變化環(huán)境下城市暴雨致災(zāi)防御對策與建議

張楚漢 王光謙 李鐵鍵

1 清華大學(xué) 水利水電工程系 北京 1000842 水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點實驗室 北京 100084

2021年7月17—23日，河南省遭遇歷史罕見特大暴雨。7 月17—18日，降雨主要發(fā)生在豫北；19—20日，暴雨中心南移至鄭州，發(fā)生長歷時特大暴雨；21—22日，暴雨中心再次北移，并于 23日逐漸減弱結(jié)束?；仡櫿麄€降雨過程，鶴壁市累計面雨量最大，為 589 毫米；鄭州市次之，為 534 毫米，鄭州市總降雨量約 40 億立方米，相當(dāng)于蓄滿的北京密云水庫水量。2021年7月20日鄭州國家基本氣象站錄得最大日降雨量 624.1 毫米，采用 P-III 分布擬合鄭州站年最大日降雨量序列（不含 2021年）可知，7 月20日降雨量超“千年一遇”標(biāo)準(zhǔn)。7月20日 16—17 時，鄭州國家基本氣象站錄得小時最強(qiáng)雨量 201.9 毫米，突破我國大陸氣象觀測記錄歷史極值，此前 1975年8月5日河南林莊錄得最大小時雨強(qiáng)為 198.5 毫米。

河南鄭州“7·20”特大暴雨引發(fā)特別重大災(zāi)害：鄭州城區(qū)發(fā)生嚴(yán)重洪澇和次生災(zāi)害，洪水倒灌進(jìn)入地鐵、隧道、醫(yī)院等處；西部山丘區(qū)山洪溝、中小河流發(fā)生特大洪水，漲勢極為迅猛。鄭州市遭受重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，并導(dǎo)致大面積停水停電停網(wǎng)，嚴(yán)重影響城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此次災(zāi)害過程中，鄭州市因災(zāi)死亡失蹤 380 人，占全省的 95.5%。

河南鄭州“7·20”特大暴雨是在西太平洋副熱帶高壓異常偏北、夏季風(fēng)偏強(qiáng)等氣候背景下，2 個臺風(fēng)匯聚輸送海上水汽，與河南上空對流系統(tǒng)疊加，遇伏牛山、太行山地形抬升形成的一次極為罕見特大暴雨過程。國務(wù)院調(diào)查組調(diào)查認(rèn)定，河南鄭州“7·20”特大暴雨災(zāi)害是一場因極端暴雨導(dǎo)致嚴(yán)重城市內(nèi)澇、河流洪水、山洪滑坡等多災(zāi)并發(fā)，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失的特別重大自然災(zāi)害?？傮w是“天災(zāi)”，具體有“人禍”①國務(wù)院災(zāi)害調(diào)查組. 河南鄭州“7·20”特大暴雨災(zāi)害調(diào)查報告. (2021-01-21). http://www.gov.cn/xinwen/2022-01/21/content_5669723.htm.。

河南鄭州“7·20”特大暴雨強(qiáng)度和范圍突破當(dāng)?shù)貧v史記錄，遠(yuǎn)超出城鄉(xiāng)防洪排澇能力，是形成特別重大自然災(zāi)害的主要原因。此次特大暴雨距河南“75· 8”特大洪水災(zāi)害不足 50年，二者發(fā)生的天氣形勢、暴雨強(qiáng)度基本相似。北京市于 2012年發(fā)生“7·21”500年一遇特大暴雨造成 79 人遇難；僅隔 4年發(fā)生 2016年“7·20”特大暴雨，雖然日降雨量為 20年一遇水平，但全市降水總量超過 2012年“7·21”特大暴雨。

在全球氣候變化導(dǎo)致極端天氣頻發(fā)的背景下，城市暴雨洪澇日益多發(fā)，我們必須放眼全國，謀劃未來，建議：深刻認(rèn)識氣候變化和快速城市化對城市洪澇災(zāi)害防治的顯著影響，揭示特大暴雨形成和致災(zāi)鏈發(fā)展的機(jī)理；合理制定、實施城市建設(shè)與洪澇防治規(guī)劃，確保城市防御暴雨洪澇的工程能力達(dá)標(biāo)；科學(xué)開展防災(zāi)減災(zāi)管理與應(yīng)對，全面提高城市面對超設(shè)防暴雨洪澇災(zāi)害的減災(zāi)應(yīng)急能力。最終竭力做到遭遇超設(shè)防暴雨時人民生命有保護(hù)、城市運(yùn)行不癱瘓、國民經(jīng)濟(jì)少損失。

1 提高對變化環(huán)境下城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險的科學(xué)認(rèn)識

