城市防洪及雨洪资源利用现状与对策(上)
城市防洪及雨洪资源利用现状与对策(上)
当前我国正处于城镇化最为迅猛的发展阶段。城市聚集了人口与财富,也聚集了风险。近年来,我国众多城市洪涝频繁、供水短缺、水质恶化、水域萎缩,日趋严峻的水问题对公共安全与快速平稳发展构成了极大威胁,成为媒体与公众持续关注的热点。
“城市排水防涝等基础设施建设滞后、调蓄雨洪和应急管理能力不足”的问题已引起我国政府的高度重视,明确要求“完善城市防洪设施,健全预报预警、指挥调度、应急抢险等措施,到2015年,重要防洪城市达到国家规定的防洪标准。全面提高城市排水防涝、防洪减灾能力,用10年左右时间建成较完善的城市排水防涝、防洪工程体系”。在前期基础设施建设欠账太多、城市洪涝风险显著上升的背景下,迫切需要充分认识完成这一任务的艰巨性和复杂性,深入揭示城市洪涝特性随城镇化进程的演变趋势,并全面探讨与我国国情相适宜的防洪减灾、化害为利的途径。
城市水患频发的原因
据国家防办统计,2008年以来,我国每年洪涝成灾的城市都在130座以上,2010年高达258座,2013年为234座,其中大多数为暴雨山洪与内涝所致。住房和城乡建设部对国内351座城市专项调研显示,2008~2010年间,有62%的城市发生过不同程度的内涝;最大积水深度超过50厘米的城市占74.6%,其中内涝灾害超过3次以上的城市有137座,有57座城市的最大积水时间超过12小时。2010年以来,城市暴雨内涝更是愈演愈烈,尤以北京2012年“7.21”暴雨为甚。城市暴雨洪涝灾害现象的常态化,成为干扰城市正常运行、威胁城市公共安全的重大问题。
国际、国内大量系列观测资料表明,在全球温暖化成为不争事实的背景下,21世纪以来西北太平洋区域年强台风发生次数从20世纪70年代的25%上升至41%;1小时50毫米以及100毫米以上的局部强降雨次数有明显上升趋势;年降雨变幅加大,呈现出水旱灾害频发的特点。全球变暖引起极端事件增加,包括台风、暴雨频率和强度的加大,使得城市面临更大的洪涝风险。寻求应对与适应气候变化的防灾减灾对策与可持续发展模式,已成为世界各国关注的重大课题。
与此同时,我国人口城市化率不断提高。2001年,中国人口城市化率达到37.7%,20年间提高了17.5个百分点;而至2013年达到53.73%,仅12年间就上升了16%。由于我国人口基数大,30年间城市人口规模空前地净增了4.6亿,这对城市扩张与城市基础设施建设构成了前所未有的压力。
在城镇化的进程中,人们更为关注和急于解决的是住房、供水、供电、供气、交通、通信、污水与垃圾处理等基础设施,因为这些设施直接关系到城市居民的日常生活与城市功能的正常运转,其投资还能以“收费”的形式得以回报,从而可以引入市场机制来加快发展。而防洪排涝系统特有的公益性质,决定了其只能采取政府主导的规划建设模式,其作用唯在汛期显露,且未必在本届政府任期内受益;其实施所需投资巨大,却不能向老天爷去讨钱,因此很容易被归入“赌”一把的对象。
欧美等发达国家工业化、城镇化经历了较长的时期,城市新区的开发有较充分的规划、论证阶段,政府只有通过融资、贷款,先建好了地下基础设施,土地才能卖得出好价钱,这是促成“先地下、后地上”开发模式的利益机制。而我国在迅猛异常的城镇化进程中,政府亟需通过“卖地”来满足城市发展与运行的财政需求。对于开发商来说,越是低洼易涝的地块越要去抢,因为拆迁负担相对较轻,开发投入回报较快,其结果必然使得一座座城市都难以摆脱“先地上、后地下”的发展模式,侵占河湖洼地现象层出不穷,使得表面光鲜的城市面对暴雨洪涝倍显脆弱。
综上,城市洪涝频发,固然与气候变化背景下局部短历时强降雨增多相关,但更多的则是城镇化迅猛进程中洪涝风险增大的体现。快速城镇化无可避免地打破了区域之间、人与自然之间基于水的脆弱平衡,而现行管理体制和运行机制与发展需求不适应的矛盾也日益突出。
城市洪涝防治的压力与挑战
国际经验表明,人口城镇化率在30%~60%之间,是城镇化高速发展的阶段。中国的人口城镇化率在2011年跨过50%之后,速度虽有所放缓,但仍处于高速城镇化的阶段。尤其是21世纪以来,随着“西部大开发”、“振兴东北老工业基地”与“中原崛起”战略的相继实施,城镇化浪潮从沿海向内地蔓延,城市洪涝风险加重的趋势更为突显。这不仅有城市人口资产密度提升、城市不透水面积增加与蓄滞水功能降低,以及城市立体开发、对生命线网络系统依赖性加重等共性的原因,而且面临中西部城市经济技术实力与管理水平相对较低的困窘。
尤须指出的是,我国各地的快速城镇化相当程度上是依靠“土地财政”的支撑,城市非理性扩张的现象普遍存在。城市排水防涝系统建设不仅欠账很多,负担倍增,而且与排水管网相衔接的河湖水系往往调蓄与行洪功能不足,甚至因被开发挤占而萎缩;一些已建的排水系统因失去了固有的承水区,而陷入涝水无处可排的困境。
