推進(jìn)深隧排澇工程建設(shè) 保衛(wèi)城市長期運(yùn)營安全

潘益斌，王旭峰，盧劍濤，周頂頂

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.杭州市林業(yè)水利局閑林水庫管理處，浙江 杭州 311122）

1 現(xiàn)階段我國城市排澇存在的問題

自古以來，城市依水而建、緣水而興。但河流在給城市發(fā)展提供所必需的寶貴水資源外，也不時(shí)地威脅著城市運(yùn)營安全。除了春夏之交河流水位高漲帶來的防洪問題外，城區(qū)內(nèi)澇問題也越來越成為城市夏季暴雨后的夢魘。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2010年對32個省的351個城市的內(nèi)澇情況調(diào)研顯示[1]，自2008年以來的3 a間，有213個城市發(fā)生過不同程度的積水內(nèi)澇，占調(diào)查城市的62%；內(nèi)澇災(zāi)害超過3次/a以上的城市就有137個；內(nèi)澇災(zāi)害最大積水深度超過50 mm的城市占74.6%；積水時(shí)間超過0.5 h的城市占78.9%，其中57個城市的最大積水時(shí)間超過12.0 h。嚴(yán)重內(nèi)澇造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，2007年10月初，臺風(fēng)“羅莎”挾裹40 a一遇的暴雨登陸杭州市，城區(qū)主要交通干道幾乎全面癱瘓，全市累計(jì)受災(zāi)人口超過21萬；2016年7月初，武漢遭遇連續(xù)強(qiáng)降雨，導(dǎo)致大范圍、長時(shí)間內(nèi)澇，大批居民被1 m多深的積水困在小區(qū)內(nèi)；2012年7月21日，北京遭遇61 a來最強(qiáng)暴雨襲擊，79人因此喪生，暴雨導(dǎo)致直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)116.4億元。

各大城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，損失慘重，嚴(yán)重影響市民的生活品質(zhì)，更暴露出我國在城市規(guī)劃和市政建設(shè)中存在一系列深層次問題。近30 a來我國城市化的加快進(jìn)一步放大城市內(nèi)澇災(zāi)害的不利影響。

造成城市內(nèi)澇的原因是多方面的，概括起來有如下幾點(diǎn)。

1.1 城市防澇標(biāo)準(zhǔn)偏低

長期以來，受水利行業(yè)和市政行業(yè)條塊劃分影響，我國一直都沒有全國性的城市內(nèi)澇控制標(biāo)準(zhǔn)[2]，以往所說的內(nèi)澇標(biāo)準(zhǔn)是水利上針對農(nóng)作物耐淹程度而定的，并不適用現(xiàn)在的城市內(nèi)澇。而市政專業(yè)遵循的城市排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如GB 50014 — 2016《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范年版》[3]，其設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期經(jīng)多次調(diào)升，特大城市中心城區(qū)也僅3 ～ 5 a，遠(yuǎn)低于一般發(fā)達(dá)國家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也不能滿足我國目前城市發(fā)展需要，對城市內(nèi)澇防治指導(dǎo)性不強(qiáng)。2017年7月，GB 51222 — 2017《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》[4]正式頒布，其中對各類別城市設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期首次正式明確為20 ～ 100 a，道路積水深度不超過15 cm，但對淹沒持續(xù)時(shí)間仍沒有提出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)踐證明，暴雨情況下城市道路、房屋建筑等重要建、構(gòu)筑物的淹沒頻率、道路（特別是低洼地段）淹沒深度和淹沒時(shí)間是關(guān)系城市居民生產(chǎn)生活最為重要的3個方面，共同構(gòu)成極端天氣條件下考核城市運(yùn)營是否安全的3大重要因素，缺一不可。目前我國城市排水等配套設(shè)施建設(shè)的普遍滯后與市民對美好生活的向往存在突出矛盾。在可以預(yù)見的未來，我國城市已有排水系統(tǒng)必將進(jìn)行大范圍更新改造，并興建新的排澇工程措施，持續(xù)加強(qiáng)城市運(yùn)維管理。為指導(dǎo)城市內(nèi)澇防治規(guī)劃的編制和相關(guān)設(shè)施的建設(shè)，盡快結(jié)合實(shí)際情況制定具有一定系統(tǒng)性、前瞻性的城市內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)體系。