氣候變化和城市化共同作用，使城市暴雨頻率和強(qiáng)度提高，而城市暴雨產(chǎn)生洪澇災(zāi)害的形式復(fù)雜多樣，隨著我國城市數(shù)量和規(guī)模不斷增加，城市暴雨洪澇致災(zāi)頻繁、損失嚴(yán)重，有必要引起城市管理部門和人民群眾的充分重視，提高對城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險的科學(xué)認(rèn)識。

（1）氣候變化影響顯著。研究表明，未來氣候變化條件下，我國大部地區(qū)暴雨日數(shù)和降水強(qiáng)度都將有所增加。即便在《巴黎協(xié)定》溫升 1.5℃ 理想目標(biāo)實現(xiàn)的前提下，東亞季風(fēng)仍有增強(qiáng)趨勢，西太平洋熱帶氣旋多發(fā)、西太平洋副熱帶高壓偏北等天氣條件將有所增加[1,2]，京津冀豫遭遇特大暴雨的概率仍將增大。

（2）城市雨島效應(yīng)不容忽視。我國城市化成就顯著，大城市城區(qū)規(guī)模不斷擴(kuò)大，建成區(qū)面積超過 1000 平方千米的城市已達(dá) 6 個。城市熱島效應(yīng)影響大氣邊界層結(jié)構(gòu)，城區(qū)高層建筑群增加地表阻力，城市顆粒物排放為降雨提供凝結(jié)核。三方面因素均對城區(qū)氣候和降雨條件產(chǎn)生明顯影響，共同作用下使城市降雨更為集中，“雨島”效應(yīng)顯著[3-5]。在氣候變化、城市“雨島”效應(yīng)的共同作用下，氣候變化和城市化前后的氣象水文序列的一致性遭到破壞，城市特大暴雨更易刷新歷史紀(jì)錄，并使重現(xiàn)期較長的暴雨頻繁出現(xiàn)。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)設(shè)計建設(shè)的防洪排澇工程的絕對能力不變，但失效概率相對設(shè)計目標(biāo)升高。

（3）城市洪澇致災(zāi)形式復(fù)雜多樣。城市因當(dāng)?shù)丶案髤^(qū)域內(nèi)的強(qiáng)降雨而遭遇的洪澇災(zāi)害主要分為三類：城市毗鄰江河洪水、城區(qū)內(nèi)澇、城郊山洪及地質(zhì)災(zāi)害，可能產(chǎn)生的次生災(zāi)害則更為復(fù)雜。①城市毗鄰江河洪水。江河洪水的規(guī)模和影響范圍巨大，仍然是洪水災(zāi)害的首要形式。我國各級別城市多沿江河分布、依堤防洪，中等以上城市的堤防標(biāo)準(zhǔn)普遍在 100年一遇以上，重點防洪城市為 200年一遇。在氣候變化和部分河流因河道萎縮、擠占而行洪能力下降的條件下，必須未雨綢繆，認(rèn)清短板，高度警惕城市遭遇江河洪水災(zāi)害的“黑天鵝”事件。②城區(qū)內(nèi)澇。因城市當(dāng)?shù)乇┯瓿^其滯、滲、蓄、排能力引起，是發(fā)生在城市內(nèi)部的水災(zāi)害。城市地面硬化使徑流系數(shù)增大、匯流速度加快，人水爭地影響低地蓄水和河道排水空間，骨干排澇管網(wǎng)能力不足，外圍江河水位、潮位頂托，均可能成為引起或加重城市內(nèi)澇的主要原因。③城郊山洪及地質(zhì)災(zāi)害。城市郊區(qū)多有山地，部分城市依山而建，山區(qū)發(fā)生特大暴雨易引起山洪和滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，這類災(zāi)害局域性強(qiáng)、過程猛烈，工程防范和預(yù)報預(yù)警均較為困難，易引起人員傷亡。城郊仍在城市行政管理范圍內(nèi)，應(yīng)在城市暴雨災(zāi)害防御中一并考慮。

