理性认识海绵城市，科学治理城市内涝
每年一到雨季，我国各大城市均出现不同程度的内涝现象。今年入汛以来，长江淮河流域强降雨偏多，暴雨不断。截至7月27日，中央气象台已连续发布50多天暴雨预警，呈现降雨持续时间长、影响范围广的特征，湖北、安徽、四川、贵州等多地受灾严重，部分省已启动了IV级或III级救灾应急响应，国家防总第15天维持长江、淮河防汛Ⅱ级响应。
针对城市内涝问题，国家和地方近年来开展了一系列工作，包括2013年发布的《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》，同年住房城乡建设部启动了全国城市排水防涝综合规划编制工作，2014年发布的《海绵城市建设技术指南》中也提出了统筹源头减排、过程控制、末端调控，并与城市防洪（防潮）系统相衔接，系统提高区域排水防涝能力的海绵城市建设理念，2016年发布的《室外排水规范》（GB 50014），2017年发布的《城镇内涝防治技术规范》（GB 51222）、《城镇雨水调蓄工程技术规范》（GB 51174），进一步完善了城市排水防涝系统构成、设计标准和计算方法。2018年发布的《海绵城市建设评价标准》（GBT51345），也将内涝防治达标情况作为一项重要评价指标。在国家和地方城市的共同努力下，全国大部分城市的排水防涝能力逐年得到有效提高，但随着城市化的快速发展，全球气候变化，以及城市局部强降雨极端天气的增多，对城市内涝治理也提出了更高的要求。1.我国城市内涝的特点和成因分析
我国城市内涝具有空间上分布的广泛性和时间上分布的集中性等特点。从全国历年发生城市内涝灾害的事件来看，60%以上大中城市均发生过不同程度的积水内涝现象，分布全国各个区域，比如济南、北京、兰州、西安、长春、武汉、广州、深圳等均发生过较严重的城市内涝。我国大部分地区属于季风型气候，降水多集中在夏秋季节，北方城市内涝主要集中发生于每年的6～8月，南方城市内涝相对集中发生于5～8月。
发生城市内涝的原因是多方面的，有自然原因，比如气候变化、极端天气强降雨等，也有人为或社会原因，比如城市开发建设对自然滞蓄空间破坏、内涝防治系统不完善、维护管理不到位等，有河道洪水位（潮水位）升高，河水/海水倒灌引起的因洪致涝，有城市建设区域内部雨水无法及时外排导致的内涝等。分别从以下几个方面介绍内涝成因。
1.1 城市局地强降雨频次呈增多变化趋势
随着城市化的快速发展，城市建成区面积快速增加，不透水区域面积急剧增加，由城市热岛引起的城市雨岛效应也逐渐加强，部分城市通过多年多点降雨量统计分析发现，城市总降雨量变化不大，但局部强降雨明显增加，再加上全球气候变化和城市微气候变化，进一步加剧了城市极端降雨事件，如今年6月份，西北东南部、江淮北部、江汉、江南西部、西南东部、华南西部等地有49县（市）日降水量破6月极值；广西阳朔、武鸣和富川，贵州惠水，重庆南川等8地的日降水量打破当地历史纪录；多地出现最大小时降雨量超过100毫米的极端短时强降水天气，特别是南方暴雨多发，覆盖范围广、持续时间长，过程雨量大，南方地区有近60%的县（市）出现暴雨。
1.2 不透水区域面积增加
据国家统计局数据分析，至2019年末我国城镇化率为60.6%，城市建设区域面积不断增加，多个大中城市近20年建成区面积翻了一倍，在城市建成区土地开发后一般超过50%的区域变为不透水区域，在开发强度较高区域不透水区域面积比例甚至超过80%，从而阻断了雨水下渗通道，使城市地下水（通常是浅层）的补给被割断，改变了原有水系循环过程，渗透量减少，汇流时间（排水时间）缩短，径流雨水量和峰值流量增加，导致排水系统所需规模加大，原有排水系统难以流量增加的需求，导致内涝风险增加。
1.3 竖向破坏
自然界径流雨水充分利用地形地势拓扑结构“沟谷洼地-小溪-支流-干流-大江/大河-大海”从高处流向低处，许多城市发生内涝往往是由于竖向规划设计不合理，建筑物/构筑物或土地开发过程中高程增加挡住了水的出路，雨水只能四处漫流、蓄积致灾。山地城市一般地势坡度较大，竖向条件较好，不易发生内涝灾害，但山地雨水径流具有汇流时间段、峰值流量大等特点，一旦在城市开发建设过程行泄通道或场地竖向遭到破坏，灾害损失往往比平原城市更严重，比如济南、重庆等山地城市近年来发生的严重内涝灾害就是很好的例证。