1.2 城市調(diào)蓄能力減小

隨著城市的擴(kuò)張和發(fā)展，以往城外的行洪河道演變成城市的內(nèi)河，行洪能力大幅縮減。例如北京的前三門[5]，首段18.8 km護(hù)城河在解放后改為暗渠，大大降低雨洪水的通行能力。

同時(shí)，由于土地的高強(qiáng)度開發(fā)，城區(qū)地形地貌發(fā)生較大變化，城市水面率快速減少，河湖嚴(yán)重萎縮，蓄水空間縮小，原有的排洪通道被填淤塞。以武漢市為例，2010年水域面積比1991年減少約39%，1950年代主要城區(qū)湖泊127個，目前僅存38個，湖泊面積到1980年代已由1 581 km2縮減為874 km2，近30 a來，又減少了229 km2。

地表徑流改變也是一個不可忽視的重要原因。隨著城市內(nèi)不透水面積增加，蓄水面積減少，城市下墊面發(fā)生較大改變，徑流形成規(guī)律發(fā)生變化，同量級暴雨的產(chǎn)流系數(shù)增大，匯流時(shí)間縮短，使得洪峰流量增加，洪峰出現(xiàn)時(shí)間提前，城市雨洪影響加劇。

1.3 城市暴雨增多增強(qiáng)

迅速發(fā)展的城市加劇城市熱島效應(yīng)的形成（國內(nèi)外研究表明，一般百萬人口城市城區(qū)平均氣溫比郊區(qū)高0.5 ～ 1.0℃），也改變了城市降雨中心的分布和強(qiáng)度。城市建筑物加大了地表粗糙程度，城市向大氣排放的大量污染物漂浮在空中，這些都成為城市降雨總量增多，暴雨增加的誘發(fā)因素。國內(nèi)有專家[6]對浙江省北部6個大中城市的近40 a降雨資料、雨日的氣候變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究成果表明，這些城市年降水量呈正相關(guān)，但年降雨日數(shù)長期變化呈負(fù)相關(guān)。

綜上所述，大城市及高度城市化地區(qū)更易產(chǎn)生熱島效應(yīng)、雨島效應(yīng)，更容易成為區(qū)域的暴雨中心，高強(qiáng)度暴雨可能出現(xiàn)的頻率更高。

1.4 城市防洪能力提高

根據(jù)GB 50201 — 2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，重要城市防洪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期需達(dá)到200 a及以上，但受歷史因素等影響，各大城市實(shí)際防洪標(biāo)準(zhǔn)并沒有完全達(dá)到規(guī)范要求，城市擴(kuò)張后，大量高標(biāo)準(zhǔn)防洪提防相繼建設(shè)（提標(biāo)加固），事實(shí)上在一定程度上限制了澇水外排能力，對城市防澇也提出更高的要求，亟需有大致相當(dāng)規(guī)模的防澇治澇工程與之匹配。

可以預(yù)見的是，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)發(fā)展，重特大城市的防洪標(biāo)準(zhǔn)還要進(jìn)一步提高，特別是沿海地勢低洼的灣區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市群。據(jù)了解[2]，美國城市防洪一般采用100 ～ 500 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，荷蘭更是直接提升到1 000 ～ 10 000 a一遇的超高標(biāo)準(zhǔn)。城市防洪能力的提高倒逼排澇能力的大幅提升，這已經(jīng)成為城市管理中需要面對的突出的實(shí)際問題。

2 城市排澇問題的解決方案

實(shí)踐證明，城市排澇問題的解決需破解市政和水利2個行業(yè)的壁壘，從系統(tǒng)上研究解決處理方案。一般的，城市排水分2套系統(tǒng)，即小排水系統(tǒng)和大排水系統(tǒng)。小排水系統(tǒng)屬市政專業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)范疇，主要針對城市常見雨情，設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期較小，通過常規(guī)的雨水管渠系統(tǒng)收集排放；大排水系統(tǒng)則主要針對城市超常雨情，設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期較大，由城市河網(wǎng)水系（含隧道）組成，傳輸小暴雨排水系統(tǒng)無法傳輸?shù)膹搅?，是城市排澇系統(tǒng)的骨干通道。兩者相輔相成，不可或缺，共同運(yùn)轉(zhuǎn)，降低暴雨情況下城市道路、房屋建筑等的淹沒頻率，控制單次地面淹沒深度，縮短淹沒時(shí)間。

