张晓菊，任大伟
(深圳市规划国土发展研究中心，广东 深圳 518040)
2019年中共中央、国务院在《粤港澳大湾区发展规划纲要》提出要强化城市内部排水系统和蓄水能力建设，建设和完善防洪(潮)排涝体系，有效解决城市内涝问题。深圳作为降雨充沛、建成度高、地形复杂的滨海城市，依据2015年的《深圳市排水(雨水)防治综合规划》，采用50年一遇的设计降雨标准，已初步构建由“雨水管网、排涝泵站、行泄通道、调蓄空间”组成的雨水排涝系统的雏形，全市内涝、积水的整治已取得了较大的进展，内涝灾害得到了一定的控制。住房和城乡建设部于2016、2021年出台《室外排水设计规范》和2017年《城镇内涝防治技术规范》，指出超大城市内涝防治标准为100年一遇，因此深圳市现有内涝防治体系有必要进行进一步的提升和完善。
城市化引起的深圳市建成度高、开发强度高、更新需求高的特点，使得下垫面不透水面积不断增大，改变原有城市水体自然循环的路径，使雨水洪峰提前、径流量增大，导致城市内涝频繁发生。城市内涝的发生是多方面因素导致的，包括随着极端天气的影响降雨异常频率增加、雨分布不均、随着城市的建设不透水面积比例不断加大导致径流量增大、雨峰增大、城市热岛效应等自然因素，以及排水管系设计标准偏低、地势低洼、排水管网建设落后、维护管理不到位等人为因素。
深圳市的内涝主要成因包括：①管渠设计标准偏低，管网整体排水能力不足；
②洪潮水位顶托，导致排水不畅；
③复杂的管理原因，例如建设中导致地势低洼、工程施工造成雨水主干管破坏，管道淤积、堵塞。
在深圳市这种高度建成、空间紧缺的区域条件下，如何通过新思维、新路径、新抓手，从多个层面探索内涝防治的方法和策略[1-2]，提升并完善与深圳城市新定位相匹配的城市内涝防治体系，将为深圳及类似城市内涝防治工作、提升城市暴雨灾害防御能力提供有效的科学依据和参考[3-7]。
本研究选取深圳河流域为典型区域，结合现有城市规划条件和排水雨水设施建设条件，按照100年一遇内涝防治标准开展内涝风险综合评估，明确现有内涝防治系统的短板和内涝风险区域。在此基础上，本研究提出通过“源头优化、适度提标、立体行泄、多元调蓄、洪涝共治”的多元手段和方法，以此优化城市内涝防治系统方案[8-9]，全面提升内涝防治能力，并对提升方案进行效果评估，以期为类似高度发展的滨海城市提供相关案例。
1.1 内涝治理情况
深圳市现状已建成分流制雨水管(渠)达7 000 km，其中现状雨水主干管网约1 600 km，另有截流、合流管渠将近1 200 km，雨水收集排放主干系统已基本形成；
现状行泄通道总长达1 230 km，其中大型涝水行泄通道总长度470 km；
现状已建雨水泵站89座，总设计规模达850 m3/s；
天然河道、水库、池塘湖泊、滞洪区、人工景观水体以及人工修建的雨水调蓄池等洪涝滞蓄空间共计251处。随着内涝点、积水点整治工作按序推进，全市内涝点数量已由2014年的446处减少到如今的内涝点256处、积水点53处。
受传统排水防涝思维影响，内涝整治的工作重点依然侧重于管网建设、涝区治理等传统工作内容，对于规划提出的行泄通道、调蓄空间等内涝防治措施推进较缓；
外加雨水泵站落地困难，尚未建立形式多样、层次分明的行泄通道体系，调蓄能力尚显不足等现状问题的存在，使得整体内涝防治水平仍需进一步提高。
1.2 深圳河流域现状内涝情况简介
深圳河流域范围172.7 km2，主要的河流为深圳河、皇岗河、笔架山河、福田河等，共计31条；
