Mar.2021NO.3VOL.31
2021年3月第3期第31卷
城市防洪
URBAN FLOOD CONTROL
收稿日期：2020-11-30第一作者信息：陈文龙，男，院长、正高级工程师，E-mail：陈文龙何颖清
（珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广州510611）
摘
要：近年来“逢雨必涝”“城区看海”的现象在大湾区各大城市不断上演，城市洪涝灾害已成为影响粤港澳大湾区城市水安全
的突出问题。从天（降雨强度）、地（城市建设）、管（城市排水系统）、河（城市排涝系统）、江（外江洪潮水位顶托）5个方面分析了大湾区城市洪涝的原因，从治理理念、城市建设、防洪治涝标准、
监测预警预报、制度保障5个方面提出了树立流域系统整体观、把防洪排涝作为城市建设的刚性约束、科学确定城市防洪治涝标准、加强监测预警预报及制度保障等应对策略，以期为大湾区城市水安全保障提供新的解决思路。
关键词：城市洪涝灾害；大湾区；成因；对策中图法分类号：TU998.4
文献标识码：B
文章编号：1673-9264（2021）03-14-06
DOI:10.16867/j.issn.1673-9264.2020388
陈文龙，何颖清.粤港澳大湾区城市洪涝灾害成因及防御策略[J].中国防汛抗旱，2021，31（3）：14-19.CHEN Wenlong ，HE Yingqing.Causes and prevention strategies on urban flood disasters in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area[J].China Flood &Drought Management ，2021，31（3）：14-19.（in Chinese ）
1概述
粤港澳大湾区地处珠江流域下游，漫长的海岸线、错综分布的丘陵、盆地、台地、平原形成相对闭合
的“三面环山、一面临海、三江汇流、八口出海”的独特地形地貌，使得大湾区面临上游珠江流域洪水、南海台风暴潮与暴雨洪涝等水灾威胁。
改革开放近40年来，珠江流域以骨干水库、蓄滞洪区、大湾区海堤、江堤为主体的防洪工程体系基本建立，大湾区流域性洪水防御能力显著提高，流域性洪水威胁相对减小。历史上发生“1915.7”流域性特大洪水，受灾人口379万人，死伤超10万人，广州市被淹7d 之久；20世纪末至21世纪初尽管发生了“1994.6”“1998.6”和“2005.6”多场30年一遇至50年一遇的流域性特大及大洪水，广州市等大湾区城市总体平安无恙。
然而，挡住了城市外来洪水，城市内生洪水近年来却
频发。2010—2014年，大湾区就发生了较大的城市内涝灾害107次[1]。2017年以来，广州市共发生5场特大暴雨；“2020.5.22”特大暴雨，全市共出现443处积水，死亡4人。2000—2019年，深圳市发生较严重内涝事件近30起，其中“2018.8.29”“2019.4.11”等暴雨更是造成了严重内涝灾害，共造成11人死亡。大湾区城市经济发达，一旦被淹损失巨大，城市洪涝灾害已经成为制约大湾区经济发展的重要因素。
就自然地理环境而言，大湾区城市有易生洪涝的“先天不足”。一则大湾区地处亚热带海洋季风气候区，降雨强度大、时间集中且发生频率高；全球变暖增加了极端天气出现的频率；容易遭受风暴潮的
影响。二则大湾区地势北高南低，大湾区城市中心区基本位于中部平原地区，滨江临海而建。对于处在山地、丘陵与中部平原过渡地带的小流域，由于整体地势向中南部倾斜，如遇区域内降雨，山洪可顺势入城，容易形成内涝；而对于处在中部平原濒临南
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海的小流域，由于受到潮水顶托，如区域暴雨洪水遭遇外江高水位顶托，雨水部分时段难以自排，也易形成区域内涝。三则城市中心区域地势低洼且相邻高差较小，缺少自然排水所必需的坡度，自然排水能力相对较差，雨洪积水难以有效排除，易发生内涝。
