上游沿江城市防洪規劃初探
發布時間：2010-01-14 共1頁
城市防洪規劃是城市防災規劃的一個重要組成部份。我們一般所指的城市防洪規劃是一個廣義的概念，實際上它包括外排和內排即江河防汛和城市排水排澇兩個方面的內容，由于兩者既相對獨立，又互相影響，下面將其作為不同的對象進行探討，進而將兩者聯系起來提出綜合的城市防洪措施。
一．江河防汛
上游江河沿岸城市流域面積少則數百平方公里，一般為數千平方公里，多則數萬平方公里，流域越小，洪水量就越小，洪峰經過城市的時間就越短，否則流域越，洪水量就越，洪峰流經城市所需的時間就越長。城市防汛則希望盡可能地削減和降低洪峰，使其最高洪水位低于設防洪水位，保證城市安全。通常采取的措施有下列幾種：
1.利用上游水庫調蓄洪水，削減洪峰
水庫的最低蓄水位與最高設計水位所能容納的水量之差即為水庫的有效調節容積，將汛期超過河流允許通行能力的洪水攔入水庫儲存起來，待河道洪峰過后，再將水庫攔蓄的洪水按一定的流量要求排入河道，這就是水庫調蓄洪水、削減洪峰的原理。
利用現有中型骨干水利工程或新建上游水庫調蓄洪水，是保證下游城市安全度汛的最有效方法，同時還可將水庫攔蓄的水量用作農田灌溉、水力發電、養殖等，是個一舉多得的工程措施，應結合流域綜合治理規劃、本地社會經濟發展規劃和技術經濟可行性論證優先考慮。
在一條江河干流沿線一般有多個水庫，這些水庫以串連的型式存在，同時某一級水庫還可能與其支流水庫相連，相對于江河干流來說，它們以并聯的方式運行，所有這些水庫共同組成一個水庫群
為了在防訊期間使每個水庫科學合理地運行，應對串聯或并聯的每個水庫水位與每段江河的流量進行適時探測，利用現代信息技術對每個水庫的進、出水量進行智能控制，聯合調度，使水庫群發揮其最的調蓄功能，盡可能使江河以平穩的流量宣泄，避免或減小洪峰，保證水庫下游城市的安全度汛。
2.修建防洪堤
在城市規劃區外圍建設防洪堤，防止外江洪水漫入規劃區，也是目前多數江河沿岸城市的一種主要防洪措施。這種措施主要適用于城區部分或全部低于設計洪水頻率的洪水位，而又不能面積提高規劃區地面設計標高的情況。對于呈組團布局的城市來說，每一組團的防洪堤設計防洪標準并不是固定不變的，應通過不同的防洪標準可減免的洪災損失與所需的防洪費用進行對比分析，并考慮堤段的服務人口、在整個城市中的社會經濟地位以及服務面積等因素綜合論證確定。
防洪堤的斷面形式主要有斜坡式、直墻式以及直斜復合式三種。斜坡式占地較多，比較適合于土堤，有條件的城市可采用這種防洪堤，并植草護坡，實現河堤生態化。若城市用地有限，可采用直墻式防洪堤，但這種防洪堤缺乏親水性，景觀單一，因此可根據用地布局及城市景觀的需要，在不同的堤段使用不同的斷面形式，如濱江公園及其周圍采用生態河堤，居住及商貿區采用直墻式河堤。
3.整治河道
如果下游河段行洪不暢，就會致使上游河段雍水，抬高洪水位，整治河道的目的是為了水流順暢，增流速，使江河的行洪能力得到提高，降低洪水位。河道整治主要包括以下三項內容：
（1）清障：即清理河道行洪斷面上的淤積物、樹木、建（構）筑物、阻水橋墩等；
（2）疏浚和擴行洪斷面：沿水流方向加寬改造瓶頸處的河床、清除兩岸局部凸起的坡腳、加深擴寬河道，增加行洪流量。
（3）截彎取直：在地形條件允許的情況下，將“S”形、“Ω”形河道改造成“一”字形河道，以減小流程長度，增水力坡度，提高行洪能力。
4.小流域綜合治理
