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规划视角下深圳“9·7”暴雨分析与思考

 水之源处 2023-09-11

受台风“海葵”残余环流、季风和弱冷空气共同影响,9月7日傍晚到8日上午,深圳出现了超历史记录的特大暴雨。深圳普降极端特大暴雨,具有“强度超强、持续时间超长、强降雨范围超广”的特征,截至8日15时,降雨打破了深圳市1952年有气象记录以来的七项历史极值,香港天文台最大小时降雨量达1884年有记录以来的最高纪录。

暴雨导致龙岗区中心区、罗湖区等地发生城市内涝,各部门全力以赴将暴雨给人民群众生产生活带来的不利影响降至最低,直接反映深圳日益向好的应急处置能力和城区治理水平,既体现了各部门对防洪排涝工作的重视,也是《深圳市防洪(潮)排涝规划(2020~2035)》(以下简称《规划》)有效落地的生动写照。

深圳背山面海,洪涝潮交织,致灾因子多,兼有“地形复杂、建成度高”的城市特征,和“上有山洪入城,内有突发雨涝、下有海潮顶托,外有台风暴潮袭击”的防汛特点,雨、洪、潮“二碰头”频繁,“三碰头”时有发生。因此,深圳洪涝综合治理要从流域层面统筹规划,防洪、排涝、排水相互协调,实现“防御体系有韧性、基础设施有韧性、极端暴雨少损失”三大目标。

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龙岗区龙翔大道万科广场内涝情况(图源:网络)

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01

成因分析

深圳内涝防治能力为20—50年,遭遇了“海葵”导致的极端特大暴雨。

(1)降雨:强度大,范围广

本次降雨7项指标创造新记录,最大2小时195.8mm、3小时246.8mm、6小时355.2mm、12小时465.5mm、24小时557.8mm、48小时613.8mm、72小时614.6mm降雨均打破深圳1952年有气象记录以来历史极值。

(2)地形:地貌复杂,洪涝交织

龙岗河流域三面环山,山体坡度超过10°以上区域占一半,加上“苏拉”“海葵”双台风时间间隔短,受苏拉降雨影响,土壤饱和度高,导致汇水时间短,洪涝交织加剧城市洪涝复杂性。

深圳河流域受洪、潮、涝三类水患灾害威胁,内有短历时强降雨,外有海潮顶托,下有深圳河洪水威胁。沿线区域地势低洼,受河道水位顶托,引起管网排水不畅,易形成区域性内涝。

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龙岗区高程图

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罗湖区高程分布图

(3)下垫面:不透水地面比例较高

深圳城市化过程很大程度上改变下垫面条件,地面滞蓄能力减弱,原有的大量农田、绿地等自然土地覆盖被房屋建筑物、混凝土和沥青道路、广场、停车场等不透水面代替,产流增加、汇流加快、洪峰增大、峰现时间提前。截至2020年,龙岗区不透水地面面积193.59km2,占辖区面积49.85%,水面率约4.4%,罗湖区不透水地面面积32.35km2,占辖区面积41.07%,水面率约6.57%。

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龙岗区现状下垫面解析图

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罗湖区现状下垫面解析图

(4)工程体系:防洪排涝工程存在局部薄弱环节

一是部分河段行洪能力不足。上游龙岗河干流防洪标准为100年,下游即惠州市境内淡水河防洪标准现状仅20年一遇,深惠交接处过水断面狭窄,降雨期间对上游龙岗河形成顶托。深圳河干流,中上游罗湖口岸段局部过流断面缩窄形成瓶颈,导致河道行洪能力不足。

二是部分排水管网标准偏低。罗湖区作为深圳经济特区最早开发的城区,早期建设的排水管网标准偏低,经统计,截至2020年,罗湖区低于3年一遇标准管渠占比51%,标准偏低,排水能力不足易发生内涝。受下游河道顶托时,易因排水不畅导致内涝。

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02

洪涝淹没复盘

采用自主研发的HydroMPM模型对洪水进行复盘。

(1)现场调研

2023年9月8日,我院迅速安排专家组前往龙岗、深圳河湾中心、龙华区开展现场察看、洪痕调查工作。

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9月8日现场察看、洪痕调查

(2)河道水面线模拟

采用2021年实测断面数据,针对惠州龙淡河整治和不整治分别进行龙岗河水面线分析计算。

经计算,受下游惠州水位顶托影响,深圳境内龙岗河水面线将抬高1m,壅水影响范围达到15km

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(3)洪涝积水模拟

我院针对本次暴雨中心爱联河区域,基于自主研发的HydroMPM,进行了洪涝受灾情况复盘分析。建模范围以龙岗河流域爱联河片区为主。一维模型考虑爱联河片区管网及龙岗河干流、爱联河,二维模型为爱联河汇水范围,南至龙口西水库,北至龙平西路,东接龙岗河,西达盐龙大道,面积共计约28km2。根据管网节点(雨水井、检查井、雨水篦等)的位置批量划分子汇水区,片区共计划分子汇水区3910个。根据2023年9月7日17:00-9月8日4:00,滑动雨量作为降雨边界。