水库共计22座，依据河流水系、地表高程及排水系统特征，深圳河流域可划分为12个二级排水分区，包括皇岗河片区、福田河片区、布吉河干流片区、莲塘河片区、沙湾河片区、水库排洪河片区(其中包括深圳水库流域范围)、水径水片区、笔架山河片区、正坑水片区、梧桐山河片区、保税区片区、荔枝湖及周边片区。
流域内现状已建雨水管渠总长度达800 km，雨水收集排放主干管网系统约264.46 km，现状行泄通道总长达106 km，其中大型市政涝水行泄通道有9条，总长达68.9 km；
现状共有15座雨水排水泵站，深圳河流域现状共有调蓄水体20处，其中包括水库17座，雨水蓄滞空间3处。
通过Mike Flood模型，采用100年一遇的24小时的设计降雨，对深圳河流域现状内涝风险区域进行评估[8,10-15]。采用Mike Urban模块构建排水管网模型，Mike 21模块构建二维地表模型，水位边界采用防洪(潮)的成果，最终在Mike Flood平台耦合城市水文模型和二维地表模型(图1)，形成100年一遇降雨条件下的区域内涝风险情况。
图1 深圳河流域Mike模型的建立
模型率定的基本方法是通过比较实测排水系统中的水力数据与水力模型模拟的结果，寻找二者之间存在的偏差，通过调整模型产汇流、管流、二维漫流参数，主要包括沿程水文损失、下垫面不透水比率、初损、地表径流速度、水文过程线、管道曼宁系数等，使得模拟结果与实测数据之间的误差低于正负15%阈值。本研究率定选取布吉河片区作为对象，在3场降雨条件下对片区内的5个监测点的管道流量进行了监测，同时在相同的外界条件下进行模型计算；
将实际监测结果与模拟结果相对比，确定模型的准确度。同时，也将模拟的内涝风险分区与实测现状易涝区域内涝风险区域进行了一一对比，进一步提高模型精确度。
深圳河流域现状易涝风险区总计5.58 km2，主要集中在福田河片区、水库排洪河、布吉河片区、皇岗河片区、笔架山河片区、荔枝湖片区、莲塘河片区、沙湾河片区等(图2)。基于管线数据更新完善，模型参数设置合理等原因，模型模拟结果与历史记录内涝风险区域吻合度较好。
图2 深圳河流域现状内涝分布
依据深圳自然条件和城市建设特征，立足现状排水系统，贯彻“以人为本、安全为先、功能融合、建管并重”的理念，以构建完善的城市内涝防治系统、有效应对城市内涝防治标准以内的100年设计降雨为目标，构建“源头优化、适度提标、立体行泄、多元调蓄、洪涝共治”的城市内涝防治综合体系，不断提高深圳市排水防涝能力，为实现中国特色社会主义先行示范区和全球标杆城市的城市发展目标提供强有力的支撑。
在内涝防治体系的构建和完善过程中，充分考虑各流域降雨、气象、土壤、水资源等不同因素，结合用地、建设条件、道路，借助Mike Flood水力模型，综合研究雨水管渠、内涝防治各类设施、防洪潮边界条件，进行多方案比选，最终优化具备可实施性的内涝防治方案，完善可持续城市排水防涝系统[8-14]。
2.1 源头优化
2.1.1源头优化策略
在新的城市发展转型过程中，坚持绿色和可持续发展，统筹推进全市海绵城市建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，通过分散的、小规模的源头控制设施来实现对降雨所产生的径流和污染的控制，使区域开发建设后尽量接近于开发建设前的自然水文状态，构建可持续、健康的水循环系统[15]。
深圳市的海绵建设目标为力争将70%的降雨，即31.3 mm降雨，就地消纳和利用，降低暴雨初期对城市的影响、削减径流污染负荷、提高雨水资源化水平、改善城市景观等多重目标；
到2030年，城市建成区80%以上的面积达到目标要求。深圳市已完成海绵城市项目3 600余个，建成区约35%左右的面积达到海绵城市建设的目标。