（4）城市化進(jìn)程快速發(fā)展，暴雨致災(zāi)頻繁、損失嚴(yán)重。根據(jù)住房與建設(shè)部公布的《2020年城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》，我國擁有城區(qū)人口百萬以上大城市 86 個；根據(jù)第七次全國人口普查的最新數(shù)據(jù)，我國城區(qū)人口 500 萬以上的特大、超大城市已達(dá) 21 個。城市基數(shù)與規(guī)?？焖僭鲩L，是我國城市超設(shè)防暴雨洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生、損失重大的主要原因?！冻擎?zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》（GB51222-2017）為城市內(nèi)澇防治規(guī)定了設(shè)計重現(xiàn)期：大城市 30—50年一遇、特大城市 50—100年一遇、超大城市 100年一遇，計算時一般采用年最大值法和日雨量。雖然我國各地氣候條件不同，但由于各城市均根據(jù)各自氣象數(shù)據(jù)確定不同重現(xiàn)期的暴雨量值，因此可統(tǒng)一估計我國城市總體遭遇超設(shè)防暴雨的頻次。以城市內(nèi)澇防治的設(shè)計重現(xiàn)期代表城市防御不同形式暴雨洪澇災(zāi)害能力的總水平，假設(shè)大城市均按 50年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，則我國平均每年有近 2 個大城市遭遇超設(shè)防暴雨；假設(shè)特大超大城市均按 100年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，則我國平均每 5年將出現(xiàn)一次超設(shè)防暴雨事件。因此，僅從概率即可發(fā)現(xiàn)，城市暴雨洪澇災(zāi)害是我國城市治理和應(yīng)急管理必須面對的重大問題，必須提高對城市洪澇災(zāi)害的風(fēng)險意識。

2 動態(tài)修訂規(guī)劃并加快構(gòu)建城市防御洪澇災(zāi)害的工程體系

城市洪澇災(zāi)害防御是一項系統(tǒng)工程，要在城市發(fā)展的空間布局中將防御洪澇作為剛性約束，在其基礎(chǔ)上完善標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，協(xié)調(diào)規(guī)劃，尤其要重視低洼地帶的行洪排澇能力、城市周邊的水利工程安全，并加強(qiáng)城市各類生命線工程隱患排查，全面建成城市防御洪澇災(zāi)害的工程體系。

（1）完善“以水定城”的內(nèi)涵，以剛性約束統(tǒng)領(lǐng)空間布局。完善“以水定城”的內(nèi)涵，既將水資源作為確定城市發(fā)展規(guī)模的剛性約束，又將防御洪澇作為確定城市建設(shè)空間布局的剛性約束。在城市規(guī)劃中通盤考慮城市降雨需要的滲、蓄、排空間，以防御災(zāi)害的剛性約束統(tǒng)領(lǐng)空間布局，保留、騰讓天然雨洪通道、蓄滯洪空間，避免人水爭地。

（2）完善標(biāo)準(zhǔn)、多規(guī)協(xié)調(diào)，補(bǔ)齊規(guī)劃短板。充分重視城市發(fā)展侵占蓄洪行洪空間、城市生命線遇水脆弱等問題，完善不同領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，協(xié)調(diào)國土空間、洪澇防御、市政交通、海綿城市、河道景觀等規(guī)劃目標(biāo)，統(tǒng)籌不同等級降雨的生態(tài)價值、資源利用、洪澇蓄泄等綜合目標(biāo)。全面考慮江河洪水防御、城市防澇排澇和城郊山洪防治，針對超設(shè)防暴雨，研究制定不同類型不同頻率的洪澇災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖。具體規(guī)劃中要考慮氣候變化和城市化的影響，補(bǔ)充新數(shù)據(jù)重新核算城市暴雨頻率曲線，復(fù)核城市防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)足欠賬，增強(qiáng)城市韌性。

（3）提升標(biāo)準(zhǔn)、蓄排結(jié)合，確保行洪排澇能力。城內(nèi)或跨城交通主干線與城區(qū)河流交匯地帶、城市大型低洼地帶等是城市面對超設(shè)防暴雨的主要風(fēng)險區(qū)，內(nèi)澇外排需求大。城市建設(shè)應(yīng)優(yōu)化蓄洪空間和排洪通道，加強(qiáng)主要風(fēng)險區(qū)的蓄滯與排澇能力建設(shè)，提升標(biāo)準(zhǔn)開展改造，如建設(shè)地表或地下蓄滯洪空間、建設(shè)排水深隧等。對于自排不暢、外水頂托等薄弱環(huán)節(jié)，確保抽排水能力達(dá)到設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，并在遭遇超設(shè)防暴雨時正常工作。對于遇城區(qū)邊界、城市邊界的情況，確保洪澇外排通道按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)“一路通暢”，不受行政管理邊界的影響。

（4）重視城市周邊水利工程安全。城市上游供水水庫、下游調(diào)節(jié)水庫等水利工程是城市防洪、水資源利用、生態(tài)景觀所需的重要基礎(chǔ)設(shè)施，但汛期便是下游老百姓“頭上的一盆水”，一旦出現(xiàn)險情將帶來重大災(zāi)害。要高度重視城市周邊水利工程安全，開展安全評估；加強(qiáng)調(diào)度管理，嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)度規(guī)則，減輕大壩壓力；加強(qiáng)安全監(jiān)測和險情巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時處置；加強(qiáng)水情監(jiān)測預(yù)報，在保障安全的前提下加強(qiáng)雨洪資源利用，防止集中棄水與暴雨疊加；嚴(yán)防極端情況下潰壩，加劇下游災(zāi)害。