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模型概化示意图

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龙岗区2023年9月7日降雨边界过程

结果表明,黄阁坑地铁站位置,平均水深(最大积水深度平均值)0.66m,龙翔大道平均水深0.98m、世贸中心平均水深0.62m、奥林华府平均水深0.84m,最高水深均超1.0m,与实际淹没情况基本一致。经分析,主要原因是短时雨强远超管网设计标准,下游爱联河水位暴涨,黄阁路排水箱涵有压运行,导致内涝积水。

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龙岗区中心区洪涝模拟洪涝积水情 (9月7日19:00

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龙岗区中心区洪涝模拟洪涝积水情 (9月7日20:00

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龙岗区中心区洪涝模拟洪涝积水情 (9月7日21:00

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03

深圳对策

为系统解决城市暴雨洪涝问题,深圳市先行先试,全国首次将防洪排涝规划、雨水防涝规划同步一体化规划,以规划为引领全面加强深圳防洪排涝基础能力建设。深圳市水务局会同市规划和自然资源局联合编制完成《深圳市防洪(潮)及内涝防治规划(2021—2035)》,提出了深圳未来15年洪涝体系建设思路。

(1)对标全球,高标准设防筑牢安全底板

深圳市人口和经济高度聚集。人口密度和GDP密度分别达1.0万人/km2和1.75亿美元/km2,接近东京湾区的东京、粤港澳大湾区的香港水平,“淹不起、淹不得”。对标国内外城市,深圳必须提高设防标准,要求2035年,全市防洪能力达200年一遇,防潮标准200年~1000年,内涝防治重现达到100年。

深圳与国内外城市基本情况对比表

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(2)洪涝共治,统筹防洪和内涝系统治理

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《规划》提出了“统一目标、统一规划、多维共治、系统优化”的“四个统一”的洪涝共治思路。

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统一目标:以流域相同频率设计暴雨条件下城市内河堤防保安全、地面积水不成灾作为城市洪涝治理的共同目标,将统一水利和市政设计雨型作为统一目标前提,长包短,大包小的方法统一市政排水与水利排涝的设计频率雨型,综合考虑市政的“峰”和水利的“量”,实现传统水利和市政排水有机融合。

统一规划:小排水系统和大排水系统同步一体化规划,以避免各自为政导致的边界条件不衔接和工程规模不协调;

多维共治:横向按流域水系、排涝区域、排水片区,竖向按地表、浅层及深层分级,构建“上-中-下、地-管-河、表-浅-深” 雨水全过程高质量精细化管理的立体防洪潮排涝体系

系统优化:通过流域耦合洪涝模型,对流域多维体系工程布局下的城市洪涝过程精细化模拟,系统优化工程布局及措施,确保各维度分散工程的联动累加效应最优化

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深圳市100年一遇设计雨型图

(3)韧性防御,多措并举保障城市运行安全

《规划》提出城市洪涝韧性提升关键策略,推动洪涝治理由单一对抗性防御向复合韧性防御转变,打造雨水全过程高质量精细化管理的立体防洪排涝体系。按照“流域防洪、区域排涝、片区排水”的系统治理思路,统筹10大流域水系、100个排涝区域及2931个排水片区关系,协调城市竖向标高及左右岸、上下游、干支流的关系,“蓄、滞、疏、排”等工程措施模块立体冗余互补,逐级消纳洪涝风险。

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04

典型流域对策

(1)深圳河流域

深圳河流域应坚持“库堤结合,蓄泄兼施”,构建“一河一库两节点,流域防洪提升;两隧两网散调蓄,区域洪涝共治”的防洪(潮)排涝体系,系统提升流域防洪排涝能力与韧性。

一   河:深港联合结合碧道开展深圳河道疏浚整治;

一   库:优化深圳水库调度削峰错潮;

两节点:充分发挥笋岗滞洪区及深圳河四期滞洪区调蓄能力;

两   隧:探索开展鸡公山分洪隧洞和罗雨片区深层隧洞研究;

两   网:加快推动河道水网提标和雨水管网改造;

