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厘清流域水系脉络,管理城乡洪涝风险

2020-08-11 17:20 来源:中国城市规划网

导读

从今年6月份开始,我国多地发生洪涝地质灾害,对人民的生命财产造成了严重损失,防汛形势十分严峻,防汛工作刻不容缓。面对这场特大洪灾,中国城市规划学会组织专家、学者,从规划视角探讨防洪减灾。

2020年的中国尤为艰难。疫情稍作缓解,洪水又雪上加霜。

超长梅雨期,中央气象台连续31天暴雨预警,近六分之一的国土出现累计雨量超200毫米,南方局部地区超过1000毫米。根据应急部统计,截至2020年7月28日,洪水总共波及27个省(区、市),受灾人数达到5481.1万人,农作物受灾面积达5283.3千公顷。

不同的空间和阶段洪水发展演进就是一个完整真实的实体模型,挑战了大流域系统性防御工程,也考验着各中小河流与城市洪涝风险的应对能力。

在建设“智慧水务”、讨论“韧性城市”的时代,洪涝安全是保障人民生活的基本要求之一。在如此沉重的灾难面前,探讨洪灾根源,寻求解决方案,意义重大。本文将从规划视角、技术层面探讨我国洪灾频繁成因,考虑应对策略。限于篇幅,本文定位于宏观层次,主要涉及的关键要点,将在后续的推文中分别详细阐述。

一、认识流域,看清问题

(一)水系脉络要厘清

流域是河流水系指定出口的汇水范围,可以不断逐级按支流下分子流域。大流域,如长江流域、淮河流域等;子流域,如武汉市主城区的汤逊湖流域,湖北恩施州所在的清江流域。

从防洪角度,大流域防洪体系关注的是流域内各子流域与骨干工程之间时空格局的平衡,通过利用水库、江湖、堤防等工程,在工程本身确保安全的前提下,保护沿江重要地区(城市)、基础设施免遭设防标准内流域洪水的侵袭。

而诸多子流域防洪系统所保护的对象有所不同。子流域防洪系统,包括城市的排水防涝系统,保护的是子流域内城市、村镇居民、企事业单位、工商企业、公共设施等,关注设计标准内洪涝风险时空动态平衡,兼顾超标准洪涝事件发生时的应对措施,与百姓生命、财产安全密切相关。子流域的防洪排涝体系决定了地区或城市空间的洪涝风险分布,从而影响着一些区域的用地条件、城市和村镇结构规划。

由逐级子流域汇集而成的流域与子流域的相互关系,受地形地貌和水系结构影响,相互之间水动力关系复杂。例如长江流域地区性气候条件是发生流域性大范围洪涝灾害的客观成因;地区性气候条件下,各子流域因局部特大暴雨促发小流域洪水,各自又是长江特大洪水的贡献者。

今年的防汛形势说明,几十年大流域防洪工程的建设发挥了巨大效益,流域骨干工程基本上有一定的安全保障。但保护大多数村镇及城市洪涝安全的子流域防洪系统仍普遍较为脆弱。另外,在某些情况下,工程本身的安全问题和调度不当,也会导致不可控的灾难,如水库、圩堤溃坝。

(二)水文特征在变化

天总会不定期下雨,尽管大小随机,但其发生有一定规律。自然地形地貌形成产汇流特征,溪流、湖泊、湿地、大江大河,是千百年形成的属于水的休憩奔流的自然空间。

然而,城镇建设、水利工程改变了流域的水文、水力特征。人类自古依水而居,发展文明。但近代以来,科技的发展推动了经济,于是人们不断建造水库、修建闸坝堤防、河道裁弯取直、围堤造田。这些控制工程改变了水流的自然通道和循环规律。在造就文明,保护人们生存空间安全的同时,自然地貌、河流水系的自然特征,尤其水文、水动力条件逐渐发生了很大的变化。也就是完全一样的降雨过程,可能导致差异很大的水流条件。

快速城市化造成土地资源的大规模利用与开发,城市需要建设各类设施,提供经济活动和生活空间。因此土地、空间资源与支撑水环境自然循环的河湖空间的矛盾变得越来越突出。城市密度、规模的变化逐渐成为影响流域水环境和水安全的主要因素。在骨干流域水资源、防洪安全工程基本完善的今天,城市化后子流域下垫面条件的改变,河湖、洼地调蓄空间的减少,水文、水力特征的不断变化,影响着城市,甚至子流域水资源生态环境状况和洪涝安全。

图1城市化进程中流域特征变化概念图

(3)子流域管理是焦点

中小流域与百姓生命安全、财产保护密切相关。人们集聚的城镇、乡村经济活动空间很多都分布于子流域。骨干流域防御工程建设已基本结束,因而子流域水问题的解决与百姓利益更密切相关。如上海分布于太湖流域的几条支流上;武汉、南京、九江等位于临近长江的子流域上。涉水工程的建设、管理和维护,有多个行业管理部门负责。如排水防涝由市政部门负责;防洪系统由上级流域机构审批,地方政府牵头建设。但地方政府需要平衡本地经济能力、开发建设收益与城市水安全之间的需求矛盾。水工程效益的间接性和滞后性,以及极端暴雨天气的不确定性,导致决策流程复杂,往往不被优先考虑。