1.4 自然滞蓄空间破坏
强降雨期间瞬间大量雨水落到地面，要么安全有序的排走，要么给予空间蓄存。目前我国大部分城市建成区排水管道的重现期一般只有1-5年，重要区域达到10年一遇，当发生超过雨水管网系统排放能力的强降雨时，往往无法及时将雨水传输至下游，此时就需要足够的滞蓄空间蓄存径流雨水。如武汉、海口等许多城市历史上水面率、河网密度都比较高，强降雨时有较大的雨水滞蓄空间，但近年来随着城市化的发展，湖泊等雨水滞蓄空间显著减少。嘉兴、宁波等江浙地区平原河网地区历史上都是“一路一河、水陆并行”的双棋盘布局，有时河网密度比路网密度还高，但随着城市化建设过程中道路拓宽、建设用地挤占等原因，河网密度急剧降低，断头浜增多，加剧了城市内涝的风险。
1.5 河道等水系破坏
自然界河道等水系的演变需要经历上百年甚至更长时间才能形成稳定的空间结构，包括河道的断面形状、空间布局、流动路径等。但在城市建设过程中，出于景观、用地功能等建设需求，往往采取截弯取直、棚盖、挤占、填埋、驳岸硬化等手段，破坏了河道、水系的自然结构和功能，比如：一些北方城市的行洪河道，通过增设拦水坝营造水面，提高了景观功能，但行泄能力降低；南方城市为了防治外河/江倒灌，增设了大量闸坝，破坏了水系的连通性，不仅增加了内涝的风险，还导致缓滞型河道增多，调蓄能力降低。自然生态驳岸改为不透水硬质驳岸，导致鱼类的栖息地、水生微生物和植物的生境遭到破坏，无法正常生存，甚至灭绝，水体自净能力降低，水-陆交互能力大大降低，水生态系统失衡、水环境质量恶化等突出问题。
1.6 城市内涝防治系统不完善
城镇内涝防治系统包括源头减排（微排水系统）、排水管渠（小排水系统）和超标雨水蓄排（大排水系统）等工程性设施。但过去雨水排水系统建设往往只考虑了管渠和泵站传输系统，忽视了微排水系统和大排水系统。且许多城市特别是旧城区由于受经济条件等因素的制约，雨水管渠系统设计标准偏低。此外，还存在排水管网覆盖率低、雨污错接、淤积堵塞、维护管理不到位等突出问题。
需要注意，部分城市管网标准偏低虽然是内涝的原因之一，但不是唯一原因甚至在不少情况下还不是关键原因，特别是那些致灾较严重的内涝就更是如此。比如山地或坡地城市原本有很好的竖向条件，即使没有雨水管网，如果有地表漫流和行泄通道也不会发生内涝。缺少大排水系统的科学设计、竖向管控不到位、排水系统与城市水利防洪系统衔接不到位、维护管理不到位等城市雨水排水系统不完善才是导致城市内涝发生的重要原因。
2.树立科学治涝理念，做好“1+3+1”的技术体系顶层设计
城市内涝治理必须首先做到认识到位，改变以往“重地上，轻地下”、“重外洪、轻内涝”、“重建设、轻管理”、“重管渠、轻竖向”、“重开发、轻保护”、“重灰色、轻绿色”等片面认识。城市建设中往往忽略了对雨水的疏导控制，“填洼造地、封堵河道、围湖造房”等不合理开发建设，人水争地，挤占天然滞蓄雨水的区域，导致部分城市“逢雨必涝”；追求“高水位、阔水面”的水景观建设，人为抬高了外河湖水位，外水顶托造成城市内水排泄不畅。没有将城市排涝作为城市安全的重要内容。没有建立预警与应急统筹协调的城市内涝防治机制，应急措施不完善等。
近年来，海绵城市这一科学理念提出后，对我国城市内涝防治给出了非常有效的指导思想。海绵城市建设旨在转变城市发展理念，构建可持续的城市发展方式，是在继承古代先贤智慧，充分参考国外实践经验和启发，系统总结雨水管理领域长期研究和实践经验的基础上，结合我国城市水系统的实际问题提出的，其核心是构建基于绿灰结合的现代城市雨洪控制系统，按照“源头减排、过程控制、系统治理”进行系统谋划，对应的核心技术体系应构建以源头径流控制系统、城市排水管渠系统、超标雨水径流控制系统为核心的综合系统，并需要根据实际条件与城市防洪系统的衔接，通过在源头、过程、末端不同尺度上应用绿灰结合的综合技术措施，实现对城市雨水径流总量、峰值、频率、污染多重目标的综合控制，以恢复城市开发前的自然水文特征。这是对传统的以“雨水快速排放”为单一目标的雨水系统的革新，是尊重自然、敬畏自然、亲近自然的体现。同时，还需要针对不同流域、城市、项目的具体问题和条件，根据系统关系和轻重缓急，实现各种复杂情况下与合流制溢流污染控制系统、城市污水处理与再生回用、黑臭水体治理等其他系统的有效衔接，最终实现水生态保护、水环境改善、水安全有保障、水资源可持续利用等多重目标，这既是“继承发展”，又是“另辟蹊径”，最终实现我国在城市雨洪管理领域的“系统治理”。