高速城市化又造成大湾区防御洪涝灾害“后天失养”。城市化不仅催生了独特的城市气候效应，还使得原有的农田、绿地等透水能力强的地面被不透水的“硬底化”水泥地面所取代，农田、池塘、河道、湖泊等“天然调蓄池”被填平、占用，导致汇流时间缩短，径流峰值增加，径流峰值提前，大大削弱了城市的洪涝灾害抗御能力。
香港一日游区别于以往从自然因素和人为因素分析洪涝成因，本文首次尝试从城市水文水动力过程深入剖析大湾
区的城市洪涝病因，并提出相应的对策，冀望于为大湾区城市洪涝防御提供新的解决思路，保障大湾区的水安全。
2大湾区城市洪涝灾害成因分析
从整个城市水文水动力过程来看：雨从天上降下来，落到地面上，流进地下管网里，再从管网排入河道，最后从河道排到外江，整个过程中任何一个环节出现问题，都有可能引发城市洪涝。因此，本文把大湾区城市洪涝主要成因概括为“天—地—管—河—江”5个方面。
2.1天：强降水总量和频次增加
粤港澳大湾区属于湿润的亚热带海洋气候，水汽充沛，每年汛期降雨频繁并时常伴有雷暴。大湾区降雨具有强度大、时间集中且发生频率高的特点，如广州市多年平均暴雨日数6.9d，是国内暴雨日数最多的大城市。在全球气候变暖的大背景下，近几十年来大湾区气候发生了显著变化，暴雨洪涝、超强台风等极端天气事件频发。城镇化引发的“热岛效应”和“雨岛效应”也会导致城市突发性短历时强降雨更加频繁、强度更大。据研究，大湾区高度城镇化地区，以1996年为拐点，极端降水量上升了44.3mm/10a，前汛期极端降水量显著增多，I型暴雨发生频率明显增加[2]。大湾区平均年降水量以30.5mm/10a的速率在小幅增加，但极端降水自2000年以来更加突出。近60年来前3位的降水量高值年：2016年（2489.8mm）、2001年（2456.8mm）、2008年（2443.5mm）均出现在2000年以来[3]。
广州市近10年平均年降水量多达2193.8mm。2017年以来连续发生
了5场特大暴雨，分别是“2017.5.7”“2018.6.8”“2019.6.13”、“2020.5.22”和“2020.6.7”特大暴雨。数据表明大湾区强降水总量和频次都呈现增长态势。
2.2地：城市自然调蓄能力降低
城镇化快速扩张过程中，原有的农田、绿地、水系（池塘、河道、湖泊）等透水、蓄水性强的“天然调蓄池”被占用、填平，被不透水的“硬底化”水泥地面所取代。据统计，大湾区不透水面面积从1994年的569.23km2（面积占比0.9%）增长到2016年的10200.53km2（面积占比17%），年均增长率为51.7%[4]。池塘、湖泊的占用、填平降低了城市自然调蓄能力，城市“硬底化”更是使得雨水的下渗量和截流量下降，径流系数增加，从而改变了地面的水文物理性质和产汇流格局。
我国城市径流系数一般都在0.8以上，大城市和中小城市的中心区域达到0.9以上（而一般农田径流系数是0.2～0.45）[5]。地表径流系数加大，同量级的降雨产汇流时间缩短，流量显著增加，洪峰的形成加快，径流峰型趋“尖瘦”化。以广州市为例，从1990年到2016年，广州市不透水面面积从421km2增加到了1812km2，增加了3倍以上，而地面径流系数由0.3～0.5增大到0.6～0.9[6]，增大了近1倍，城镇化使广州市“龙舟水”的径流峰值出现时间提前了1～2h[7]。广州市天河区猎德涌在20世纪80年代初，河涌两岸基本为农田，随着城市化建设和发展，到2009年河涌两岸已基本被建成区覆盖。猎德涌
流域调蓄容量由83万m3减为8万m3，20年一遇洪峰流量从103m3/s增大到157m3/s[8]。
城市建设往往未充分考虑防洪排涝要求，人为不合理改变汇水格局，如图1所示，道路建设切断了几十公里天然状态的排水路线，造成部分区域涝水无处可去，易形成内涝。
天然状态道路阻隔
图1道路对流域产汇流格局的影响示意图
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李唯嘉URBAN FLOOD CONTROL
