基于城市极端强降水事件的海绵城市低影响开发措施研究

叶雅伦 龙 亮

（贵州理工学院经济管理学院，贵州贵阳 550001）

1 研究背景

联合国政府专门气候变化委员会（IPCC）在第五次报告中明确指出：19世纪初至今，尽管1998～2012年期间全球平均地表温度的升温速率有所减缓，但仍呈增长趋势，未来仍有持续变暖的趋势[1]。

在此背景下，气候变暖加速水循环，洪涝、干旱等极端水文事件频发。全球气候变化关联的极端水文事件及其增加的水灾害风险正成为人类生存所面临的重大挑战。据全球性综合灾害数据库的统计数据显示，2001～2011年期间，暴雨洪涝是全球范围内发生最频繁的自然灾害，受到影响的人口数量远超过其他所有自然灾害总和，累计直接经济损失高达1 850亿美元。

近十年来，我国不同地域发生了不同强度的极端降水事件，如2020年6月以来我国南方持续性强降雨，安徽黄山、岳西、湖北鹤峰等地累计降雨量超过1 400 mm，1 938万人次受灾，直接经济损失416.4亿元[2]。我国暴雨洪涝频发，极端降水事件导致的气象灾害严重影响了城市的生态环境和经济发展，加剧了社会和城市的脆弱性。

城市作为人类活动的重要区域，其发展与气候变化联系紧密，极端降水事件引发的洪涝灾害已成为制约城市经济社会发展的重要因素。2015年以来起，我国积极推进海绵城市建设工作，提出通过运用生态型雨洪管理措施，修复城市水生态和涵养水资源能力，提高城市的防涝能力，解决城市内涝问题。

本文基于我国极端降水事件，分析了近几年我国主要城市暴雨内涝特点及成因，探讨了城市内涝与气候变化之间的关联。从气候变化的视角，结合海绵城市低影响开发措施，对城市内涝提出了相关建议。

2 城市暴雨内涝特点及成因

2.1 城市暴雨内涝特点

城市暴雨内涝灾害是指由于短时间内强降雨，超过城市排水能力，大量降水排水不畅无法快速渗透，造成市区产生积水灾害、对公共安全产生影响的气象灾害。

（1）城市暴雨内涝灾害在我国大中型城市频发。

根据住房和城乡建设部对我国351座城市的数据统计可知，2008～2010年我国有62%的城市发生过不同程度的洪涝，其中洪涝灾害超过3次以上的城市有137座[3]。从地域上看，城市内涝在全国各地都有发生，东部、西部和中部，南方或者北方，沿海地区或者内陆地区，如南方深圳、南宁、武汉等城市，北方地区如北京、石家庄、长春等城市近几年受内涝灾害影响较大，且区域性极端强降水往往造成点多面广式的城市暴雨洪涝灾害。

（2）城市暴雨内涝灾害造成的经济损失巨大。

据统计，洪涝灾害所造成的损失在全球各种自然灾害中占比40%，占比最高。近年来，随着城市化发展，城镇规模逐步扩大，特别是基础设施工程建设增速加快，城市在极端降水事件及其衍生灾害方面的脆弱性越来越显著，灾害损失也越来越大。

2.2 城市暴雨内涝成因

城市暴雨内涝的发生是各方面因素综合作用下的结果，致灾因素复杂。城市暴雨内涝灾害直接由极端强降水事件引起，气候变化带来的极端降水是城市暴雨内涝灾害的主要致灾因子。我国城市内涝原因主要是特大暴雨，地势低洼、排水管网设计标准低致使无法及时排出超，标雨水形成的径流造成内涝。因此，致灾因素可以总结为自然与人为两方面。自然致涝因素主要有水文气象及下垫面因素，人为致涝因素主要有市政工程及排水设施因素、设施管理因素。

（1）自然致涝因素。

近年来，随着全球变暖对水循环要素的时空分布特征的影响加剧，且城市化发展使得“热岛效应”显著，致使城市大气层结构不稳，对流性极端降水频次和强度呈增加趋势。此外，我国正处于一个社会经济快速发展的时期，在快速城市化的过程中，下垫面不透水面积占比也逐渐增大。1995～2016年期间，西安市城镇面积平均每年增加28.88 km2，城市透水区域的绿地如林地、园地等面积变化较小，西安主城区耕地、荒地变为以水泥、混凝土为主的城市地表，下垫面渗透系数减小，不透水面积大幅度增加[4]。城市下垫面的改变促使城市地表径流的时空模式及水循环过程发生变化，不仅会减少雨水下渗量，而且会引发降水突增的正反馈效应及蒸散发骤减的负反馈效应，导致地表径流系数增加。与此同时，硬化地面的地表曼宁系数与透水区的绿地相比较小，雨水径流的汇聚速度更快，极易在地势低洼路段和下穿通道形成内涝积水。