从实现的途径上看，首先还是应加强对城市原有生态系统的保护，最大限度地保护原有的河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等水生态敏感区，留有足够涵养水源、应对较大强度降雨的林地、草地、湖泊、湿地，维持城市开发前的自然水文特征，这是海绵城市建设的基本要求；其次是生态恢复和修复，对传统粗放式城市建设模式下，已经受到破坏的水体和其他自然环境，运用生态的手段进行恢复和修复，并维持一定比例的生态空间；再次是低影响开发，即按照对城市生态环境影响最低的开发建设理念，合理控制开发强度，控制城市不透水面积比例，最大限度的减少对城市原有水生态环境的破坏，实现雨水的自然积存、自然渗透和自然净化。
2019年，财政部、住建部和水利部对两批国家海绵城市试点城市开展了绩效评价工作。根据各城市提交的自评报告统计，30个国家海绵城市试点总面积920平方公里，试点期内共完成4900多个项目建设，其中建筑与小区类项目近2600个，海绵型道路1000余条，海绵型公园近400个，河湖治理项目近350个，排水防涝项目570多个。试点城市建设工作为城市内涝防治补短板和海绵城市建设系统化全域推进提供了宝贵经验和技术支撑。
从上述分析可知，城市内涝防治系统涉及多个子系统，并且各个子系统之间要合理衔接和布局方能有效发挥作用，可概括为“1+3+1”。第一个“1”是指城市水利防洪系统，首先要做到流域尺度的外洪不会对城市造成因洪致涝的风险；“3”是指前述所讲大、小、微三套城市排水系统；第二个“1”是指构建一套包括预警预报和抢险救灾在内的应急处置系统。
对于城市新建区域，顶层设计和规划管控显得尤为重，尤其是对城市大排水系统的规划设计。大排水系统是城市应对超过地下管渠(小排水) 系统设计标准的超标降雨或极端暴雨的一套蓄排系统，体现在设施上主要是道路、明渠等地表漫流通道，地表多功能调蓄设施或地下大型调蓄设施等，以及他们在整个汇水区的合理配置和布局，注重“蓄－排”系统的综合性与合理性。任何一个场地在开发前都有其自身的大排水系统，要么是自然坑塘等滞蓄空间、要么是沟谷、河道、漫流通道等行泄通道，在土地开发之前应通过水文评估对大排水系统进行有效保护，即使开发也要采取补偿措施，保证汇流路径上下游的合理衔接。在开发建设区域发达国家经常将城市道路作为大排水系统，城市道路的第一功能是交通，其次是作为强降雨时雨水径流的行泄通道，并且形成了相对完善的规划设计方法。近年来，北京建筑大学雨水团队在城市道路大排水系统设计方面也开展了大量研究，并在北京、白城、大连等城市建成了多个城市大排水系统工程。
在城市已建区建设大排水系统需要因地制宜、科学选择。目前看，以下几方面措施值得考虑：一是确定主要的现状内涝点、范围及危害程度，条件允许的情况下，综合考虑道路竖向、绿地大小和空间分布，通过适当的改造，建设地上多功能调蓄设施或行泄通道。如果条件不允许或地面改造工程的难度和代价太大，可针对重点区域选择高水截流、局部建设地下大型调节设施等方式。如北京几十个下凹立交桥调节池的建设和广州地下深隧建设等实例；二是经过长期大暴雨或特大暴雨考验及细致的模拟分析和风险评估，可达到规范要求的防涝标准而不会产生内涝灾害的区域，是否可不进行大范围的改造，还值得业内讨论；三是结合新的规范标准，对主要的内涝隐患区域，合理构建源头控制、中途和终端控制相结合的内涝防治系统方案。
3.加强内涝风险评估，合理布局防涝空间