2.3管：城市排水能力偏低
据有关资料统计，大湾区大部分城市（除香港、澳门外）现有的排水管道重现期为1a ，中心城区还有部分重现期为0.5a ，甚至有些地区（如城中村）还没有排水管网，远低于发达国家普遍采用的5年一遇至10年一遇城市排水设计标准，雨水管网的排水能力普遍较低。如广州市新城区排水管道按3年一遇排水标准设计，中心城区主干管网达到1年一遇的为65%，达到2年一遇的为59%，达到5年一遇的为53%。深圳市新规划地区重现期为2a ，低洼地区、易涝地区及重要地区重现期采用3～5a ，下沉广场、立交桥、下穿通道及排水困难地区选用5～10a 。其他城市的排水设计标准普遍低于广州、深圳，雨水管网的现状排水标准也低于两座核心城市。随着城市继续扩张以及新的降雨形势，原本标准偏低的城区排水系统排涝能力将进一步下降。
另外，路面雨水口数量不足、布置形式不合理；管网排水口标高设置不尽合理，导致河涌水位顶托排水管甚至出现倒灌；城市建设截断了排水管网，破坏了排水系统；老城区排水系统老化失修，淤积堵塞严重；道路垃圾引起的雨水口堵塞，路面积水无法及时汇入管网排水系统等，这些不确定因素都进一步降低了城市排水能力。面对倾盆大雨，城市排水系统犹如使蚊负山，力不胜任。2.4河：城市河道行洪排涝能力不足
一是大湾区城市河道防洪标准偏低。目前大湾区城市河道防洪标准大部分不足20年一遇，在大湾区极端降雨频发，超标准洪水屡现的情势下，城市河道行洪排涝能力明显不足。以广州市为例，至2020年，全市大部分区域尚未达到规划要求的20年一遇暴雨不成灾的排涝标准，许多尚未整治的内河水系
仍不能满足10年一遇的排涝标准，个别区域达不到5年一遇排涝标准。增城、从化、白云的农田及生态保护区未达到10年一遇的排涝标准。广州市“2020.5.22”被淹的南岗、温涌、官湖3个流域，实测3h 降雨量超过230.0mm ，超过100年一遇，而3个流域现状为10年一遇至20年一遇的防洪排涝标准。短时间内的降雨强度远超现状河道的防洪排涝标准，导致河道漫堤、管道溢流，最终造成严重的城市洪涝灾害。
二是河道行洪排涝空间不够。在城市扩张过程中，不少河涌被改建为暗涵，如广州市的西濠涌、乐善涌等，深圳
市的布吉河、笔架山河等部分河段暗涵化严重；城建过程中跨涌桥梁和管线、涌内桥墩及其他侵占河涌设施使得河涌行洪断面缩窄；有些河涌因为淤积而逐渐变窄甚至消失。据统计，珠三角9市现状水面率为7.23%，其中广州市为10.15%（除外江骨干河道外为5.6%），深圳市为4.7%。城市化改变了水面率与河涌水系结构，不利于区域排涝。2.5江：外江水位顶托
大湾区沿海城市内河受珠江口伶仃洋潮汐作用影响，汛期还受外江洪水影响，外江高水位的顶托也是引起大湾区城市内涝的因素之一。如珠海市斗门区内一些旧村沿河而建，村庄场地平均标高1.00m ，受磨刀门水道潮位顶托的影响，村庄经常受浸。如强降雨遭遇外江天文大潮或风暴潮，外江高潮位顶托使得城市河道洪水不能及时排入外江，河道长时间维持高水位，排水管网排水能力大幅度下降，出
现内涝。根据统计结果显示，珠江八大口门及外海年平均高潮位、最高潮位都普遍持续升高，2010年以来和20世纪90年代相比，平均高潮位升幅0.01～0.14m ，最高潮位升幅0.15～0.67m ，这一趋势进一步恶化了大湾区城
市的排涝形势。
3大湾区城市洪涝防御策略
3.1树立城市洪涝防御的流域系统整体观
一般把河道水漫溢造成的水淹称之为洪，把无法及时排出而滞留在地面的积水称之为涝。水利和市政长期以来是“洪归洪、涝归涝”的治理模式，一说洪灾，首先想到的就是河道整治、堤防加高；一说涝灾，首先想到的就是管网改造扩容；头痛医头脚痛医脚，虽然能够快速解决局部城区的排水和局部河段的行洪问题，但却给区域、流域水系统增加了更多压力，忽略了流域系统整体性，导致“因洪致涝”和“因涝致洪”的弊端，并不能从根本上解决城市洪涝问题。