我国城市的急剧扩张,尤其是十大城市群的出现,对城市防洪乃至流域防洪的基本格局亦产生了深刻的影响。以往虽然强调城市防洪作为区域防洪要服从于流域防洪的整体规划,但城市必然又是流域防洪规划中的防护重点,堤防标准的选定、蓄滞洪区的设置以及水库汛期调度规则的制定等,无不以保护城市为主要目标。然而,随着城市的急剧扩张与十大城市群的形成,一些城市的新城区扩张到了既有防洪保护圈之外,一些位于河流一侧的城市扩张到了河流两岸,一些分蓄滞洪区已高度开发而难以启用,一些城市的防洪水库已改为以供水为主,等等。一旦再遭遇同等规模的特大洪水,流域防洪规划中一些既定的应对措施已经难以为继。
因此,可以做出一个基本的判断,大规模且进程迅猛的城镇化,必然导致洪涝风险的显著增长。而这一由于快速城镇化而导致的失衡过程还远未结束。当前全球26座人口超千万的超级城市中,半数在亚洲。据联合国预测,至2025年仅亚洲就将有37座城市人口超过千万。至2050年,发达国家的城市人口,将从9亿增长到11亿,而发展中国家的城市人口将从2009年的25亿增长到52.6亿。我国是世界上最大的发展中国家,围绕着城市化所带来的压力与挑战,要远大于发达国家。除非对流域治水方略做出适时调整,使城市防洪治涝系统建设新增能力足以抑制因城镇化而加重的洪涝风险,否则城市水患仍将处于持续恶化的状态中。只有当合理规划的城市防洪治涝系统切实建成并发挥效益之后,这一趋势才可能走出谷底,得以逆转。因此,应对城市洪涝灾害迫切需要更新观念、加大综合治理的力度。
城市型水灾害特点
现代大城市遭受暴雨袭击下其孕灾模式、成灾机理与以往农业社会的水灾风险特性相比已经有了明显的不同。城市洪水灾害系统由孕灾环境、致灾因子、承灾体和防灾力4部分组成,由此对城市型水灾害的特点分析如下。
城市水灾的孕灾环境。随着城市的不断扩张,城市水灾的孕灾环境发生了显著改变。例如:①大型城市会形成热岛效应,进而产生雨岛效应,使城市更容易成为区域的暴雨中心,高强度暴雨可能发生得更为频繁;②城市内不透水面积增加、水体面积减少、地面沉降等下垫面的改变,使得径流形成规律发生变化,即同量级暴雨的产流系数增大,雨水更快地向低洼地汇集;③城市中的排水系统将雨水快速排入河道,导致河道水位涨速加快、涨幅抬高,洪峰流量倍增,峰现时间提前,不仅加大河道防洪压力,而且导致城市排水受阻,甚至倒灌,造成更严重的城市内涝;④城市向周边农村扩展,以往城外的行洪河道演变为城市的内河,且难以采用扩宽河道的措施来增强行洪能力;⑤城市依靠有压管道供水,近年来因供水管道破裂导致局部区域受淹的事件时有报道,这已成为与降雨无关的城市水灾新类型。
城市水灾的致灾因子。由于城市防洪标准相对较高,常遇河道洪水泛滥成灾的概率减小,但城市暴雨引发的内涝可能更为频繁,而内涝发生的区域、水深与持续时间会因排水系统的建设、运营情况而发生显著的改变。此外,在暴雨洪水过程中,除因受淹等水灾致灾因子导致的直接损失之外,因次生、衍生灾害等致灾因子而遭受间接损失所占的比重已越来越大。2005年美国卡特里娜飓风,新奥尔良市堤防溃决,直接经济损失达到250亿美元,而其总损失达到了1200亿美元,说明间接损失远远超出了直接经济损失。
城市水灾的承灾体。在城市规模不断扩大的进程中,不仅人口、资产密度提高,而且城市经济类型多元化及其面对水灾的脆弱性也日趋显现。城市水灾承灾体的脆弱性主要表现为:①掌握国民经济命脉的中枢管理机能向大城市高度集中,其高速运转及城市正常秩序的维护对供水、供电、供气、通讯、交通等生命线工程系统及计算机网络系统的依赖程度日益增大,而其安全保障的难度也越来越大,一旦因水灾受损,影响范围远远超出受淹范围,间接损失可能大大超出直接损失;②城市空间立体化开发,不仅地下商店街、车库、仓库及地铁系统在暴雨洪水袭击下易遭灭顶之灾,而且高层建筑由于生命线系统的瘫痪,损失亦在所难免;③在城市中,不仅包括建筑物、家电等有形资产,还包含信息、电子资料等宝贵的无形资产,这些无形资产一旦遭受损失,就会因无法恢复而带来不可估算的损失。
城市水灾的防灾力。城市防洪安全的保障,不仅需要建设较高标准的不断强化的防洪排涝工程体系,而且需要大力加强非工程防洪减灾体系的建设。工程措施是城市防御外洪(江河泛滥、山洪侵袭等)、排除内涝、保护重点设施的基本依托,随着城市的发展,防洪排涝工程体系要不断健全,标准需要逐步提高。同时,城市防洪需要更加重视非工程措施的实施,包括依法行政、预警预报、风险评估、防汛演练、应急响应、转移安置与生命线系统快速恢复等各个方面,增强化解风险与承受风险的能力。
(作者为中国水利水电科学研究院副总工程师,教授级高工)