在以上“雙排水系統(tǒng)”的框架內(nèi)，國內(nèi)以往多關(guān)注的是城市淺層排水系統(tǒng)的改善，如市政排水管網(wǎng)的擴(kuò)容、城市河網(wǎng)的清理疏浚、重點(diǎn)低洼地點(diǎn)的快速排水措施等，對深層排水系統(tǒng)實(shí)踐較少，運(yùn)行調(diào)度缺乏經(jīng)驗(yàn)，解決效果和投資效益比也比較模糊。

2.1 城市淺層排水系統(tǒng)改善方案

城市淺層排水系統(tǒng)是古往今來解決城市內(nèi)澇問題的主要辦法，由市政排水管網(wǎng)、城區(qū)河網(wǎng)、綠地等組成。通?？梢酝ㄟ^擴(kuò)大排水管網(wǎng)過流能力、河道疏浚拓寬、增設(shè)排水泵站、擴(kuò)大城市綠地面積、重點(diǎn)易澇地段增設(shè)調(diào)蓄水池等多種方案予以綜合解決。

淺層排水系統(tǒng)的通暢性對于城市排澇至關(guān)重要，它能夠快速收集地表雨水，匯入骨干河道，解決面源洪水匯集問題，是城市內(nèi)澇防治的首要工程措施。多年以來，市政部門和水利部門結(jié)合海綿城市建設(shè)，系統(tǒng)加強(qiáng)了城市淺層排水系統(tǒng)的梳理，將城市防澇標(biāo)準(zhǔn)逐步提高。但一方面，在城市擴(kuò)張的過程中，由于系統(tǒng)排水規(guī)劃滯后，或原防澇標(biāo)準(zhǔn)偏低，城市建成區(qū)普遍沒有預(yù)留足夠容量的排水管道，河道寬度也被周邊已開發(fā)的地產(chǎn)限制，原河道水面被道路、建筑侵占，與建成前相比造成排水能力不可挽回的降低。另一方面，即使按低影響開發(fā)理念（LID）建設(shè)的新城區(qū)，也難以抵御城市極端氣候下的特大暴雨威脅。因此，城市淺層排水系統(tǒng)雖然對于防澇效果三要素的關(guān)聯(lián)更為密切，但針對我國現(xiàn)狀城市開發(fā)的情況，其作為唯一排水系統(tǒng)的角色，對于解決強(qiáng)降雨的成澇仍十分有限。

2.2 城市深層排水系統(tǒng)的解決方案

相比較城市淺層排水系統(tǒng)，國外早些年就開始大范圍推廣的城市深隧排澇系統(tǒng)工程是一種能夠高效緩解城市內(nèi)澇問題的重要工程措施。深層排水系統(tǒng)除進(jìn)水口和排水泵站少量占用土地外，其主體排澇隧洞深埋于地下30 m乃至更深的區(qū)域，置于所有市政設(shè)施（供電、供氣、供水、地鐵等）以下，充分利用地下空間，其配備強(qiáng)大水泵組后排水能力較地面開敞河網(wǎng)更為高效，不用大規(guī)模改造地面已有排水通道即可通過底層水流的快速拉空促進(jìn)雨洪的敞排，以快速提升地區(qū)防澇能力，將把城市建成區(qū)不利影響降到最低限度，為城市發(fā)展預(yù)留足夠的發(fā)展空間。

深隧工程在國外多個國家已經(jīng)有了較為成功的應(yīng)用[7-9]，如美國芝加哥深隧工程、巴黎深隧工程、日本首都圈外圍排水深隧工程等，取得了一些值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)，甚至衍生出更廣泛的用途。美國國家環(huán)保局（USEPA）也推崇深隧調(diào)蓄作為城市雨洪管理基礎(chǔ)設(shè)施之一[10]。

深層排水系統(tǒng)雖然工程費(fèi)用相對較高，但免于大面積征地拆遷和移民安置，在達(dá)到同樣效果時(shí)，其綜合運(yùn)行費(fèi)用可能優(yōu)于單純的淺層排水系統(tǒng)改善方案，性價(jià)比更高—以廣州東濠涌深隧為例[11]，前期分析研究表明，相對于淺層排水方案，深層隧道方案工程總投資不到前者的1/2。同時(shí)，深層排水系統(tǒng)征地拆遷量較小，基本不受城市已開發(fā)空間限制，運(yùn)行時(shí)基本不影響城市正常運(yùn)營，決策后即可開工建設(shè)；還可根據(jù)城市發(fā)展增設(shè)進(jìn)水口甚至增設(shè)新的排澇隧洞系統(tǒng)，及時(shí)滿足城市持續(xù)發(fā)展需要。汛期遭遇特大暴雨時(shí)通過淺層排水系統(tǒng)匯集雨洪及時(shí)入洞啟泵排出，平時(shí)也可作為地下水庫，滿足城市部分用水需求；由于啟閉方便，避免了其他排水工程重排輕滯的不足，為城市運(yùn)營保留必要的水資源。

