武汉城市暴雨内涝成因分析及预防措施

1、第 3 1 卷 第 3 期2 0 1 4 年 9 月长 江工程职业技术 学 院 学 报journal of changjiang engineering vocational collegevol 31 no 3sep 2 0 1 4武汉城市暴雨内涝成因分析及预防措施邹林1，2 ，洪林1 ，彭才喜3(1 长江工程职业技术学院，武汉 430212;2 武汉大学水资源与水电科学国家重点实验室，武汉 430072; 3 长江水资源保护科学研究所，武汉 430050)摘 要:武汉，百湖之城，近年来饱受暴雨洪水的侵扰，给市民的生产与生活带来诸多不便。主要从武汉的自然地 理条件、气象因素、人为建设、规章制

2、度等角度出发分析形成城市内涝的原因，借鉴国内外先进的治理经验，结合武 汉市的实情提出预防或减轻城市洪涝灾害的工程措施与非工程措施。关键词:城市内涝;工程措施;非工程措施中图分类号:tu998 4文献标识码:a文章编号:1673-0496(2014)03-0001-03on causes and prevention measures of flood and waterlogging in wuhanzou lin1，2 ，hong lin1 ，peng cai-xi3(1 changjiang engineering vocational college，wuhan 430212 ，chin

3、a;2 wuhan university，wuhan 430072，china;3 changjiang water esources protection institute，wuhan 430050，china)abstract:wuhan，a city with hundreds of lakes，has suffered from rainstorm and flood in recent years， which cause lots of inconvenience to citizens daily life and production after analyzing the

4、reasons of wa- terlogging from natural and geographical conditions，climatic factors，artificial construction and rules and regulations，by drawing lessons from advanced foreign governance experience and considering the actual situation of wuhan，finally engineering and non-engineering measures are put

5、forward to prevent and miti- gate flood and waterlogging in wuhankey words:waterlogging; engineering measures; non-engineering measures量102 1mm，暴雨多集中在 5 10 月份，其间降雨量 占全年的73 6% ;常年暴雨渍涝灾害较频繁，暴雨日1武汉市自然条件及主城区排水现状武汉市位于江汉平原东部，地处东经 11341 11505，北纬 2958 3122，长江与汉江在境内交 汇，地形属于残丘性河湖冲积平原。武汉市总的地 形为北高南低，以丘陵和平原相间的波状

6、起伏地形 为主;属北半球亚热带湿润季风型气候，常年雨量充 沛，日照充足，四季分明，同时受大陆性气候影响，冬 冷夏热、雨热同季、旱涝灾害突出;多年平均降雨量 1 280 9mm，最大年降雨量2 105 3mm，最小年降雨 量575 9mm，最大日降雨量317 4mm，最大小时降雨收稿日期:2014-06-03基金项目:武汉城建委武汉市雨洪实时预警预案系统研究阶段性 成果，项目编号 201118。作者简介:邹 林(1977-) ，女，湖南常德人，硕士，副教授，主要从事 水利工程专业教学与管理工作。数年 均 5 天，最 多 时 达 12 天，多 年 平 均 蒸 发 量927 1mm。目前，武汉市城区

7、排水分为汉口、汉阳、武昌三 大片 区，总 共 22 个大的排水系 统，汇 水 面 积 198km2 ，其中 14 个为外排系统。2004 年武汉市各 类排水管涵共计1 730km，明渠 145km，建成区排水 管网密度为7 45km / km2 ; 泵站 69 座，其中 44 座外 排泵站将雨污合流废水分别排入长江、汉江和府河， 总抽排能力381 82m3 / s;污水处理厂 5 座、各类闸口 47 座。中心城区内汉口、汉阳城区及武昌旧城排水 体制主要为雨污合流制，原武昌水果湖、青山地区及 90 年代后建设的沌口、东湖开发区排水管网为雨污 分流制。武汉市主城区排水系统存在的主要问题是 雨水排放

8、标准偏低，管网覆盖率低，合流制管道比例 大，污水集中处理率低，设施老化。邹 林，等 武汉城市暴雨内涝成因分析及预防措施2 城市内涝灾害成因分析我国部分城市地区每到雨季，都会频发暴雨内 涝灾害，其中武汉地区尤为明显。究其原因，大体上 是自然因素和人为因素叠加所致。自然因素导致强 降雨或连续降雨，人为因素导致排水不畅。现分述 如下。2 1城市地理地形 武汉市地处江汉平原，地势低洼，其中汉口地区地形平坦，平均海拔 22 24m，汉阳地区和武昌地区 地势起伏较大，有部分丘陵地带，平均海拔在 20 24m。纵观武汉三镇地势较为低洼，部分地区平均 海拔低于长江多年平均洪水位 23 87m( 汉口水文 站)