2.1.2深圳河流域源头优化方案
深圳河流域海绵城市建设通过点、线、面结合的方式全面推进，深圳河流域的近期(至2025年)重点建设片区为深圳水库片区、笋岗—清水河片区、福田保税片区，通过成片推进、融合推进与全面实施的推动态势，助力远期(至2030年)的布吉河片区、福田河片区的成片二级排水分区推进，实施“流域-片区-单元”三级管控，达到径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制要求，将深圳河流域70%年径流总量控制率(31.3 mm)的总目标细化分解至每个控制单元(图3)。从源头控制降雨就地消纳，不入雨水管渠，是海绵城市建设对内涝系统的重要理念。
图3 深圳河流域海绵建设重点建设区域及流域分布
2.2 城市竖向调整
针对地势低洼的内涝风险区，在有条件地区，可考虑结合城市更新、土地整备、棚改等调整城市竖向，从而解决内涝风险。城市竖向规划是城市规划建设的重要组成部分，是实现城市建设工程技术合理、造价经济、景观美好的重要手段，同时，城市竖向对河流水系的流向、雨水径流的排除、雨水管渠系统的布设起着举足轻重的作用。因此，合理的控制城市用地竖向高程，是规避内涝风险，防治城市内涝的最为有效的手段之一，是从源头上降低城市内涝风险的方法。
通过识别易受“客水”影响的低洼易涝地区以及城市规划竖向不合理区域，提出竖向控制建议，力求从源头解决内涝风险问题，指导城市开发建设。常规的城市竖向规划缺乏与城市大小排水的系统连接，在竖向制定中针对洪(潮)水位等影响因素的分析缺乏强有力的论证，存在较强的主观性。同时，地块的抬高必然会导致周边地块的内涝风险增加，内涝风险的增加程度缺乏理论依据，无法合理评价地块抬高导致的风险影响程度。因此，建议场地竖向控制应建立适宜的管网模型结合相应的场地性质及竖向调整，客观分析城市排水系统中的场地性质与竖向。与此同时，通过在竖向规划调整以及分析常规城市竖向规划存在问题基础上，对城市竖向控制提出的手段包括：①城镇用地应优先按照有利于雨水排除的竖向进行控制，尽量避免形成排水不利区域；
②应根据城市防洪排涝规划确定防涝系统布局，优化城镇建设用地布局；
③城镇竖向设计应充分考虑雨水重力自排；
④建设用地地块内的竖向高程应高于相邻道路最低处0.2 m以上；
⑤采取有效措施，防治雨水进入低洼抽排区域。
2.3 适度提升管线标准
针对分布较散、面积较小的内涝风险区，在有条件的地区，通过适度提高雨水管道标准(图4)，达到消除内涝风险的目的。鉴于雨水管网设计重现期为3～5年(特别重要地区10年)，在超出雨水管网重现期的暴雨工况下，大部分雨水管网已呈现满流状态。部分大于设计重现期的雨水管道尚有部分余量，该部分管线可利用管线余量承担内涝防治功能。对有条件的地区、管段，通过适当增加雨水管网重现期，减少涝水溢出危害。
图4 适度提标示意和案例示意
管线的提升需要结合全市的城市竖向、土地利用、雨水管网、内涝风险位置等因素，对有条件的雨水管网因地制宜的进行适度提标，通过适度提升雨水管网重现期标准，起到对城市内涝削减的作用。
2.4 建立分级行泄通道
2.4.1分级行泄通道策略