3 深隧排澇工程的必要性和急迫性

3.1 深隧排澇工程建設(shè)的必要性

（1）改革開放以來，在城市發(fā)展的同時(shí)，開展了一系列城市防澇治澇工作，取得了一定的成績。但實(shí)際調(diào)研分析表明，我國城市內(nèi)澇防治能力仍偏低，近年來有越來越多的城市發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害，這種現(xiàn)象不僅限于南方濕潤地區(qū)，也擴(kuò)展到西北干旱區(qū)域?！俺鞘锌春！背尸F(xiàn)愈演愈烈的泛濫之勢。不下決心采取斷然措施，是很難遏制住城市內(nèi)澇的惡化趨勢，深隧排澇工程是緩解乃至根治城市內(nèi)澇問題的重要工程措施。

（2）近年來，以低影響開發(fā)為主題的海綿城市建設(shè)如火如荼，部分專家學(xué)者對其解決城市內(nèi)澇問題寄予厚望。但按照目前的《海綿城市建設(shè)試點(diǎn)技術(shù)指南》，海綿城市[12]建設(shè)試點(diǎn)的核心考核指標(biāo)是徑流總量控制率（實(shí)質(zhì)為降水總量控制率），對于全國不同地區(qū)，根據(jù)降雨多少采用70% ～ 85%的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，而這個標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于造成城市內(nèi)澇的場次降雨量。因此，海綿城市建設(shè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并不能應(yīng)對暴雨威脅，2016年很多海綿城市試點(diǎn)城市發(fā)生內(nèi)澇就是實(shí)例[13]。

實(shí)際上，這種建設(shè)模式首要功能是控制城市面源污染，通過對小雨全部徑流和大雨的初始徑流的入滲、調(diào)蓄及凈化，去除大部分城市面源污染負(fù)荷。海綿城市對解決“黑臭水體”問題非常有效，但其減緩內(nèi)澇、加強(qiáng)雨水利用的功能是次要的，對于特大暴雨，其減緩內(nèi)澇的作用更是微不足道。解決城市內(nèi)澇必須采取類似深隧這種短時(shí)段大流量抽排措施。

（3）可以在一定程度上緩解城市用水難題。我國總體上是缺水國家，人口及工業(yè)集中的城市區(qū)域尤甚，但每年卻有大量的雨水排入大海。大規(guī)模的排水深隧平時(shí)作為地下水庫，將雨水儲存起來，緩解城市水資源匱乏問題。據(jù)了解，北京擬建2條深隧廊道，總長約100 km，蓄滯能力可達(dá)800萬m3。

3.2 深隧排澇工程建設(shè)的急迫性

（1）深隧工程規(guī)模較大，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，且受城市各類用地限制，深隧豎井進(jìn)水口和施工通道布置條件極為有限；同時(shí)工期較長，如擬建的杭州市城西深隧排澇工程計(jì)劃工期達(dá)4.5 a，超過一般水利工程建設(shè)周期，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般市政工程建設(shè)周期。考慮前期論證時(shí)間，深隧項(xiàng)目從提出到完建一般需要7.0 ～ 10.0 a。因此，城市深隧排澇規(guī)劃建設(shè)均十分急迫。

（2）城市地下空間有限，除地鐵、交通隧道外，2019年又興起地下綜合管廊、地下商業(yè)城建設(shè)等，城建各領(lǐng)域均在挖掘利用寶貴的地下空間。隨著決策時(shí)間的延遲，排澇深隧的深度將一再降低，以承接上部雨水，并避免對上部已建成地下空間的不利影響，這必然會提高深隧建設(shè)難度、加大工程投資、延長工期，對立項(xiàng)和后續(xù)開工建設(shè)造成不利影響。因此，盡快開展深隧排澇工程是必要的。