9、。每到雨季，同 时也是长江和汉江的汛期，长 江、汉江的水位高出部分城区地面，城市雨水都得通 过泵站抽排入江，极易形成内涝。2 2 高强度暴雨频发降雨的产生主要受三个因素影响:( 1 ) 充足的 水汽;(2) 气流上升达到饱和状态;(3) 足够的凝结 核。其中，对于武汉市而言，由于特殊的气候及地理 位置，导致武汉市在梅雨季节有足够的水汽，而随着 城市化进程的加快，城市的“雨岛效应”和“混浊岛 效应”则会进一步提供其他两个条件，导致城市地 区高强度暴雨频发。“雨岛效应”是指城市高楼的 不断兴建导致空气流通不畅且风速减小，再加上汽 车尾气、空调超常排放的热量在城市上空形成的热 气流，最终导致降雨量和

10、降雨时间的增加。“混浊 岛效应”是指城市上空尘埃等“凝结核”高于周边地 区，水汽容易形成降雨，从而增加降雨量。城市“雨 岛效应”和“混浊岛效应”都会不同程度的放大降 雨，如柳笛(2009) 通过对武汉市区和郊区多年的降 雨量进行统计分析，发 现市区由 于“雨 岛效应”和 “混浊岛效应”使得降雨量明显高于郊区。同时全 球气候在逐渐变暖，极端天气日益频发，更进一步导 致暴雨强度、持续时间和频率的加大。2 3 湖泊等自然调蓄设施的减少武汉市号称“百湖之城”，湖泊星罗棋布，河网 纵横交错，这些湖泊、河网、洼地等是天然的雨水调 蓄设施，具有良好的涵养下渗量、调蓄径流量的功 能。但是随着城市建设的发展，越

11、来越多的湖泊被 填筑破坏，人为导致城市自然调蓄分流能力的减弱。 据武汉市水务局调查数据显示，武汉城区湖泊数只 剩将近 40 个，不及建国初的三分之一，湖泊面积萎 缩 34 万余亩，这大大降低了该市的雨水自然调蓄错 2 峰能力。同时由于城市化进程的加快，担负排涝的 城市内河淤积现象越来越严重，这些会引起河网过 流断面的减小，进而导致排水能力的减小，从而会进 一步加剧城市内涝灾害。2 4 城市不透水面积的增多自然土壤具有吸收和涵养水分的功能，通过将 雨水渗入地下，并与土壤水和地下水间进行相互转 化，使雨水回归到自然中，进而维护城市水循环系统 的平衡。而城市不透水面积的增大，使自然土壤逐 渐被硬化甚

12、至被城市沥青路面等几乎不透水层覆 盖，切断了雨水下渗途径，大幅减小土壤下渗量，增 大地表径流量和径流系数，使原本该下渗到地下的 水资源变成了内涝灾害的一个重要源。据湖北省年 鉴记载，1989 年武汉市实有铺装道路面积为1 016万 m2 ，至 2004 年已达到3 583 万 m2 ，增 长了3 53 倍。 由于武汉市区铺装道路多以不透水的沥青、水泥路 面为主，因此这种建设大大增加了城市的不透水面 积。此外不透水面积的增大会导致原始地面的曼宁 系数大幅减小，从而缩短雨水汇流时间，进而增大管 网雨水流量和管网负担，大幅提高城市暴雨内涝的 风险。如王紫雯 ( 2002 ) 统计报告显示，杭 州市区

13、 1991 1993 年径流系数较 1960 1965 年增大了 1 倍，同时地表径流量增大了 4 倍。2 5 城市排水系统不够完善首先，国内的城市排水设计标准普遍比国外低 很多，按照室外排水设计规范 gb50014-2006的要 求，城市一般地区排水系统的设计暴雨重现期是 1 3 年，重要地区一般为 3 5 年，特别重要地区采 用 10 年或以上。武汉市设计暴雨重现期平均为 1 年，北京市也才 2 3 年。而美国纽约是 15 年，日本 东京是 5 10 年，法国巴黎是 10 15 年。并且在国 内，排水管网直径超过 3m 的几乎没有，而欧美地区 一些国家的排水管道则建设得像“宫殿”。其次，我