（2）人为致涝因素。

短历时、高强度局地暴雨诱发的内涝主要发生在城区局部地势低洼区域，如下凹式立交桥、局部低地等。随着城市化的过程中不断朝立体方向发展，部分地势相对低洼，极端降雨事件发生时，地面排水不畅，低洼地区易迅速积水。同时，硬化地表的曼宁系数的减少，径流系数的增加，导致峰值径流量增加，径流汇聚时间缩短，城市雨水排放系统的流量负荷大幅度增加。尤其是部分老旧城区管网排水设计能力不足，雨水管渠设计重现期标准较低，汇入雨水不能及时排出。此外，在设施管理方面，部分城市建设排水系统规划不够长远、系统，存在防洪排涝规划不达标、市政排水及应急措施未规范化管理、蓄洪空间未充分利用等问题。

3 气候适应性海绵城市建设的思考与策略

海绵城市的建设是将城市建设成为具有吸收、净化、储存雨水集一体的海绵式特性的城市，是有效解决城市内涝灾害问题的方法。本文结合气候变化对解决城市极端降水事件可采取的海绵城市低影响开发措施进行分析，以期提高海绵城市的气候适应性，从防灾减灾与气候变化的角度建设城市暴雨内涝灾害防御机制。

3.1 将气候变化纳入海绵城市规划建设

城市极端降水事件的发生，考验海绵城市系统的性能和水平，做好城市合理规划设计和建设质量把控，对减少气候变化带来的不确定性、提高城市防御极端气候灾害的能力十分重要。因此应在城市各相关规划中关注气候变化带来的影响，制定相关的应对措施，为后续海绵城市设计、施工、运营管理环节提供支撑，充分发挥海绵城市对雨洪的调蓄作用。建设前要对当地气象数据等进行调查分析，掌握当地城市气候变化以及极端降水事件的规律和特点，结合事件下的城市排水问题，通过生物滞留池、雨水花园、地下蓄渗等低影响开发措施，充分利用城市蓄洪空间，最大限度提高城市对未来可能频发的极端降水事件的应对能力，降低降雨不利影响及损失，构建高水平的海绵系统。

3.2 建立基于气候变化的海绵城市预警系统

目前，国内已有的洪涝灾害分析预报大多基于以往的基础资料，采用数值统计方法，建立时间序列与暴雨洪涝各要素之间的简单函数关系进行预测，对于气候变化和趋势性分析精度较差。因此，海绵城市建设需建立基于气候变化分析的城市内涝预警信息系统，例如借助人工智能重建缺失数据，结合大数据技术对气候变化进行分析，建立基于气候变化情景的水文气象耦合模型进行模拟等，提高水文预报结果的可靠性，对气候变化和极端天气对城市可能产生的不利影响具有灾害预见性，从而增加城市应急和防洪排涝时间，提升城市低影响开发措施应对极端天气的能力，保障海绵城市的建设价值与效益。

3.3 确定基于气候变化分析的海绵城市低影响开发措施

气候变化包括空间和时间上的多维度变化，目前我国海绵城市建设以年径流总量控制率作为规划控制目标。然而，在实际生活中，我国降水时空上通常呈现非均匀分布，极端降水往往占全年总降雨量的大部分，尤其是我国北方的干旱、半干旱地区，如鄂尔多斯、赤峰等，暴雨占全年雨量的60%～70%，因此仅将年径流总量控制率作为海绵城市建设规划控制目标，无法较好地实现城市内涝防治。

李玲[5]分别对西安、无锡过去的极端降水事件进行了分析，发现以西安和无锡为代表的南北两地极端降水事件发生的频率、强度变化趋势不同，西安以常规降雨为主，且在全球气候持续变暖的大趋势下，区域总体趋于干旱；无锡的城市内涝风险在增大，城市建设在应对极端天气方面的要求将更高。因此，基于气候变化分析，建立科学的海绵城市建设效果评估方法，因地制宜，根据评估结果指导、改进海绵城市低影响开发措施的建设也十分重要，在做好防汛减灾和应对常规降雨的同时，更多考虑对雨水资源的合理利用，充分发挥海绵城市建设对雨洪资源的调蓄作用，加强径流源头与过程控制，建设灰绿设施协同作用的海绵城市，提升未来城市的气候适应性。

4 结语

综上所述，城市内涝灾害已成为制约城市经济社会发展的重要因素，气候变化带来的极端降水是城市暴雨内涝灾害的主要致灾因子，但城市内涝的发生是各方面因素综合作用下的结果，致灾因素复杂。通过分析我国近年来的内涝灾情，可知其成因分为自然因素和人为因素两方面，主要包括水文及下垫面因素、市政工程及排水设施因素、设施管理因素等。针对内涝诱发因素，提出了气候变化背景下城市的内涝防治对策，包括将气候变化纳入海绵城市规划建设、建立基于气候变化的海绵城市预警系统、确定基于气候变化分析的海绵城市低影响开发措施。