山區、丘陵農村應以水利建設為重點，堅持“改土、改水、興林、建園、修路、辦電”綜合治理的原則，力提倡新建小水庫、山堰塘或蓄水池，這不僅有利于農村抗旱、水土保持，對江河洪峰流量也有一定的消減作用。
植樹植草，封山育林不僅有利于改善氣候環境，維護生態平衡，還有利于保持水土、涵養水源，通過土壤和植物根系對氣降水的充分吸收，將地表直接徑流入江河的水量控制在最低的限度，使洪水總量得以減少。通過流域內小環境的形成和氣候的改善，既可減少流域內滑坡、泥石流等地質災害，還可降低下游城市的洪水位，因此植樹造林不僅是利國利民的生態環境工程，同時也是下游流域內最有效的防洪工程之一。
二．城市排水排澇
城市排水（指雨水）和城市排澇是兩個相互聯系的不同概念。城市排水泛指城市規劃區內雨水及周邊小范圍山洪等雨水排除；城市排澇特指地勢平坦的低洼地區，由于排水不暢或外江水位高于規劃區，區內雨水不能正常排除時需采取的工程措施。城市排水排澇規劃的目的就是要使規劃區內的氣降水和流入規劃區的山洪迅速排出規劃區，避免城市受淹、地面積水、地下水位升高、建筑物沉陷開裂、地面濕陷坍塌等現象。城區排水常見的兩種情況及解決方案如下：
1.周邊無山洪的城區雨水工程規劃，根據地形坡度小主要有兩種排水方案：
（1）規劃區地形如果較周邊高，或者規劃區呈單面緩坡狀，將十分有利于城區雨水排除。為了保證城市用地的完整性，雨水管渠一般沿規劃道路布置。根據規劃的地形整治，將整個雨水系統劃分為若干個排水區域，每個區域即為一個獨立的管系，其干管應與受納水體呈正交布置，使各管系以最短的距離排入水體，節省工程造價。
（2）當城市地形向受納水體方向傾斜坡度較，為避免排水干管坡流速而造成嚴重的管道沖刷，應沿等高線平行方向劃分排水區域，使各管系的干管沿等高線方向布置，并在數條干管的末端敷設一條與等高線正交的主干管，主干管上設置跌水井以降低沿線流速。
至于雨水管系的水力計算，在《給水排水設計手冊》和多種教科書中已有詳細介紹，且筆者已編制有方便適用的工程規劃設計電算程序，此不贅述。
2. 規劃區周邊有山洪的排水方案
當規劃區上游有流域面積數平方公里的山洪時，有條件者應將山洪改道，避免流經規劃區，因為山洪流經規劃區時，將對規劃區產生現實的或潛在的危害，輕者增加河道維護費用，重者造成洪水滯留或淹沒，甚至將泥石流災害帶入城市。如實在不行，也可將山洪引流經規劃區邊緣通過。
當規劃區外圍的山洪不可避免地要從規劃區穿過時，應盡量利用原有河道，以減少不必要的工程量。若需改道則應盡量使河道與受納水體正交，這樣及節省投資，又可減輕山洪的潛在危害。穿越城區的河道需結合城區雨水排除進行斷面設計，同時進行河道整治，如清障、穩定河床、加固岸坡。
3.城市排澇
在平原或低洼地區，如因受納水體水位高于規劃區或因區內雨水系統自身排水不暢，將導致規劃區長期積水，產生澇漬災害，并可能引起規劃區建筑物沉陷，危及城市安全，因此需采取排澇措施。當澇漬區積水無法通過重力流排入受納水體時，最有效也是最直接而迅速解決辦法就是建設排澇泵站。但是排澇泵站投資、維護費用高、利用率低，除非迫不得已，否則盡可能避免設排澇泵站，為了最限度地降低排澇泵站規模，規劃應遵循以下原則：
（1）有條件將雨水通過重力流排入江河的所有地段或片區，在其低處設置截洪溝，均以自流方式排放；
（2）充分利用規劃區內的容泄區（如公園水體、湖泊、坑塘和洼地等）的調節功能調蓄流量，以降低排澇泵站的設計流量。
三．最不利條件下的城市排水方案