14、国部分城市排水系统往往是雨污合流， 管道淤塞严重，暴雨来临时容易产生内涝。而且在 国内还有部分城市雨水污水管出现错接，当污水管 接到雨水管中会导致污水直接排入城市内河，造成 天然水体污染;当雨水管接到污水管中会因为排水 能力不够，容易在地势低洼的地方形成雨水倒流、反 淹路面的现象。据不完全统计，武汉市共有雨污合 流区域面积86 5km2 ，其 中汉口地区65 5km2 ，主 要 分布在汉江大堤、张工堤和铁路所限的老城区;汉阳 地区8 2km2 ，主要为钟家村和鹦鹉洲尾地区; 武昌 地区为12 8km2 。再次，我国城市建设一般是重地上，而轻地下，2014 年 9 月长江工程职业技术学院学报第

15、31 卷 第 3 期排水系统的建设远远跟不上城市化进程。武汉市汉 口老城区部分建国前铺设的管网直到现在还未扩 改，显然已经跟不上排水要求了。在国内还有部分 城市会出现地下排水系统基础建设缺乏统筹规划， 当新城区开始建设发展时排水系统伴随着建设，但 没有为未来发展留有空间，随着新城区逐渐发展成 为人口集中的中心城区时，以前随之建设的排水管 网却不能满足急剧膨胀的排水需求。2 6减灾应急保障能力不足首先，防洪排涝减灾意识不强。防汛减灾知识 的普及不够，社会动员能力不强，群防群治的组织体 系不健全。未能定期进行防汛演练，广大市民和相 关部门遇到紧急情况时，存在被动应付、应急措施不 到位、防范能力较差

16、的情况。不少城市居民防灾警 惕性不高，应对突发性洪涝灾害的意识淡薄，缺乏相 应的防灾、避险、自救、互救知识与能力。城市经常 受淹的低洼地带和下凹式立交桥，缺乏必要的警示 标记，遇突发暴雨极易引发人员伤亡事件，教训十分 深刻。其次，应急预案不完善，缺失。有关部门和有关 行业的应急专项预案，未能保证防汛成员单位的职 责分工充分落实，对如何及时并广泛预报暴雨信息， 保障防汛电力设施的电源供应和抢险修复，保持无 线通信畅通，保证街道、路面和立交桥下排水设施顺 畅，以及保障高效有序抢险救灾，仍须改进和提升。再次，应急管理和快速处置能力不够。在如何 健全防汛指挥的运行机制，增强洪涝监测、预报、预 警、调控

17、与决策支持能力，完善各部门各行业参与的 城市灾害应急联动机制，建立具有快速反应能力的 内涝专业抢险救援队伍，保障防灾避险物资储备等 方面，还需要进一步加强。3对策3 1提高雨水道设计重现期我国一些大中城市的发展与兴建，主要是在上 世纪 80 年代以后，这些城市的雨水道大部分是发展 时修建的，如果说建国初期限于当时的国家经济条 件用低设计标准是完全可以理解的话，在经济不断 发展后，为什么迄今一直用很低的设计标准呢? 这 是实实在在造成 80 年代后新建和扩建的城市区域 暴雨积水的历史原因。几十年来，欧美国家的城市雨水道设计标准一般 用重现期 10 年，建议武汉的设计标准为 5 10 年。提高雨水

18、管道设计重现期是工程措施，是从根本上解决城市内涝的举措，需要政府加大投入力度。3 2排水系统排蓄结合排蓄结合措施国外有良好的经验可借鉴，如日 本千叶县的雨水调蓄设施、德国新型雨水处理“洼 地渗渠系统”、芝加哥“隧道水库工程”、吉隆坡 聪明隧道三级变、荷兰鹿特丹下沉式市民休闲广场 等。调蓄设施主要由洼地、渗渠、透水路面、透水广 场、渗水井等雨水可渗入的设施组成。周围堤岸上 设计保留了原有的地形、地貌和植被、植物。湿地周 边水生植物茂盛，坡面上做了绿化，在保持良好净化 作用的同时使景色清新自然，吸引了附近居民和儿 童前来休闲、玩耍。在枯水期，景观池维持整个调蓄设施中唯一的 亲水区域，人们可以到这里