城市涝水行泄通道主要承担防涝系统雨水径流输送和排放功能的通道，通过多层次、多形式的行泄通道，构建“综合行泄通道”网络，包括城市河道、明渠、道路、隧道、生态用地等(图5)。城市涝水行泄通道的主要作用为结合城市竖向、水系布局，将超标雨水就近引入到河道中，避免内涝灾害发生。根据行泄通道建设方式不同，可以分为：①明渠型行泄通道，即充分利用明渠的排涝能力，通过明渠将涝水排入河湖(或调蓄空间)，成为涝水排放行泄通道;②暗渠型行泄通道，将部分有条件的主干渠道功能进行提升，由排放雨水功能提升为雨水和涝水兼顾排放，成为涝水排放行泄通道;③隧道型，当地面径流排放条件不足，地下管渠扩建受限时，经充分论证可采用隧道作为涝水行泄通道;④生态用地型，通过将有条件的生态用地建设成为下凹式绿地，充分利用生态用地空间将涝水排入河湖(或调蓄空间)，成为涝水排放行泄通道;⑤道路型，在不影响城市交通的情况下，通过路面漫流方式将涝水排入河湖(或调蓄空间)，成为涝水排放行泄通道;⑥河道型，即充分利用河道排涝能力，以河流水系构筑的防涝体系为基础，合理布局涝水行泄通道，将涝水快速顺利排放。
图5 分级行泄通道原理
通过结合城市竖向及河流水系分布，以河流水系为防涝体系基础，充分结合地形地势、城市建设、道路竖向等条件，通过合理运用河道、明渠、道路、隧道、渠道、生态用地等作为排水通道，合理布局涝水行泄通道，通过多层次、多形式的行泄通道，建立多层次的涝水径流输送和排放行泄通道。
2.4.2深圳河流域管线提升和行泄通道情况
结合深圳河流域的竖向、现状和规划雨水管网、内涝风险区域等因素，对有条件的雨水管网因地制宜地进行适度提标，深圳河流域规划提标雨水管总长度为24.8 km，其中新建雨水管渠约6.42 km，现状改扩建18.38 km。
采用Mike Flood模型分析涝水汇集路径，结合城市竖向及河流水系分布，合理布局涝水行泄通道，建立多层次、多形式的涝水径流输送和排放行泄通道。深圳河流域规划建设涝水行泄通道总长度为176.71 km，其中现状保留的行泄通道长度为151.88 km，规划新改建涝水行泄通道长度为24.83 km(图6)。
图6 深圳河流域管线提标及雨水行泄通道规划
2.5 多元调蓄
2.5.1多元调蓄策略
将雨水径流的高峰流量暂时贮存于雨水调蓄设施中，待流量下降后，再将蓄水池中水排出，以削减洪峰流量，降低下游管渠的规模，节省工程投资，提高城市的排水和防涝能力，降低内涝风险。
在雨水调蓄设施的建设中，应充分发挥现状城市湿地、水系、下凹式绿地等雨水调蓄功能，作为雨水调蓄空间，解决用地紧缺的同时，节省工程投资。对于专用雨水调蓄池，适用于内涝积水较为集中局部洼地处、排水通道较长的主干管渠上，工程上采用不同的建设模式，发挥其最大效应。对于现状建成度较高的区域，调蓄设施的建设可解决排水标准提升，避免管道的改扩建，是一种合理有效的综合措施。采用地上地下、天然人工等多种形式，通过用地复合、功能复合、管控复合的高度复合，因地制宜地通过上游分流、中游旁通、下游承接的调蓄模式，建立多元的涝水调蓄空间体系(图7)。
图7 多元调蓄示意
2.5.2深圳河流域雨水调蓄设施分布
深圳河流域通过采用上游分流、中游旁通、下游承接的调蓄模式，建立多元的涝水调蓄空间体系，并结合公园、绿地等建设雨水调蓄设施，落实用地；
共规划建设雨水调蓄设施18处，总占地面积107.38 hm2，总调蓄容积91.02万m3，其中雨水调蓄空间10处，雨水调蓄池5处，其余为现状调蓄水体及人工湖3处(图8)。
图8 深圳河流域雨水调蓄设施规划
2.6 洪涝相宜
2.6.1洪涝相宜的策略
通过与全市防洪潮研究内容相衔接，校核内涝排放工况，优化完善内涝方案，保障内涝和防洪系统协调高效运行，充分发挥综合效益[7]。首先，针对山洪，要秉承“雨洪分流”理念，通过截留山洪就近入水体，避免山洪入城；
其次，针对河道的洪水，需要通过协调对接河道防洪水位、水量、重大工程，校核内涝排放工况，优化完善内涝方案；
最后，沿海区域，通过衔接海潮防潮水位，校核内涝排放工况，保障涝水排放条件。
