，建設(shè)滲、滯、蓄、凈、用、排相結(jié)合的雨水收集利用系統(tǒng)，合理利用河道、溝渠、濕地、洼地等調(diào)蓄功能，適度建設(shè)雨水收集回用設(shè)施等均對(duì)區(qū)域內(nèi)澇產(chǎn)生一定程度上的緩解，同時(shí)也對(duì)水環(huán)境治理、水生態(tài)修復(fù)產(chǎn)生一定的積極作用[10]。

4 海綿城市建設(shè)思路

4.1 綠色與灰色、源頭與終端相結(jié)合

海珠區(qū)內(nèi)，除琶洲會(huì)展中心等少數(shù)新建地區(qū)排水體制為分流制外，其余地區(qū)現(xiàn)狀排水體制均為合流制。設(shè)置分散和集中相結(jié)合雨水處理措施，使雨水徑流中所含污染物得到充分控制和削減，避免對(duì)水環(huán)境造成危害。在場(chǎng)地規(guī)劃建設(shè)中，優(yōu)先保護(hù)重要的生態(tài)和自然資源，如分布在海珠區(qū)東部和東南部的瑞寶、東風(fēng)、土華等經(jīng)濟(jì)聯(lián)社的果樹(shù)保護(hù)區(qū)、生態(tài)區(qū)的坑塘、農(nóng)田、河流、河漫灘、濕地等，提高滯蓄量、調(diào)節(jié)洪峰、控制污染的能力[11-13]。

4.2 堅(jiān)持低影響開(kāi)發(fā)

海珠區(qū)具有得天獨(dú)厚的自然條件，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先采用低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施，通過(guò)分散化、小型化、低成本的雨水控制利用設(shè)施，盡量在源頭凈化、收集和利用雨水。一方面，雨水經(jīng)凈化后用于綠地灌溉、道路澆灑和景觀水體補(bǔ)水，節(jié)約水資源；另一方面間接利用雨水，讓雨水下滲維系天然水循環(huán)。融合碧道建設(shè)理念，新建、改建區(qū)域盡可能采取滲透鋪裝，避免硬化地面和排水管道直接連接，最大限度利用場(chǎng)地特征讓雨水自然下滲，減少硬化地面所帶來(lái)的環(huán)境影響。

4.3 系統(tǒng)工程，科學(xué)驗(yàn)證

海綿城市的建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，城市各層級(jí)、各相關(guān)專業(yè)規(guī)劃以及后續(xù)的建設(shè)程序中，應(yīng)落實(shí)海綿城市建設(shè)內(nèi)容，先規(guī)劃后建設(shè)，利用規(guī)劃后優(yōu)化的用地布局，降低徑流系數(shù)，結(jié)合洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖，評(píng)估建設(shè)效果，為后續(xù)工程的實(shí)施與城市建設(shè)提供一定的參考。

4.4 豎向規(guī)劃

城市用地應(yīng)優(yōu)先按照有利于雨水排除的原則進(jìn)行豎向控制，避免形成排水不利地區(qū)和區(qū)段。海珠區(qū)西北部往東為一系列略有起伏的低丘崗巒，低丘海拔一般約為50 m，臺(tái)地分2級(jí)：海拔分別約40 m與20 m。平原海拔10 m以下，大片分布在東南部地區(qū)，一般城建區(qū)地面高程為2～3 m，農(nóng)田區(qū)地面高程為0.5～2 m。豎向布置應(yīng)尊重海珠區(qū)現(xiàn)有地形地貌條件，遵循蓄排結(jié)合、以排為主的原則，避免跨區(qū)域排水造成的外水積澇。此外，在后續(xù)的規(guī)劃中，也應(yīng)符合《廣州市防洪防澇系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)指引》的要求，合理建設(shè)城市設(shè)施。

5 海綿措施對(duì)內(nèi)澇的影響

結(jié)合海綿城市建設(shè)思路與海珠區(qū)洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖計(jì)算成果，對(duì)河道、溝渠及周邊管網(wǎng)等進(jìn)行整治清淤(如開(kāi)展土華涌排澇片區(qū)排水溝清疏工程，石溪涌、大干圍涌等周邊管網(wǎng)的完善工程)，改善調(diào)蓄功能；建設(shè)部分水閘泵站(如擬建北濠涌、黃埔涌、石榴崗河泵站，重建新洲北閘及南閘等)工程措施，便于更好的緩解河道及支涌的調(diào)蓄壓力；對(duì)城區(qū)內(nèi)地勢(shì)低洼區(qū)域進(jìn)行整治建設(shè)，合理降低地面硬化程度，增大雨水下滲率，新增工程措施后海珠區(qū)洪澇風(fēng)險(xiǎn)模擬分析示意如圖4。

圖4 海珠區(qū)新增海綿措施后洪澇風(fēng)險(xiǎn)模擬分析示意

海珠區(qū)比較容易受到洪澇影響的區(qū)域如土華涌、共和圍排澇片等在采取海綿技術(shù)措施后，水浸情況均有所緩解。部分片區(qū)仍出現(xiàn)水浸點(diǎn)，主要原因大部分是地勢(shì)低洼無(wú)法及時(shí)排水或河道出現(xiàn)部分區(qū)段漫堤，可考慮在后續(xù)工程措施中對(duì)局部地區(qū)的管網(wǎng)與河道進(jìn)行整治修繕。

6 結(jié)語(yǔ)

以廣州市海珠區(qū)為例，進(jìn)行基于洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖的海綿城市建設(shè)思路探索：

1)區(qū)域海綿城市建設(shè)應(yīng)通過(guò)構(gòu)建低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)，在雨水徑流進(jìn)入排水系統(tǒng)和受納水體之前，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”的不同海綿技術(shù)措施控制雨水徑流。

2)結(jié)合洪澇風(fēng)險(xiǎn)圖分析，對(duì)城市雨水徑流進(jìn)行源頭、中途、末端控制，可以最大限度控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水安全、水環(huán)境、水生態(tài)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。