19、来散步、娱乐和休闲;在 丰水期，当暴雨来临时，警报提醒游人疏散，此时，这 些设施与带有孔洞的排水管道连接，形成一个分散 的雨水处理系统，作为雨水调蓄渗透塘进行蓄水，暴 雨过后储蓄的雨水下渗，在削减洪峰流量的同时补 充地下水源。通过雨水在低洼草地中短期储存和在渗渠中的 长期储存，保证尽可能多的雨水得以下渗，不仅大大 减少了雨洪径流，同时由于及时补充了地下水，可以 防止地面沉降，从而使城市水文生态系统形成良性 循环。3 3屋顶绿化在城市防洪方面，屋顶绿化可起到一定作用。 当雨水降落在裸露的屋面上时，会迅速流到地面，由 高处流向低处的城市排水管道，增加了排水管道的 压力，减弱了城市抵御自然灾害的能力

20、。将裸露的屋顶进行绿化，当雨水降临时，植物、 土壤可以有效地吸纳和滞留雨水，起到了截流作用。此外，屋顶绿化还可以降低城市热岛效应，具有 吸纳可吸入颗粒物、净化空气、延长建筑使用寿命、 治理城市水泥化、改善城市空中景观等作用。武汉 市是有名的火炉之一，屋顶绿化可谓一举多得。 3 4加强排水设施保护、宣传教育等软件手段由城市水务管理部门协同相关单位，制定排水 管网设施保护的规章制度，加强设施的日常维护和 保养，尤其在暴雨季节来临之前，要专项检查、清理、 维修排水管网，保证排水畅通。在市民中加大宣传 教育的力度，引入惩防机制，保障排水设施完好，排 水管路通畅。3 5加强城市防洪预警和应急处理能力 与

21、武汉市气象部门联合起来建立暴雨天气预报( 下转第 9 页)2014 年 9 月长江工程职业技术学院学报第 31 卷 第 3 期时纠正。埋设护筒后，根据孔口标高、桩底标高精确计算 孔深( 桩深)。准确丈量钻具，保证钻孔深度。在终 孔后将钻头提高离孔底 10 20cm 慢速空转，并配 置优质泥浆补充进行第一次清孔，清孔时间不少于 30 分钟，下完导管后进行第二次清孔，孔底沉渣不 大于 50mm 后立即灌注混凝土。混凝土采用商品混凝土，运输与浇筑质量必须 满足设计及规范要求。拌和时间按有关文件及规范执行;按要求 测定混凝土坍落度，控制坍落度在 18 22cm;按 现行规范要求制作抗压强度试块;道路平

22、整，采用 混凝土罐车运输，防止离析;雨天运输应采用相应 措施，防止雨水进入混凝土而导致配合比发生变化;灌注前后间隔时间控制在 30min 内;专人测定 混凝土面高度，准确计算导管埋深，严防将导管拨出 混凝土面而出现断桩，并做好灌注记录工作;混凝 土灌注用高平台浇筑，以确保桩顶混凝土质量。(6) 施工注意要点 钻孔灌注桩钻孔时严格控制钻进速度及泥浆比重，及时掌握地质变化情况，做好钻孔记录。钻进困 难时，分析其原因，检查钻头是否损坏，对于不同地 质层采取相应的措施。清孔采取二次清孔，清孔后测量孔底沉渣厚度， 要求控制在规范要求的 5cm 范围内。钢筋笼两侧每隔一定距离设限位装置，保证钢 筋笼的钢筋

23、保护层厚度，钢筋笼对接时接头不能在 同一截面上，应错开布置，焊接采用双面立焊，焊接 长度大于等于 5d( d 为钢筋直径)。混凝土浇筑时严格控制混凝土的坍落度，一般 控制在 18 20cm;浇筑第一盘混凝土时进行计算， 要求一次下料后导管有一定的埋深，后续混凝土浇 筑一般导管埋深不少于 2m，并由专人负责测探孔内 混凝土面高度，正确指挥导管的提升与拆除。为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应加灌 一定的高度，以便灌注混凝土后，即能显露出合格的 混凝土。3 2施工安全管理坚持“安全生产，预防为主”的方针，加强班组 管理，夯实安全工作基础，加大反习惯性违章力度， 消灭重大事故，尽量减少一般事故，控制年事故轻伤 频率在1 5以下。坚持以安全文明生产为基础，各 级领导为安全第一责任人，安全防护思想到位，坚持 各级控制事故的逐级责任制，使安全工作“纵向到 底，横向到边”。根据本