（5）加強(qiáng)城市各類生命線工程涉水隱患排查。開展市政、水利、交通、電力、燃?xì)狻⑽锪?、教育、醫(yī)療、文體等城市基礎(chǔ)設(shè)施和生命線工程的涉水安全隱患排查。洪澇易在人口密集、設(shè)備集中的地下空間及低洼地段致災(zāi)，為此應(yīng)設(shè)置人員應(yīng)急避險、逃生的專門設(shè)施和應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)通過工程措施確保重要地下空間和地下生命線安全。

3 科學(xué)提升城市防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng)急管理水平

以精確天氣預(yù)報、精準(zhǔn)災(zāi)害預(yù)警為前提，強(qiáng)化領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任、明確部門職責(zé)、聯(lián)動響應(yīng)災(zāi)情，并在預(yù)報預(yù)警中充分利用信息化、智能化技術(shù)實現(xiàn)以人為本目標(biāo)，在避險減災(zāi)中強(qiáng)化社區(qū)組織能力，從而科學(xué)提升城市防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng)急管理水平。

（1）精確預(yù)報，精準(zhǔn)預(yù)警。① 精確的天氣預(yù)報是發(fā)布精準(zhǔn)防災(zāi)預(yù)警的前提。目前氣象監(jiān)測預(yù)報能力還不完全滿足城市防御特大暴雨災(zāi)害的需要，預(yù)報的降雨區(qū)域、時間、雨強(qiáng)不夠精準(zhǔn)，未達(dá)到空間到街區(qū)、時間到小時的程度。應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，提高災(zāi)害性天氣預(yù)報精度。② 明確區(qū)分災(zāi)害性天氣預(yù)報和洪澇災(zāi)害預(yù)警的性質(zhì)和作用，確保發(fā)布災(zāi)害預(yù)警的精準(zhǔn)性、及時性。研究完善城市暴雨內(nèi)澇預(yù)警關(guān)鍵指標(biāo)和監(jiān)測系統(tǒng)，南北方不同城市設(shè)立包括實測雨量、河流水位、城區(qū)積水、預(yù)報雨水情等可操作的洪澇災(zāi)害預(yù)警閾值指標(biāo)，納入防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急指揮系統(tǒng)。

（2）明確職責(zé)，聯(lián)動響應(yīng)。加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)干部責(zé)任意識和底線思維，落實各級政府防汛救災(zāi)的主體責(zé)任和各職能部門的具體職責(zé)，嚴(yán)格執(zhí)行防災(zāi)指揮制度和決策流程，理清城市洪澇防御的應(yīng)急管理職責(zé)與聯(lián)動機(jī)制，加強(qiáng)信息發(fā)布和組織動員能力。切實落實“大應(yīng)急”理念，研究氣象預(yù)報到災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警的傳遞機(jī)制，制定從政府組織發(fā)動、職能部門專業(yè)行動，到企業(yè)運(yùn)營單位應(yīng)急聯(lián)動、社會公眾積極響應(yīng)的高效快速應(yīng)急響應(yīng)聯(lián)動機(jī)制，建立暴雨洪澇災(zāi)害緊急情況下的高效協(xié)調(diào)決策和執(zhí)行機(jī)制，提升城市洪澇防御和應(yīng)急搶險能力。

（3）以人為本，智慧防災(zāi)。針對公眾在暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)展過程中信息不全面、不精準(zhǔn)、不及時，及引起的風(fēng)險意識薄弱問題，堅持以人為本，提高城市洪澇災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的信息化和智慧化水平，充分考慮人在災(zāi)害環(huán)境中的暴露情況，利用室內(nèi)外精確定位、應(yīng)急通訊和大數(shù)據(jù)技術(shù)，提高公眾信息接收和情勢感知能力，對暴露于特定時空受災(zāi)風(fēng)險的人群，通過手機(jī)應(yīng)急預(yù)警通知等方式有針對性地發(fā)布包含災(zāi)害后果的定制化預(yù)警信息，并提供迅速有效的行動指引。

（4）強(qiáng)化社區(qū)，救助生命。通過開展城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險評價，編制發(fā)布高精度洪澇風(fēng)險圖并動態(tài)更新，提高城市各類單位和居民社區(qū)、村對洪澇災(zāi)害的風(fēng)險意識。加強(qiáng)社區(qū)、村的宣傳教育、組織動員、應(yīng)急處置能力，落實社區(qū)、村的逃生通道、應(yīng)急通訊、儲備物資，在洪澇災(zāi)害風(fēng)險教育、群測群防、預(yù)演預(yù)練、避險救助中發(fā)揮作用，實現(xiàn)救助生命的根本任務(wù)。