二、厘清逻辑,分析成因

历年和今年小流域洪水和城市内涝频发已成为普遍现象,暴露出防洪排涝体系的脆弱性。我们认为,主要问题需要从水管理理念、规划体系和分析方法三方面去思考。

(一)理念多,管理弱

正确的理念是引导和提升动态管理、解决问题的基础。国际上自1990年前后认识到涉水问题需要通过流域综合、水务一体化管理。之后不断推动管理转型和技术更新,从而保障科学合理的工程建设。如荷兰的与水共处(Living With Water),澳大利亚的水敏城市(Water Sensitive Urban Design),新加坡的ABC水计划(活力-美丽-洁净Active Beautiful Clean)。这些国家表达系统综合解决城市水问题愿景的同时,将“城市综合规划”与“动态城市管理”相融合,通过改进管理体系和技术规范,引导工程建设高质量有序实施。

与之相比,近些年我国虽有各种先进的水管理理念和愿景概念。但在实际中,技术研究投入不力,管理体系改进很难,行业之间存在壁垒,重大决策仍不能避免一刀切、运动式、命令式。普遍重工程,轻研究;重形象,轻本质;以至于缺乏工作的系统性和持续性。肤浅的认识和浮夸的做法,始终让工作在解决系统问题时看不到全面,管理效率不高。

(二)规划之间缺乏有效衔接

根据2016年修订的《中华人民共和国水法》,流域综合规划引领涉水相关专项规划。防洪方面有流域防洪专项规划,排涝方面有城市排水防涝专项规划。

当前城镇化率已经从2000年的36%增长到60%。流域内水资源需求、安全保障、衍生的水污染问题较以前有相当大的变化。大规模城市化后,已编制的流域综合规划多以水利为重心、偏宏观,对精细化城市需求缺乏足够的研究和评估,因而不能清晰引导和有效制约下层城市规划的编制。

(三)流域管控缺乏有效手段

规划体系缺乏对城市建设和涉水工程在流域框架下的反向控制措施。各支流、下级子流域,分别在不断城镇化、整治河道或提升防洪排涝能力。这过程中,下垫面、水文水力条件在不断变化,流域综合规划对这些重要指标和特征的逐渐变化,缺乏影响评估和控制性要求。因而导致这些大量分散于子流域的工程行为和城市建设缺乏科学合理的制约性,造成水资源、水生态、水环境和洪涝问题逐渐恶化。

(四)风险评估缺乏应有认识

暴雨形成的洪水情势,是自然条件和工程体系组合的结果。由于大规模的城市化和大量控制工程的建设,洪水出路受工程影响变得更为复杂。因而洪涝风险评估非常必要。这项工作的缺失或粗浅,导致对风险源、影响范围、对象、程度掌握不够,重要基础设施、生命线、避险工程布置不足,不仅影响工程规划和建设投资,甚至影响灾中调度决策。

洪涝风险图编制是风险评估的重要环节。流域层面的洪水风险图与精细化的城市内涝风险图,是保障工程规划、决策权威性和调度科学性的重要依据。

三、转变思路,改进方法

凡事预则立,不预则废。在当前大灾面前首先要理清思路,梳理好工作逻辑,这样才能更好的为下阶段工程建设提供坚实基础。

洪涝防治应对的是不确定的特大暴雨事件,其工程规模大,实施难,投资多,因而决策不易。同时,由于其中的河道水系有多重属性,防洪、水资源、生态环境相互关系密切。因而洪涝治理不是单纯的工程问题,涉及到人文社会、经济、土地资源可持续开发、利用与保护等关系,需要立足长远,综合管理,统筹实施。

管理要讲究决策的合法性,流程的标准化,支撑工作的科学性。光有理念是远远不够的,解决大自然的问题,需要用科学的自然法则。

(一)融合城市需求,更新流域综合规划

大规模城市化的现状迫切需要关注城市要素,综合城市面临的安全、生态、环境、社会和经济等各种挑战。为了社会公平,合理平衡各利益相关群体和近远期需求,这些问题的解决,需要有合理的协调管理框架和法律法规支撑,因而是管理问题。

《中华人民共和国水法》规定,流域综合规划是统筹研究某一流域范围内开发、利用、节约、保护水资源和防治水害的全面规划,主要处理和协调水利设施与国土整治,整体利益与局部利益,上下游、左右岸、各地区、各部门之间的关系;开发、利用水资源和防治水害与节约用水和生态环境保护的关系;需要与可能、近期与远景的关系等。

