城市地下空间防灾策略和措施

过程处理是排涝的重要措施。在降雨产流的前提下，减少地面径流的汇流量，需要增加排水管网的排涝能力、增加雨水截留设施，以此减量错峰延时，降低汇流过程的径流量与洪峰流量。上海市中心城区典型排水分区已建成完善的1年一遇的排水管网设施和一定规模的排涝泵站，雨水强排入附近水体，且在中心城区的局部地区已建成地下调蓄池。具体分析发现：

1．既有排水管网的提标改造难度大

现有1年一遇排水管网的总干管管径约ϕ2 000 mm，如果提高管网设计标准到3～5年一遇，根据近期上海市局部地区雨水管网提标改造规划研究，主干管应至少要再增加一根ϕ2 000 mm管径的干管，支管和街坊管也应适当增加管径。但现实条件是，上海市中心城区浅层地下空间中雨水管网的扩容在局部地区面临无地下空间可用的严峻形势，且管网全面施工对城市造成影响、干扰之大无法回避。

2．扩大排涝泵站的容量是解决局部地区内涝的有效措施

如果干管末端的排涝泵站所处位置恰好与内涝点重合，则增加泵站的规模可以较好地应对内涝点的水患。在实施中由于排涝泵站位于河边，且占地有限，扩容的可实施性较大。但是当排涝泵站位置并不是内涝点时，由于排涝泵站的排涝规模受制于输送到泵站的雨水干管末端的流量，因此在排水管网输水能力得不到提高的情况下，单纯增大排涝泵站运能，对片区的涝灾也不起作用。

3．极端内涝灾害受制于河流容灾能力，提高河流排涝能力属于系统工程

上海市中心城区河网率低，建设用地高程低、河流水位高，河流基本不作为自排的受纳体；排水分区以强排为主，利用管网系统将排水分区围起来收集雨水，通过泵站提升排入河流。因此，城市排水系统的排涝能力即是管网收集能力和泵站排放能力。一般情况下河流水位的高低并不影响强排的能力和容量，但是当发生极端事件时，海潮漫淹、潮水顶托会使得黄浦江水位升高，遭遇连日暴雨会使得内河河水水位上涨且受到黄浦江高水位顶托，受纳水体的河道水位也会升高，当超过河道的防洪安全标高时，河道就无法继续接纳排水分区的强排雨水，排水分区的雨水管网系统满负荷收集却无法外排会引起严重内涝。因此，当遇到极端灾害事件时，河流的容纳能力会直接影响中心城区排水分区的排涝能力。河流的过水能力受制于河流断面和粗糙度。根据明渠均匀流的水力学计算公式，河流的流量为

式中，C为谢才系数，可用曼宁公式计算，；n为河道的粗糙度，与河道材质相关；A为河道断面面积；R为水力半径，，x为过水断面的湿周，即河流过水断面的周长；i为水力坡降，也是河道底坡的自然坡降，平原河网地区一般取值较小。在i为定值的情况下，河流的断面流量即洪水通过能力与断面形状、尺寸和粗糙程度有关。由于城市河道两侧的建设，河道两侧无法拓宽。在此情况下，见图5-10，以常见河流断面梯形和矩形为例，梯形断面的坡度角α一定，底宽b为定值，矩形断面的宽度b为定值，根据公式计算最佳水力断面为一定值，计算结果见图5-10。河流最大过水能力与河道深度不相关。在河道防汛堤已经加固加高的现状情况下，继续加高防汛堤来提高汛期容纳能力受到各种条件制约，并不可行。在河道断面形式、尺寸一定时，河流过水能力与过水断面粗糙度成反比，降低河道粗糙度可提高河道的过水能力。

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图5-10　河流断面与最大过水断面图

在城市中心城区，不能增高河流堤坝，深挖作用不明显且不利于河流堤坝稳定，局部地区更改河道粗糙度对于流域中下游河流水深的影响十分有限。上游来水对河道中下游地区水面高程的负面影响远大于局部地区断面改造带来的正面影响。假使通过河流疏浚降低河床水位时，排水分区内的地下潜水以自然坡降向河道汇流，汇流速度较河流高水位时会被加速，这样会间接提升可渗透地面雨水下渗的能力。尽管如此，根据崔庆峰（2011）的总结，地下水汇流属于有孔介质中的水流运动，运动速度比地面汇流缓慢。对于城市小流域，基本上可以忽略地下水汇流对降雨下渗的影响。

因此，河流防涝能力将影响极端情况下城市内涝灾情。处于河流中下游的城市，通过更改局部地区河流断面过水能力来提高应对内涝的能力只是杯水车薪。

4．增加雨水截留设施是可行的措施

地下调蓄池主要是结合雨水排涝泵站整合建设的点状雨水调蓄设施，是解决排涝泵站局部地区内涝的有效措施。由于中心城区河道、池塘、人工湖的比例非常低，在典型排水分区中利用自然的雨水截留设施比较难以实现，常常利用景观水池建设人工雨水调蓄池，结合植草沟、下沉式绿地、下沉式广场等设施整合建设截留设施，滞蓄地面径流。多功能的雨水截留设施是过程处理的经济性、可行性较高的重要措施。但是对于已建成的成熟城区，更改用地性质增加雨水截留不具有实施条件。

5．调整土地利用布局，可达到雨洪缓排与错峰的作用

排水分区内上游地块调整为绿地等可透水地面，可有效延长集水区下游洪峰发生时间。道路坡度、粗糙度以及汇水距离和范围在现实中受到众多因素的影响，不会单独从滞洪一个方面来改变。可能由于对是否发生内涝的关注比对内涝发生时间的关注更加敏感，因此在城市规划建设中，洪峰发生时间并未被普遍关注。但事实上对于突发短时暴雨，当降雨历时与洪峰汇流时间比较接近时，尽可能延缓洪峰到达时间，可有效降低低洼地区遭受的损失和争取反应应对时间。如本案例中典型排水分区，见表5-10，1 h降雨历时20年一遇强降雨的最大地面径流汇流时间为37 min，即坡面汇流形成洪峰的时间为降雨开始后37 min，通过土地利用布局调整，产流时间明显延后，则下游遭受洪峰的历时将会缩短，损失会降低。

可见，受制于排水设施系统和河流系统，既有城区的排涝能力和极端排涝能力是一定的，更改用地性质增加雨水截留设施和改变用地布局，对于新建地区有效，但是对已建成密集城区，可实施性较差。另外，河流的排涝能力是另外一个比较复杂的系统工程，对于上海市中心城区，本研究只简单罗列研究结论，不深究具体研究过程。