我国地域辽阔，南北方城市地理和气候条件相差很大，各城市应根据本地区地面高程、土地利用条件、水利与市政工程状况、洪涝特性、排水防涝和防洪要求等要素，建立城市内涝风险评估模型和流域洪水风险模型，全面分析评估城市市政排水系统、城市内河、内湖及调蓄等工程是否满足规划条件下的内涝防治标准要求，也可细分为现状雨水排水管渠系统评估和内涝防治系统评估，找出城市内涝的隐患，建立内涝预警等级和应急响应体系。并建立持续整改机制，不断提高城市排水防涝能力，最大限度地减小城市内涝的发生频次和影响程度。对新建城区和新开发区在项目规划期必须进行项目洪涝影响评价，保证新建区域的内涝防治能力。
城市雨水排水管渠系统评估除了部分城市已开展的对已建排水系统管网的管径（含管道坡向、主要节点标高）是否满足规划要求做出评估外，还应该包括对已建排水系统的设计标准、内涝防治标准等进行评估，对管道的结构安全和功能性进行评估，即建立包含规划实施评估、排水系统排水能力达标性评估、结构安全评估等在内的城市排水系统管网评估体系。
规划实施评估主要是对已建排水管网的管径、坡向、主要节点标高进行调查，评估排水系统的规划执行情况；在此基础上，采用计算机模型技术对已规划设计和已建的排水系统进行排水能力达标性评估，进行超标降雨条件下风险分析，评估排水系统的抗灾能力，为制订防汛、交通等应急预案提供技术支撑；同时，应进一步加强对管道管材结构的安全检测，确定评价指标、实施分区评价、建立检测和修复制度，避免管道因年久失修而产生渗漏量大、坍塌等安全隐患。
防涝空间布局是内涝防治系统中的重要内容，城市规划建设应在内涝风险评估的基础上，分析在设防标准下的城市内涝风险特征，合理安排防涝空间，同时识别超标准降雨分布范围和影响程度，提出相应的解决对策和应对措施。防涝空间不仅包括建筑小区等地块内的地上和地下调蓄设施空间，还包括片区和城市尺度的大型的调蓄空间和行泄通道，尤其是开敞空间。开敞空间是内涝防治系统中的重要组成部分，包括城市中公园绿地、道路绿化带（街头绿地）、湿地、河岸缓冲地带、溪岸、以及城市绿线控制的区域和城市蓝线控制的滨水绿色地带等。
防涝空间布局应充分利用天然排水条件，同时与公共开敞空间、道路及园林绿地等相关规划协调一致。可结合用地性质的功能建立兼有雨水调蓄和其他如休闲、运动等功能在一起的多功能调蓄空间。这类空间最明显的特点是：暴雨设计标准较高，可高效利用城市土地资源，在非雨季或小雨时，可以全部或部分地正常发挥城市景观、公园、绿地、停车场、运动场、市民休闲集会地和娱乐场所等多种功能，从而显著地提高对城市雨洪科学化管理与利用的水平和效益投资比。
4.生态优先，提高基于大排水系统的城市竖向控制的系统性
竖向控制是减少城市洪涝灾害风险的关键环节，在城市规划建设中往往竖向规划的系统性不足，有时存在建设和管理盲目性等问题。事实上，竖向控制中最核心的依据应是如何构建一个科学合理的大排水系统。
大排水系统的设施可分为排放设施与调蓄设施两类，其中，排放设施主要包括具备排水功能的地表漫流、道路（包括道路路面、利用道路红线内带状绿地构建的生态沟渠）、沟渠、河道等地表径流行泄通道，以及转输隧道等地下径流行泄通道；实践中，往往是几种设施的组合，此外，还需重视通过道路低点人行道渐变下凹、小区低洼处围墙底部打通等方式，构建完整、顺畅的径流行泄通道。调蓄设施则主要包括调蓄塘/池（含调节塘/池）、调蓄隧道、天然水体等地面和地下设施。
城市用地布局规划必须处理好与城市防洪治涝的关系，最大限度的尊重原地形地貌，做好生态保护，做好城市道路、建筑、绿地、水系绿之间的竖向衔接。要注意防洪跟内涝防治统筹考虑。对下穿式立交桥、下沉广场等在按照“高水高排、低水低排”的原则做好重力自流和泵压提升排水系统之外，还要分析大暴雨情景下汇水分区和排水分区的动态变化，对其内涝风险进行再评估，据此确定径流管控方案。对道路雨水口、设施溢流口等重要部位进行严格控制，充分发挥雨水设施的调蓄能力，实现科学滞水、蓄水、用水、排水，达到有效的防洪排涝效果。
为了减少对环境的影响和潜在问题的发生，使开发后的项目尽可能遵循开发前的自然模式和排水模式，从竖向控制的角度必须认识到应以一种安全的、适宜的、环境友好的方式来实现，尽量减少过度人工调整，并基于城市区域特定的场地、地域和气候条件进行相应的竖向设计。