散调蓄:合理布局调蓄空间,就地消纳地块雨水,构建形式多样、多元复合的城市调蓄空间系统。

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深圳河流域防洪布局图

(2)龙岗河流域

应遵循“上蓄、中滞、下排”原则,完善水库、水闸、堤防等组成的防洪工程体系,防御龙岗河干流洪水威胁。

上蓄措施,充分发挥非供水水库的调洪能力,结合天气预报优化水库、山塘调度,通过预腾库容,削减下泄峰量。

中滞措施,充分利用现有龙岗河末端调蓄池、湿地公园等调蓄空间,进一步削减龙岗河中下游洪峰。

下排措施,龙岗河作为深惠界河,需统筹上下游、左右岸,探索跨界河流治理共建共治机制,加快推进深惠瓶颈段整治工作。

区域排涝方面,应立足“山区水、树状溪,带状城”自然地理,采取“高水高排、低水低排”策略,统筹山上山前山下,完善山水截滞系统,在城市外围将山体雨洪截走,实现山洪不入城。

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龙岗河流域防洪布局图

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启示和思考

针对滨海城市外洪、内涝、风暴潮复合型洪涝灾害特征,建议在工程体系、非工程体系多个方面,从规划设计、风险管控、管理体系、全民参与等多方面着手,实现“防御体系有韧性、基础设施有韧性、极端暴雨少损失”,以更好地适应未来洪涝灾害风险挑战。

(1)规划引领,落实国土空间规划管控

将城市防洪潮及内涝防治规划、水务基础设施空间规划等纳入国土空间总体规划,加强空间分配和竖向衔接推动城市洪涝治理工作,城市用地应按照有利于城市河流水系流通、雨水径流排放、雨水管渠系统布设的原则,科学划分排水分区,明确各类防洪排涝设施、调蓄空间等用地边界,强化城市竖向规划和管控,构建高低有序的城市竖向格局,提升自然蓄水排水能力,从源头上降低城市洪涝风险。道路交通、园林绿地、地下空间、城镇竖向、市政综合等规划要优先满足防洪潮排涝规划需要。

(2)补齐短板,推进防洪排涝基础设施建设

城市洪涝治理事关人民生命财产安全,是重大民生工程,也是重大发展工程,要以完成《规划》目标为导向,重点解决薄弱区域突出问题,加快推动规划项目落地,既要建好令人眼前一亮的“地上工程”,也要扎实建好让老百姓安心的“地下工程”,上下兼顾,统筹推进,整体提升城市防灾减灾水平和城市防洪排涝能力,确保规划目标实现。

(3)风险管控,部门协同提升洪涝管理水平

把洪涝安全作为城市开发建设的刚性约束,提高城市基础设施洪涝防御韧性。确保洪水风险图成果好用、管用、真用,指导物业服务企业做好地下车库等地下空间的防汛防台工作;综合考虑避险场所容量及避险时效等,优化应急避险场所、物质配置及转移路径,确保重要洪涝风险点均有相应的应急避难场所及转移引导标识。按照“管行业必须管安全”的原则,建立健全“条块结合、条块协作、齐抓共管”的全行业城市洪涝综合防御机制,实现各部门高效协同治理。

(4)全面感知,支撑“四预”功能智慧水务体系

基于智慧城市CIM平台建设,全面汇聚全市气象降雨、河道水文、管网液位等涉水感知监测数据,查漏补缺,提档升级,优化完善城市涉水感知监测体系,为城市洪涝“四预”提供实时、连续和准确的感知监测数据。

对重要的城市主干道路、下沉式立交、隧道、涵洞、低洼地带等内涝风险点配备积水水深监测站,覆盖深圳市内涝点台账,在地铁、供电、医院等重要基础设施周边适当加密监测站。加强排水管网流量、液位监测,实现主干管液位监测全覆盖;优化城市河道水位监测,强化在排涝片区交界处、河道卡口及交汇处等关键点水位监测,对调蓄池、调蓄湖等海绵设施增设水位流量监测。

建立城市暴雨洪涝全过程预报模型,编制实时洪涝风险图。探索有物理机制的水利专业模型和深度学习模型的融合互补,平衡“算得准”与“算得快”之间的关系,运用城市洪涝快速模拟技术,实时滚动预测水淹位置、范围,动态评估桥隧、地铁口、交通道路、地下空间、居民区、重要企业等水淹风险,靶向发布预警信息,合理指导人员转移、抢险布防、交通管制,为实际应急调度做决策支持。

(5)科普宣传,打造全民参与洪涝防御模式

构建“共建共治共享”的全民洪涝防御模式。基于洪涝风险图向社会公布、线上线下普及洪涝风险源及避险常识、科普基地教育等措施,加强对公众的洪涝灾害应急避险培训,提高群众的防灾减灾意识,科学指导群众学会正确的自保方式,增强危险状态下的自救、互助和理智行为能力,提高恶劣环境下公众自身对洪涝灾害的适应性,营造洪涝防御共建共治共享的良好氛围。

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