最不利條件是指汛期時外江洪水位高于城市規劃區，而同時規劃區及其周圍又出現暴雨，山洪進入規劃區的情況。對于周圍屬于山地的沿江城市來說，這種情況是比較普遍的。在這種情況下，沿江低洼地帶往往形成澇災，在城市總體規劃和詳細規劃編制過程中，規劃設計人員的須引起高度重視，經過較長時間的工作實踐，筆者提出如下解決方案與各位同仁商權：
1.按規劃的設防標準建設防洪堤，防止外江河水對規劃區造成威脅。根據規劃區建設時序的安排及經濟承受能力，防洪堤的建設可按近遠期分步實施，比如遠期50年一遇的設防標準，近期可按20年一遇標準實施，遠期按50年一遇標準改造，當然如條件許可能實現一步到位是最為理想而一勞永逸的方案。
2.城市防洪部門應提供必要的當地水文、氣象及其它有關資料，并提出合理化建議。城市防洪系統需要綜合考慮的因素很多：比如外江的常年水位、設計頻率的洪水位、行洪時間長短、規劃區地面與外江洪水位的高差、規劃區內降雨與外江洪峰同時出現的概率、山洪的洪水過程線、規劃區地形、規劃區內有無滯洪區及滯洪區小等，因此城市防洪系統需要根據規劃區的實際情況并結合多種因素綜合考慮，提出幾個方案，再經經濟技術比較決定。
3．城市防澇的措施主要有兩種：設置滯洪區和建設排澇泵站，或者是兩者的結合。一般說來，下游城市洪水過程時間較長，滯洪區洪水的長時間滯留可能引起規劃區的嚴重浸漬，有些低洼地區甚至低于江河常年水位，因此這些城市不僅需設滯洪區調節洪水流量，而且還須建設排澇泵站，及時將洪水抽升至規劃區外。而上游沿江城市的江河漲水歷時和峰頂時間較下游城市短，如嘉陵江干流一次洪水過程約2～7天，峰頂時間一般僅為2～5小時，并且規劃區往往都高于江河常年水位，規劃區內滯留的洪水在較短時間內即可自流排放，因此筆者認為，西南地區部分沿江城市，應以滯洪為主，使洪水在滯洪區內作短暫停留，待外江水位消減后將其以重力流方式排除，除極個別特殊情況外，盡量避免設置雨水泵站。
4.城市規劃區寸土寸金，滯洪區用地應力求節約，而盡量減少滯洪量是最有效的措施，主要有兩種方法：
（1）上滯：如在規劃區上游有較流量的山洪時，應將山洪阻滯在規劃區上游，建設臨時或永久性的上游水庫（或堰塘），這類調節設施容量不，一般在百萬立方米以內，而且可以在城市排水最不利條件時啟用，平時仍可用作農田。小型上游水庫不僅有利于城市防洪，節約城市用地，而且有利于農田灌溉。
（2）側引：如在規劃區兩側有較流量的山洪流經規劃區時，應設置截洪溝將山洪引至規劃區邊緣泄于外江，避免在規劃區滯洪。值得一提的是，采用這種方式還需考慮到外江行洪期間，山洪能否順利排泄，如若不行，則須在規劃區邊緣截洪溝一側修建防洪堤。
5．滯洪區有效容積的確定：進入滯洪區城市雨水及山洪我們稱之為來水，從滯洪區流入外江的洪水稱為去水，計算時段內來水量和去水量之差，就是滯洪區所需的有效調節容積。計算時段應為外江洪水位高于滯洪區水位時規劃區的連續降雨歷時。當外江洪水位高于滯洪區水位時，區內城市雨水及山洪匯入滯洪區，當外江洪水位低于滯洪區水位后，區內雨水自然泄入外江，這需要依據來水的洪水過程線和外江的洪水過程線建立數學模型進行計算。當然這樣計算得出的數據U是一個理論值，是最不利條件下的一個極端值，實際上，當外江出現設計頻率洪水位的同時規劃區及周圍又出現暴雨的幾率是較小的，用上述方法計算出來的有效容積應進行適當折減，否則將造成一定的工程浪費。折減系數K主要由規劃區的社會經濟地位、外江漲水與規劃區暴雨同時出現的概率、規劃區的地質情況、澇災區面積小等因素決定。由洪水調節容積理論值U與折減系數K相乘求出設計調節容積V.