在城市规划建设中应充分考虑城市与自然共生，使自然要素与城市空间形态完美融合，让城市在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，实现人与自然和谐共处的目标。
城市道路往往作为“非设计的地表径流行泄通道”，在大排水系统中发挥重要作用。应根据当地内涝防治设计标准要求，综合分析大、小、微三套排水系统以及防洪系统在设计暴雨情景下的耦合作用，通过演算地表漫流的水深、流速等因素来分析。城市道路行泄通道主要通过竖向规划设计实现，这是最简单、有效的内涝防治措施，应足够重视。
5.加大排水设施建设的监管力度和运行养护力度
排水设施建设过程中，对规划、建设、验收、运行维护各个环节都要进行有效的监管，提高工程质量，保证管道的正常运行能力。同时加强管网的日常维护力度，对所有的雨水管道、雨水口、检查井、雨水设施等进行定期清淤，对重点的、容易淤积和堵塞的管段，应根据具体情况增加养护的频次。汛期到来之前，重点加强对各雨水排放口和雨水主干管的养护，确保管道畅通。要进行管线建设后评估，督促相关单位重视对管线的日常维护。同时建立管网信息系统，对管网日常维护情况进行实时监测。在管网基础数据获取难度较大的情况下，应依靠一线职工，掌握管网养护规律，提高养护效率。
6.建立健全应急响应机制，提高预警预报和应急救灾能力
各地应根据当地的具体情况，编制应急预案，对组织机构、启动程序、应急能力做出详细规定，建立健全应急响应机制与措施，并对防汛资源进行统一调度，确保有序、有组织的进行防灾和抢险工作。
以城市雨水排水管渠系统评估结果为依据，特别是排水系统排水能力达标性评估结果，确定超标降雨情况易积水区域的范围，建立重大积水事件分析评价制度，对易发生积水的地点集中治理，对其可能造成的损失进行评价，提前预防，并根据不同区域的功能要求，制订相应的应急预案。为了增强应急体系的实用性，应结合精细化降水预报业务，建立城市内涝预警系统。
城市内涝预警系统应加强与气象信息、市政管网运行状态的有效衔接，做到降雨、径流、收集、排水实时监控，精准有效地对内涝区域范围和发生时间进行预测分析。因此，需要打破部门壁垒，通过共享市政、气象、水文等部分的信息，提高城市内涝预测能力，为人员、财产转移提供足够时间。要充分发挥洪涝风险评估的作用，作为规划设计、工程管理、后期运维、应急预案、用地开发管理及洪涝保险等主要依据。国内部分城市已开始开展此项工作，固原饮马河流域（城区段）洪涝风险结果见图5。此外，还应结合信息化手段，提高应急救灾能力和灾后重建能力，通过加强宣传教育、逃生演练等方式，科普洪涝相关知识，提高人们的内涝防控意识。
总之，城市内涝防治是一个庞大、复杂的系统工程，需要多专业、跨部门的通力合作。应加强科学研究，特别是加强城市水文学基础研究，加强城市内涝防治系统规划设计理论和方法研究、城市内涝监控和防治系统关键技术和设备研发、城市内涝预警与评估系统工具研发、城市内涝灾害防治与暴雨管理的法规与政策研究等，为城市内涝防治系统合理构建提供科学依据。同时，还应加强信息化和智能化建设，建立基础数据的获取、积累和共享机制。不断拓宽资金的筹措渠道，设计吸引社会资金参与机制，尝试探索雨水排放许可、雨水排放费与减免、优秀雨水工程奖励与补贴等管理制度。加强城市防涝宣传教育，提高相关知识水平，充分调动公众参与的积极性。只有多措并举，构建并完善相关技术与管理体系，久久为功，方可实现城市内涝的根治与消除，从而保障城市更加宜居、安全、健康和可持续发展。（发表：2020年8月24日《中国建设报·中国美丽城市》第5版）
男，教授，博士生导师，北京建筑大学科学技术发展研究院常务副院长、城市雨水系统与水环境教育部重点实验室主任。主要研究领域：城市雨水系统与海绵城市、水环境生态技术、环境政策与管理等。兼任住房和城乡建设部海绵城市建设技术指导专家委员会委员、市政给水排水标准化技术委员会委员及科学技术委员会城镇水务专业委员会委员、新利体育平台怎么样啊理事及海绵城市建设专业委员会副主任、中国环境科学学会水处理与回用专业委员会委员等。
来源：美丽城市研究