对于城市洪涝灾害，洪涝同源。现代城市的防洪排涝体系包括城市海绵、排水系统和排涝系统3部分。城市防洪排涝体系是由“地—管—河”构成的“流域树”（图2），城市河网构成树干和枝杈，排水分区为树叶（地面、地下排水管网、城市海绵）。洪涝同源有两个内涵：①无论洪还是涝，都是同源于“同一片天”降到“同一片流域”的雨水。城市小流域集雨面积一般较小，流域内同时发生暴雨的可
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能性很大，所以城市洪涝治理规划一般应考虑全流域同时降雨；②“流域树”是一个有机整体，城市流域洪涝过程实质是降到地面的雨水按“水往低处流”的特性在“流域树”运动的过程。从纵向看，城市河网上中下游、干支流相互联系，上游流量大，则下游水位高，下游水位高又会顶托上游来水。从横向看，“地—管—河”相互耦合，地面排水快，管网流量大；管网的水流慢，地面就会积水。管网排水快，则河道水位高；河道水位高，又会顶托管网排水，甚至漫过堤顶造成水淹。因此，“流域树”是纵向来水和横向来水相互交错的有机整体，洪和涝相互交织，相生相伴。
因此，城市洪涝治理必须树立流域系统整体观，以城市河流所在流域为单元开展规划、治理。基于“流域树”建设理念，从全流域出发，统筹排水、防洪、防潮，统筹流域和区域，统筹上下游、左右岸，统筹水库、坑塘、管网、河道，统筹水域与陆地，统筹灰与绿城市基础设施，分区分片滞蓄雨水，系统防控。
洪涝同源意味着洪涝必须共治（图3）。一是要树立防洪排涝体系整体设防达标的概念。城市洪涝相生相伴，不能刻板地界定洪涝边界。城市内涝防治标准是指在发生相应频率24h 设计暴雨工况下，城市海绵、小排水系统和大排水系统整体设防、综合协调作用下达到城市内涝防治要求。二是城市洪涝治理必须从流域尺度统筹城市海绵、小排水系统和大排水系统三大要素，在流域、区域、片区上采取“滞、蓄、截、挡、疏、扩、抽、调”的多元措施；竖向
信息工程专业就业前景上，表层强化海绵城市建设、浅层完善传统水利和排水设施、深层因地制宜谋划深隧系统。其中，滞：即通过绿屋顶、雨水花园、地面透水铺装等手段进行源头控制，降低产汇流的峰值，减慢产汇流的速度，减轻排涝压力。蓄：把雨水留下来，以达到调蓄和错峰，可以通过新建或进行水库挖潜、设置（临时）蓄滞洪区、建设分布式雨水调蓄池等。截：高水截排，在山脚下建设排洪沟，把山洪排到有防洪富裕度的地方，减轻河道防洪压力，有效防止山水进城。挡：加高加固堤防。疏：河道疏浚开卡，使河道行洪更加顺畅。扩：管网扩容，提高排水标准。抽：低水抽排，如在河口建泵强排，及时将河涌的洪水排走，降低河涌水位；或者建设雨水泵站，把地面的水抽到承泄河道。调：优化水工
程调度，如提高预报水平，提前预降水库、河道水位。实际工程应用可以因地制宜，采取模块化选配组合思路。珠江水利科学研究院研究表明，采用多元措施，按50年一遇24h 暴雨标准设计，甚至可以防御100年一遇至200年一遇的短历时强降雨，多元措施比单一措施具有更高的韧性。
3.2把防洪排涝作为城市建设的刚性约束
习近平总书记提出“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的城市发展理念，以水定城主要指实行最严格的水资源管理，把水资源作为城市发展的刚性约束。面对日益严峻的洪涝形势，尤其在高密度城镇化地区，应丰富以水定城的内涵，在水资源刚性约束的基础上，
进一步把周瑜
图2“流域树”结构示意图
图3流域洪涝共治示意图
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防洪排涝作为城市建设的刚性约束。
一是强化海绵城市建设，严格工程审批。如规定“建设后的雨水径流量不超过建设前的雨水径流量”“新建建设工程硬化面积达1万m 2以上的项目，除城镇公共道路外，每万平方米硬化面积应当配建不小于500m 3的雨水调蓄设施”“新建项目硬化地面中，除城镇公共道路外，建筑物的室外可渗透地面率不低于40%；人行道、室外停车场、步行街、自行车道和建设工程的外部庭院应当分别设置渗透性铺装设施，其渗透铺装率不低于70%”。