（3）目前，我國城市仍處于高速發(fā)展階段，城市新建區(qū)為抵御內(nèi)澇災(zāi)害，普遍采用地坪墊高措施予以應(yīng)對；城市外圍防洪堤建設(shè)日臻完善；各項(xiàng)城市配套建設(shè)逐漸達(dá)標(biāo)；城市財(cái)富逐步累積，同類暴雨條件下城市建成區(qū)的內(nèi)澇威脅越來越大、損失越來越大，亟需深隧這樣的高強(qiáng)度排水工程早日參與城市強(qiáng)暴雨條件下的雨洪調(diào)度。

3.3 興建深隧排澇工程需注意的若干問題

（1）應(yīng)堅(jiān)持雨污分流。暴雨形成的雨洪和污水體量差別較大，水質(zhì)差別更大。雨水進(jìn)入深隧后，可以直接排入城外河道；也可以經(jīng)過自然沉淀，作為景觀用水，提高地表水的使用效益。污水需經(jīng)過專門的污水管網(wǎng)，通過污水處理廠處理，實(shí)現(xiàn)污水再生回用。雨污分流后，各工程功能更加明確，調(diào)度更加清晰，既能加快污水收集率，提高污水處理率，又避免污水對河道、地下水的污染，綜合效益得以體現(xiàn)。

（2）應(yīng)詳細(xì)考慮淺層排水系統(tǒng)和深隧排水系統(tǒng)的整體銜接。深隧排水系統(tǒng)是對淺層排水系統(tǒng)的補(bǔ)充和提升，兩者一起構(gòu)成城市立體排澇網(wǎng)絡(luò)，以此提高排水區(qū)域的防澇等級。深隧布設(shè)在地下，需要考慮進(jìn)水口與淺層原有排水系統(tǒng)（管網(wǎng)、河網(wǎng)等）的銜接，形成有利的匯水條件，否則深隧建成后不能充分發(fā)揮排澇作用，成為擺設(shè)，產(chǎn)生浪費(fèi)。

（3）深隧排水設(shè)計(jì)規(guī)模應(yīng)有一定的前瞻性，并重視深隧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。深隧工程建設(shè)難度較大、投資較高，受城市發(fā)展格局限制，進(jìn)出口和線路選擇并不多，因此規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對排水規(guī)模有一定的前瞻性。同時(shí)，深隧位于城市地下空間的最底層，運(yùn)行維護(hù)較為困難，因此在規(guī)劃設(shè)計(jì)之初，就應(yīng)高度重視深隧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、耐久性設(shè)計(jì)，在生命周期內(nèi)宜按免檢修設(shè)計(jì)。同時(shí)，應(yīng)特別重視對地下水的隔離保護(hù)，防止雨水污染地下水，應(yīng)采取必要、可靠的工程措施。

（4）應(yīng)加強(qiáng)工程維護(hù)管理。深隧排澇工程主要用于汛期暴雨工況下應(yīng)急排水，因此使用頻率較低，但保障程度要求較高。因此，需指定針對性的工程管理措施，加強(qiáng)設(shè)備日常保養(yǎng)和汛期災(zāi)害演練。

4 結(jié) 語

城市是現(xiàn)代社會的人類家園，城市水利是完善城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。2019年全國水利工作會議上，水利部提出當(dāng)前和今后一個時(shí)期水利改革發(fā)展的總基調(diào)是“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”。其中，全面提升我國水旱災(zāi)害綜合防御能力，完善城市防洪排澇基礎(chǔ)設(shè)施，就是水利工程補(bǔ)短板具體舉措之一。

面對愈演愈烈的城市內(nèi)澇問題，除加強(qiáng)天氣預(yù)警、擴(kuò)大城市淺層排水系統(tǒng)排澇能力等傳統(tǒng)措施外，更應(yīng)梳理現(xiàn)階段我國城市排澇存在的問題，從城市防澇規(guī)劃入手，吸取國內(nèi)外有益經(jīng)驗(yàn)，提出系統(tǒng)性、創(chuàng)新性、前瞻性的防澇治澇方案。深隧排澇工程排澇能力強(qiáng)、對城市建成區(qū)影響較小、綜合效益高，對城市防澇問題的緩解既有必要性又有急迫性，應(yīng)大力推進(jìn)設(shè)計(jì)論證和建設(shè)工作，保衛(wèi)城市長期運(yùn)營安全。