6.滯洪區面積的確定及滯洪區布局：城市建設改變了暴雨洪水的產匯流關系，舊城市周邊或新規劃區原有的湖泊、水域本具有一定的排水和蓄洪的功能，但新規劃區建成以后，土壤滲透系數將比自然狀態下的滲透系數為減小，徑流系數增，洪量隨之加，原有湖泊、水域的蓄洪能力就已經不能滿足要求，然而由于城市土地資源有限，地價高，隨著城市的發展，原有的這些湖泊、洼地、池塘、河溝還將不斷被填平，河道泄洪排澇能力下降，對洪水的調蓄功能也隨之消失。這就要求在編制城市規劃時，特別是在建設防洪工程時，既要保證滯洪區足夠的用地，同時又要注意節約土地和綜合利用土地，科學計算滯洪區用地面積、合理進行滯洪區布局：
（1）滯洪區總面積：首先根據規劃區設計地面標高和安全超高確定滯洪區設計水位，再根據規劃區具體情況確定滯洪區有效水深，所謂有效水深是指設計水位與最低水位的高差，最低水位不能低于外江的常年水位。根據滯洪區有效容積和有效水深并考慮到庫（池）邊坡的因素，即可求出滯洪區總面積。
（2）滯洪區布局：城市用地布局規劃時，應結合城市景觀的建設將滯洪區布置于地勢低洼地區如防洪堤附近、古河道，或利用現狀水體，盡量避開行政、商貿中心區，由于滯洪區是按照洪水設防標準設置的，設計水位理論上為諸如二十年、五十年或百年一遇，而實際上以一年一遇的水位最為常見，為了盡量利用滯洪區寶貴的土地資源，我們可考慮將其作為停車場、綠地或城市公園，但禁止在其中設置永久性建筑物，以免洪期到來時造成損失。
7.滯洪區匯水面積內雨水管道及雨水出口布局：
滯洪區服務范圍內，汛期由于規劃區內雨水無法正常泄入外江，因此各雨水管道流向只能指向滯洪區，而且雨水管道須按上述最不利條件進行水力計算。這也就是說，外江即使處于常年水位，區內的雨水也只需排入滯洪區，防洪堤上就不再需要設置雨出水口了，因為即使設了也是多余的，而且其運行管理也很不方便。一般來說，一個獨立的滯洪區就需設一個雨水出口與外江相連，并在防洪堤的一側設置電動閘板。當滯洪區水位高于外江時，閘板開啟，而當外江洪水位高于滯洪區設計水位時將閘板關閉，以防止外江洪水倒灌入規劃區，保證城市安全。
總之,城市防洪排澇直接涉及到城市安全問題，須引起有關部門特別是城市規劃和建設部門的高度重視。規劃應在充分掌握流域內河流洪水特征、規劃區及周圍山地地形和面積、本地氣象水文等第一手資料后，運用科學的技術手段，分析制定出幾個近遠期緊密結合的防洪排澇規劃方案。根據外排和內排相結合，自流或滯流為主，泵站提升為輔的原則，通過技術經濟比較，優化選定出經濟合理的規劃實施方案。科學地計算滯洪容量，合理布局滯洪區用地，并盡量利用停車場、綠地、操場、公園等地勢較低的公共場所的調蓄洪水的功能。
