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三大疑问解析郑州暴雨 八大警示加码城市安全
2021-08-25 22:25:52    作者:王家卓

美丽城市,当韧性发展。今年7月,河南省郑州市发生特大暴雨灾害,导致了严重的洪涝灾害,造成了重大人员伤亡和财产损失,城市安全受到极大挑战。与此同时,这场特大暴雨也引发了众多疑问:暴雨多大、成因为何、如何补救等。以下从城市安全发展的角度,通过三问解析郑州特大暴雨灾害,从中得出经验教训、警示和启示,以助力城市韧性发展、建设美丽城市。

一问:降雨有多大?

2021年7月,河南省中北部地区发生特大暴雨,累计雨量大、持续时间长、短时降雨强、降雨极端性突出。据统计,7月17日8时至7月21日6时,河南省平均降水量达141毫米,郑州市平均降水量为452.6毫米,其中郑州新密市白寨镇累计降水量最大达906毫米、郑州国家级气象观测站累计降水量最大达720毫米,部分地区累计降水量已超当地年平均降水量。

郑州市24小时连续降雨量达457.5毫米,最大小时降水量(20日16时~17时)达201.9毫米,突破了中国大陆小时降雨量历史极值(1975年,河南林庄,198.5毫米)。郑州市常年平均全年降雨量为632毫米,本次强降雨24小时降雨量约为郑州市全年平均降雨量的72.4%。

郑州市内涝防治的标准是50年一遇,对应的降雨量最大1小时为83毫米,而且根据国家相关文件的要求,这一目标要求在2035年达到。郑州“7·20”特大暴雨最大1小时的降雨量达到了内涝防治标准的约2.4倍,是100年一遇1小时降雨量92毫米的约2.2倍。

这次郑州市降雨到底是多少年一遇?以下和大家比较熟悉的城市武汉做一下对比。

国内降雨量比较多的武汉,5年一遇1小时降雨量为55.2毫米,20年一遇1小时降雨量为78.3毫米,100年一遇1小时降雨量为104.3毫米,郑州“7·20”特大暴雨最大1小时降雨量接近武汉市100年一遇1小时降雨量的2倍。

通过上述比较可以发现,本次郑州特大暴雨历史罕见,降雨量远远超过100年一遇。

二问:排水能力不足?

郑州“7·20”特大暴雨造成的洪涝灾害破坏力极大。灾害的类型可以分为低洼处积水、城市道路行洪、地下设施大量进水、城市停水停电等,呈现出洪涝交织的特点。

正如前文分析,本次降雨强度之大,达到内涝防治标准下降雨强度的2.4倍。2021年4月,国务院办公厅印发了《关于加强城市内涝治理的实施意见》。实施意见明确提出,到2025年,各城市因地制宜基本形成“源头减排、管网排放、蓄排并举、超标应急”的城市排水防涝工程体系。可以看出,我国的排水防涝工程体系包括四个部分,分别为源头减排、管网排放、蓄排并举和超标应急,这四个部分各司其职又相互配合,共同保障城市安全。

对郑州市来说,源头减排,要应对日降雨量20~30毫米的降雨;管网排放,要解决小时降雨量30~50毫米的降雨;蓄排并举应削减峰值流量,要解决小时降雨量50~83毫米(此处为概数,根据相关信息估算的数值)的降雨量;小时降雨量超过83毫米要靠应急管理来解决。需要注意的是,根据实施意见的要求,郑州市要在2035年达到50年一遇的降雨应对能力。也就是说,在2035年之前,可能超过50毫米/时的降雨就要靠应急来解决。

郑州“7·20”特大暴雨最大小时降雨量达到了201.9毫米,这显然不是靠源头海绵设施、管网泵站、调蓄设施就能够解决的,这时主要应靠“超标应急”,即对超过内涝设防标准的降雨,在常规工程措施都已经失效的情况下,采用非常规应急的方式来降低人员伤亡和财产损失。

三问:海绵城市有用吗?

既然海绵城市建设中的海绵设施和排水管网解决不了郑州“7·20”特大暴雨灾害,还应该投入资金来建设源头海绵设施,并高标准建设雨水管网吗?

回答这个问题之前,需要先了解一下什么是雨水系统的设计重现期。雨水系统的设计重现期一般用T年一遇来表示(比如T=3、5、20、50),这个T实际上是降雨在1年中发生的概率。比如郑州市100年一遇1小时降雨量为92毫米,这就表示在1年的时间里,郑州市发生达到92毫米/时降雨量的可能性为1/100,根据概率论的相关知识,在100年内发生一次小时降雨量达到92毫米的概率为63.40%。

在了解了重现期的定义后,再来回答上述问题。郑州“7·20”特大暴雨属于发生概率极低的降雨。低重现期的降雨(比如5年一遇的降雨),在1年内发生的概率达到20%,5年内发生1次的概率达到67.23%,10年内发生1次的概率为89.26%。很显然,相较于高重现期的降雨,低重现期的降雨更容易发生。而源头海绵设施和排水管网正是为了解决平时发生概率很大的降雨,如3~5年一遇的降雨而建设的。

对于50年一遇的内涝,管网虽然不能解决全部问题,但也是十分重要的。因此,郑州市今后还应和全国其他城市一样,系统化全域推进海绵城市建设,并按照实施意见的要求,抓紧推进排水防涝设施建设。否则,今后遭遇5年一遇、10年一遇等低重现期的降雨,有可能出现大的城市安全问题。

近期的暴雨对郑州市等城市的影响巨大,给我们带来了以下几方面警示:

一是加强暴雨规律研究。

要对地区的可能最大降雨(PMP)加强研究,并根据可能最大日降雨,分析城市受灾情况,有针对性地提出对策措施。要做最坏的打算,因为只有知道最坏的情况是什么样的,才能更好地应对。

二是加强气象预报,高度重视气象预警信息。

准确的气象预报在全球都是大难题,但是通过持续的改进和投入,可以提高气象预报的准确性,从而更好地为城市的应急管理提供决策依据。

三是加强应急管理。

要加强灾情研判,及时启动应急预案,及时发布预警信息。城市排水主管部门、防洪主管部门要和应急管理部门一起,修订完善城市洪涝防范应急预案,明确预警等级内涵,落实各相关部门工作任务、响应程序和处置措施,按职责及时准确发布预警预报等动态信息,做好城区交通组织、疏导和应急疏散等工作。要视灾情严重程度及发展趋势,及时精准推送预警信息和安全告知,采取劝说市民尽快临时寻找安全可靠建筑避难、暂停上下班、在家里或者办公室等候通知、封路、停止地铁运营等有针对性的措施,最大限度保护人民群众生命安全。

四是加强公众安全教育。

通过多种形式的宣传教育,切实提高公众防灾避险意识和自救互救能力。在郑州市“7·20”特大暴雨中,部分民众对洪涝的危险性缺乏清醒认识,多次出现行人蹚着很深的水过马路的现象。这是非常危险的:一方面,在地下压力冲击或者地表水流冲击下,排水管网井盖有可能发生漂移,行人容易跌落其中;另一方面,快速流动的水对人体冲击很大,国外有相关研究表明,地表水流的水深(米)和流速(米/秒)乘积超过每秒0.4平方米时,风险就很高,当这一数值大于每秒0.6平方米时,属于极高风险,一个成年人在这种情况下一旦跌倒就很难站起来。要通过公众安全教育,让大家充分知晓洪涝灾害的危险性,减少灾害发生时的侥幸心理和极端灾害发生时的伤亡事故。

五是统筹推进城市防洪和内涝治理。

城市洪水和内涝有时候有明显的边界,有时候能够相互转化,出现因洪致涝或者因涝致洪的现象,有时候又完全交织在一起,难以分辨。此次郑州市的降雨就是洪涝交织在一起。特大降雨产生的大流量地表径流也成为了一种“洪水”,同时,一些河道满溢加剧了内涝。对于低重现期的降雨治理,单纯地考虑内涝治理是可能的,但是对于高重现期的暴雨,必须从流域的角度统筹推进洪涝治理,先从流域防洪安全入手,再考虑支流、城市内河的安全。这些河道的设计要在水位方面与城市排水做好衔接,否则就会出现相互掣肘,要么出现河湖水位高、雨水排不进去的现象,要么发生排水管网排入河道后又倒灌回来的问题。

六是加快推进排水防涝基础设施建设。

城市排水防涝基础设施是城市应对内涝灾害的基础。当前我国不少城市在这一块欠账很多,短板突出,可结合城市更新改造,修复自然生态空间,尽快补齐这些设施短板。要尽快完成高标准城市排水主干管网的建设,再逐步完善次干管和支管。对于局部需要增设泵站或调蓄池以及存在大管接小管等“卡脖子”的地方,也要尽快加强建设,系统提升城市排水防涝基础设施的排放能力。

七是系统化全域推进海绵城市建设。

“十三五”期间,我国开展了30个由中央财政支持的海绵城市建设试点工作,探索了一些可推广、可复制的经验。事实也证明,完成海绵城市建设的区域,虽然不能完全杜绝城市内涝,但是排水防涝能力有了显著提升,面临同样的降雨时,灾害的损失明显减轻。“十四五”期间,各城市应该按照系统化全域推进海绵城市建设的要求,通过完善体制机制、加强顶层设计、加大资金投入等措施,因地制宜地建设蓝、绿、灰相融合的海绵城市。

八是给水以空间,建设韧性城市。

水是不可压缩流体,有多少水就需要有相应的空间来蓄存和排放。在过去几十年快速城镇化的过程中,水的空间需求经常被忽视。一些河湖湿地被填埋侵占、一些该开挖的河湖水系没有开挖、在高密度建设下将水束缚在一个狭小的空间里……这些都会在一定程度上加剧洪涝灾害。

因此,必须转变思路和理念,对水灾害的防治要从对抗转向适应。在城市规划和开发建设中,给水留出足够的空间;在城市更新改造过程中,优先考虑滨河、滨湖地区的“留白增绿”,使得河道旱天有景观,雨天能保安全。只有给水以足够的空间,并通过合理的竖向设计和径流组织,才能把雨水引到想让它去的地方。未来气候变化带来的降雨具有不确定性,极端天气可能会发生,这就更需要给水以空间,建设人水和谐共生的美丽城市,在未来发生一些难以预料的极端灾害性降雨时,城市排水防涝和防洪系统才能够更好地适应这种挑战,尽可能减少灾害损失,更好地保障人民群众生命财产安全。

作者简介:

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王家卓 教授级高级工程师,中规院(北京)规划设计有限公司生态市政院院长,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,中国城镇供水排水协会海绵城市建设专业委员会秘书长,国际水资源协会中国委员会常务理事,中国可持续发展研究会水问题专业委员会副主任,财政部PPP专家库专家。2007年毕业于清华大学环境科学与工程专业,同年进入中国城市规划设计研究院工作,主要从事城市排水、海绵城市、水环境治理、城市内涝治理方面的研究和规划设计。曾参与多个排水防涝、海绵城市方面的行业文件起草,负责和参与多个行业技术指南、标准规范编写,负责武汉、南宁和海口等城市排水防涝、海绵城市、水环境治理等方面的规划设计和技术咨询工作。



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