因而,流域综合规划是一个支撑韧性城市建设、处理好水问题的重要手段。

以城市为主的流域可以将流域综合规划和城市排水涝规划合二为一。

水生态、水环境问题是自然水循环系统长时间遭受影响而逐渐累积而成的。大量的河道治理,以景观、堤防或挡墙换取河流空间、滨水植物带,得失需要综合权衡;大量河道建造闸泵、控流调水、诸多不计环境影响大规模的开发建设、逐步改变排水格局等工程行为,虽然满足一部分暂时需求,但可能造成其他后遗问题。因而,需要在流域层面综合多种要素,统一研究分析和综合规划,弄清楚多因素的层次和前后相互关系,研究和分析本底情况和主要问题,厘清流域内规划目标下涉水工程主要框架,拟定骨干工程方案,提出管理依据,依法实施。

(二)增加科学合理的流域管控关键指标

规划不仅要安排工程建设、布局项目,还要研究和评估能反应流域动态变化的水文水力管控指标。流域综合规划,应该研究流域本底、评估制约因素、确定管理目标。以此为基础明确流域内各级支流、关键节点的水文和水力特征管控指标。如各级支流的生态流量,2、10、50年一遇设计暴雨下的峰值流量,可作为工程建设或城镇开发的反向控制法定依据。这些重要指标将保障工程行为受流域宏观层面公平制约。只有这样,流域生态环境和防洪排涝规划确定的格局才有可能得以维持。上下游、左右岸之间的影响才能得以平衡。

这一重要概念如下图展示。以新西兰奥克兰市某流域为例,政府通过掌握精细的下垫面资料,标准的水文计算和评估办法,掌握任一溪流、地块的规划本底的水文和水力指标。市政府以维持这些本底指标为目标,控制城市土地开发对下游水系的影响,从而保障全流域水健康愿景,排涝空间格局不至于渐变甚至失控。

图2 某流域主要水文指标控制点分布示意图

(三)规范洪涝风险评估标准和风险图编制

洪涝风险评估是规划和管理决策的重要依据和手段。通过风险评估,识别风险源和致灾因子,利用防洪、避险工程应对洪水,在流域层面利用分洪工程分摊洪水至下游低风险或耐风险区域。因而在流域层面,系统评估洪水风险,是优化工程决策、制约和优化风险区其他工程和社会经济建设活动、完善预警预报、洪水损失保险的科学手段,是减轻和规避洪涝风险的重要工作。

高质量风险图的编制,有助于精细化的城市安全设计,通过城市安全设计,可以改变洪水发生的淹没范围、水深流速等特征,改变人类的活动方式,避开洪水风险区,从而降低洪水对人们的影响,减轻灾情。

以淮河流域为例,淮河流域有几千平方公里的低洼区域,这些区域是流域防洪规划确定的一定标准下的行蓄洪区。但乡镇经济活跃,尽管受外围河道堤防、闸泵工程保护,这些区域在超标准洪水条件下仍然存在为淮河干流分洪蓄水的风险,因此每个洼地建有撤退路线和高出地面10米左右的大庄台,供受灾群众避险和生活。

又如荷兰,风险评估和风险图是确定重大水利工程,圩区建设和城市布局的重要手段。通过建造万年至十万年一遇的拦海大坝,保护了约50%左右低于海平面的土地免遭风暴潮和气候变化风险;通过多级圩区建设,尽可能保留了淡水,为世界第二农业产品出口大国提供了重要淡水资源;多级圩区和闸泵通过优化调度,实现水资源逐级蓄存与排涝风险控制的平衡。通过风险管控,变水害为水利。

图3 荷兰风险评估后实施的排涝工程示意图(由荷兰Deltares提供)

图4 某城市洪涝风险图(由宜水环境提供)

(四)加强流域管理信息化建设

防洪防涝是城市治理水平的综合体现,要立足长远,打好智慧管理的扎实基础。这方面工作包括基础信息的采集管理、技术工作资料环境的改进。在大规模城市化的前提下,我们对自然环境生态水系本底情况和动态变化的认识还很肤浅。应该不断通过动态监测,研究分析与评估,改进薄弱的工作基础,提升规划设计工作基础和决策质量。工程手段往往投资巨大,但在有限的资金条件下,扎实的技术基础是避免盲目建设,节约资金,提高工程投资回报效益的必要手段。

(五)更新流域洪涝预警预报系统

前期信息化建设已经积累了大量资料和经验。建立一个洪涝预警预报系统的技术流程需要大量的水文监测资料、高质量的水文水力学模型和水工建筑调度资料,尽管有点复杂,但投资小、见效快,是灾前调度决策和灾中指挥的必要工具。大多数中小流域数据基础仍不理想。但此系统的开发,是对流域基础资料数量和质量的一次细致检验,也是一个很好的研究过程。

下图展示了某流域洪水灾前、灾中风险评估预警预报系统。此系统集成和处理了现有水文、水力、社会经济数据,通过流域模型和实时水情,分析和评估洪水演进规律、预测风险、受灾范围、受灾对象和可能导致的损失,从而为灾中形势评估、方案比较、灾后灾害损失估算提供技术支撑。

图5 某流域洪水灾情预警预报系统(由宜水环境提供)

作  者

章卫军    宜水环境科技(上海)有限公司

谢映霞    中国城市规划学会城市安全与防灾规划学术委员会副主任委员

敖静,雷征旻    宜水环境科技(上海)有限公司


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