a)非感潮河段采用同频衔接，即100年一遇降雨遭遇河道100年一遇防洪水位；
感潮河段采用降频衔接，即采用100年一遇降雨遭遇20年一遇潮水位。
b)对于防洪标准为20～50年一遇的河道，采用降频衔接，即采用100年一遇降雨遭遇20～50年一遇洪水位。
2.6.2深圳河流域洪涝衔接
依据防涝体系与防洪设施衔接标准，秉承“雨洪分流”理念，深圳河流域通过截留山洪就近入水体，避免山洪入城，通过协调对接河道防洪水位、水量、重大工程，校核内涝排放工况，优化完善内涝方案。
依据深圳河流域的特点，综合采用了源头减排、管网提标、行泄通道、雨水调蓄设施，全面提升流域范围内的内涝防治水平。源头减排实施从源头控制降雨就地消纳，将深圳河流域70%年径流总量控制率(31.3 mm)的总目标，通过“流域-片区-单元”三级管控措施，细化分解至每个控制单元，达到径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制要求。管网提标主要针对内涝积水范围不大的区域，可以单独通过管网标准提升解决内涝问题，也可以同时结合行泄通道进行综合提升。针对超标暴雨，地面径流可通过行泄通道快速进入下游受纳水体，行泄通道的设置结合城市竖向、水系分布布置，从而避免内涝灾害发生；
深圳河流域的行泄通道主要结合排水干渠、暗渠等作为排水通道予以考虑和布置。通过内涝风险区域，通过选取附近的公园、绿地、广场作为雨水调蓄空间，解决建设用地紧缺问题，用来接纳周边汇水区在排水管网超载情况下的溢流雨水，同时应充分发挥现状城市湿地、水系、下凹式绿地等雨水调蓄功能，作为雨水调蓄空间，解决用地紧缺的同时，节省工程投资。对于专用雨水调蓄池，主要针对内涝积水较为集中的局部洼地和排水通道较长的主干管渠，通常采用不同的建设模式来发挥其最大效应，主要包括地上式、地下式和半地下式，依据深圳河流域特点，主要采用地下式调蓄池。
深圳河流域，针对100年一遇的24小时降雨，通过Mike Flood模型进行模拟和评估，全流域范围内易涝风险区面积总计为0.85 km2，与现状内涝风险区域面积5.58 km2相比，面积减少了85%，内涝防治提升效果显著(图9)。
图9 深圳河流域内涝防治措施下的内涝分布
提出构建“源头优化、适度提标、立体行泄、多元调蓄、洪涝共治”等多元内涝防治手段和策略，统筹优化完善城市内涝防治系统方案，全面提升城市内涝防治水平，保障100年一遇降雨下的城市安全，以期为其他类似条件下的城市内涝标准的提升策略提供借鉴。以深圳河流域为例，构建Mike Flood排水模型，对内涝风险的应对方案进行评估，主要研究成果和结论如下。
a)通过因地制宜地布置源头径流控制措施，实现降雨的就地消纳和利用，适当削减径流峰值和总量，并能兼顾面源污染消减和城市景观提升等方面综合效应。
b)结合城市竖向、土地利用、雨水管网、内涝风险等因素，对有条件的雨水管网因地制宜地进行适度提标，通过适度提升雨水管网重现期标准，起到对城市内涝削减的作用。
c)结合城市竖向及河流水系分布，以河流水系为防涝体系基础、通过合理运用河道、明渠、道路、隧道、渠道、生态用地等作为排水通道，通过多层次、多形式的行泄通道，建立多层次的涝水径流输送和排放行泄通道。
d)采用地上地下、天然人工等多种形式，通过用地复合、功能复合、管控复合的高度复合，因地制宜地通过上游分流、中游旁通、下游承接的调蓄模式，建立多元的涝水调蓄空间体系。
e)秉承“雨洪分流”理念，通过截留山洪就近入水体，避免山洪入城；
通过校核内涝排放工况，协调对接河道防洪水位、水量、重大工程，衔接海潮防潮水位，进一步优化和完善内涝防治方案。