二是把建设项目洪涝风险论证作为城市规划和重大工程项目建设的前置条件。涉水项目必须做防洪评价，这个很好理解，因为在河道中建设项目，可能壅高河道水位，对城市洪涝产生影响。但地面建设对防洪排涝的影响往往被忽视。地面建设可能占用蓄水空间、导致下垫面硬化、改变产汇流格局，同样对洪涝产生影响，因此重大工程必须严格审批。建议论证内容应包括两个方面：一是工程建设本身是否增加现有防洪排涝体系的排水压力，二是建设项目自身的洪涝安全是否满足要求。3.3科学确定城市防洪治涝标准
蔡国庆的老婆是谁首先，城市防洪治涝标准是城市防洪最重要的规划指标，应根据城市所在地区的流域特性、地形特征、水文特性，以及历史洪涝灾害的发生情况，合理划分洪涝类别，结合经济社会发展要求，科学确定城市防洪治涝标准。
其次，应统一市政排水标准和水利排涝标准。长期以来，由于水利和市政是两个独立的行政部门，水利和市政又分属两个不同的学科，水利和市政分别独立按各自的规范进行设计：城市排水标准按照《室外排水设计规范》（GB 50014—2006）对产生于城市内较小汇水面积上较短历时雨水径流进行排除；城市排涝标准按照《治涝标准》（SL 723—2016）对较大汇流面积较长历时暴雨产生的涝水进行排放。排水标准和排涝标准自成体系，无法直接衔接。目前工程规划设计，未充分考虑排水系统和排涝系统互为边界条件，如排涝系统的内河水位与排水系统的出流能力互为边界条件。但城市洪涝同源于流域暴雨，内涝防治标准应该是排水系统和城市排涝系统综合协调作用下的标准。因此，立足于整体观应研究能够统筹市政短历时和水利长历时的设计雨型，统一市政排水标准和水利排涝标准。
3.4构建城市洪涝一体化监测预报预警平台
实时监测的核心是监测设备。内涝监测设备应布设于城市易涝区，实时监测城区内易涝点的积水水位、窨井水位和重点河段的河道水位。大湾区大部分地区属于高度城市化地区，建筑密集，城市寸土寸金，同时该地区也是受洪涝灾害影响较大的地区，该地区的水文监测应能满足低影响度建站和快速
大量部署的要求。传统水文监测以立杆式或者站房式测站为主，对于高度城市化地区，建设用地协调难度大、建设成本高、运行维护不便、站点数量受限等问题成为主要矛盾。对于排水管网监测，受制于井下安装空间、安装难度及环境变化特点，目前还没有令人满意的监测设备解决方案，无法精准监测排水管网的实时风险。亟须研发适用于城市水文监测的新型设备，使之满足高度城市化地区洪涝监测场景化需求。
滚动预报的核心是监测设备＋内涝数据模型，内涝监测设备侧重“点”，内涝模型侧重“面”，两者相辅相成，监测数据可用于检验和修正内涝模型，点面结合可以实现洪涝风险的滚动预报。内涝数据模型应采用城市洪涝水文水动力双向耦合数学模型，可根据地面水位、河道水位和水闸泵站的运行情况，以及未来1～3h 的降水预报信息，绘制相应的洪水风险图，展示最大淹没水深、淹没历时和最高水位的出现时刻。考虑在实际暴雨时，有可能会出现管道堵塞，河道水位波动等情况，因此研究区的下垫面条件可能随着内涝事件的发生发展而不断改变。在进行模型预报时应保证快速、智能的参数调整，充分利用全要素监测网获取的实时降雨和积水数据实现洪涝模拟过程中的模型参数动态调整，实现高精度的滚动预报。
智能预警的核心是及时、靶向。目前主要的洪涝灾害预警发布方式包括手机短信、消息、互联网、电视广播等，以面向大众的基础性预警为主，预警通常是以大面积、广范围的粗放型模式通知，一是在固定模式下预警时效性难以保证，二是预警靶向性不足，未能第一时间将预警发送给最需要的母亲节贺卡内容
对象，例如出行市民，无法为其提供精细化预警，存在洪涝预警的“最后一公里”问题。城市洪涝预警应满足不同对象主体对预警准确度、预警时间点、预警方式的实际需求，综合运用现有的技术方法创新预警手段。
通过构建“实时监测—滚动预报—智能预警”的城市
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