基于水文學(xué)的玉溪海綿城市建設(shè)探討

谷桂華

(云南省水文水資源局玉溪分局，云南 玉溪 653100)

海綿城市是以雨水資源集約和節(jié)約使用、生態(tài)環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，以自然規(guī)律為準(zhǔn)則，以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，有效緩解城市水資源短缺與城市內(nèi)澇之間的矛盾，并有助于修復(fù)城市水生態(tài)環(huán)境的發(fā)展模式。2016年，通過競爭性談判，玉溪市成為全國第二批海綿城市建設(shè)試點之一，是云南省最先成為全國海綿城市建設(shè)試點的城市。

1 城市發(fā)展概況

玉溪市中心城區(qū)地處滇中腹地，距省會昆明市86km。玉溪市為滇中經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市，是全國主要煙草生產(chǎn)基地，也是通往東南亞國家的重要通道，被譽為“滇中重鎮(zhèn)”。2016年中心城區(qū)所屬的紅塔區(qū)生產(chǎn)總值611.5511億元，工業(yè)增加值399.7844億元。城市建成區(qū)面積33km2，綠化覆蓋率38%，人均道路面積和人均公園綠地面積等指標(biāo)居云南省前列。

近10多年來，玉溪市城市發(fā)展建設(shè)始終以生態(tài)立市為目標(biāo)，對玉溪大河進(jìn)行了綜合整治，建成了聶耳文化廣場、出水口生態(tài)公園以及紅塔山、錢瓜山生態(tài)公園、五腦山、高龍?zhí)豆珗@，較大改善了玉溪市中心城區(qū)生態(tài)環(huán)境，逐漸把玉溪市建成“現(xiàn)代宜居生態(tài)城市”“國家生態(tài)園林城市”。目前，玉溪市海綿城市建設(shè)也已在試點區(qū)域范圍內(nèi)全面啟動。

2 城市水資源

2.1 城市降水與蒸發(fā)

2.1.1 降水量

根據(jù)區(qū)域內(nèi)玉溪西河站和紅塔區(qū)氣象站1956—2013年序列資料計算得知，中心城區(qū)降水量年內(nèi)變化差異大，短時強(qiáng)降水概率高。中心城區(qū)多年平均降水量為973.0mm，年際變化差異不大，但年內(nèi)月際分布極不均勻，季節(jié)變化明顯。

a. 年內(nèi)變化特點。中心城區(qū)降水量隨季節(jié)變化，與上層空間水汽、風(fēng)向和風(fēng)力變化有密切關(guān)系，存在明顯的汛期與枯期，汛期大都集中在5—10月，枯期一般為11月至翌年4月。汛期降水量一般占年總降水量的79%～87%以上，最大月降水量多出現(xiàn)在7月，占全年降水量16%～20%。枯期降水量占年總降水量約13%～21%，最枯月降水量多出現(xiàn)在1月或2月，占全年降水量1.4%～2.1%。

b. 年際變化特點。通過雨量代表站年降水量差積曲線分析，受大氣環(huán)流的影響，降水量系列豐水年和枯水年交替出現(xiàn)，具有明顯的周期性。中心城區(qū)不同保證率條件下的降水量：偏豐水年(P=20%)為1092.5mm，平水年(P=50%)為973.0mm，枯水年(P=90%)為808.2mm。

c. 短歷時強(qiáng)降水概率。中心城區(qū)短歷時強(qiáng)降水的概率很高，歷年1h最大降水量為19.0～61.6mm，其中1h雨量不小于30mm的出現(xiàn)年數(shù)占統(tǒng)計年數(shù)的77%。1h雨量不小于20mm的出現(xiàn)年數(shù)占統(tǒng)計年數(shù)的90%。

2.1.2 水面蒸發(fā)

3—5月區(qū)域內(nèi)水面蒸發(fā)量大，其他月份蒸發(fā)量小。年蒸發(fā)量最大值通常出現(xiàn)在4月，最小值通常出現(xiàn)在12月。中心城區(qū)多年平均蒸發(fā)量為997.3mm，多年平均干旱指數(shù)為1.02，說明本區(qū)域?qū)儆诎霛駶櫵謳А?/p>

2.2 水資源量與用水

2.2.1 徑流總量

中心城區(qū)徑流主要由降水形成。經(jīng)計算，城區(qū)多年平均徑流總量為9800萬m3，折合徑流深為220.7mm。徑流年內(nèi)變化不均，7—10月徑流量占全年總量的60%以上，而最枯月份1—4月徑流量僅占全年總量的10%左右。最大值一般出現(xiàn)在8月，約占全年總量的20%；最小值一般出現(xiàn)在4月，約占全年總量的2%。

徑流年際變化不大。Cv值為0.38，最大年徑流量是最小年徑流量的4.3倍。

2.2.2 用水狀況

2009年以來的連年干旱導(dǎo)致城市水資源總量不足。由于連續(xù)多年干旱，降水量減少，水資源總量連續(xù)低于多年平均水平，人均水資源量也逐漸下降到300m3以下；近幾年來干旱情勢有所好轉(zhuǎn)，降水情況基本恢復(fù)正常年景。2016年城市用水總量為7353萬m3(含城鎮(zhèn)生活、工業(yè)用水和城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境用水)，人均水資源量達(dá)到456m3/人，為2009年干旱以來的水資源量最高值。但是人均水資源占有量仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國平均水平(1800m3/人)，同時也低于國際公認(rèn)的缺水地區(qū)指標(biāo)1000m3/人。總之，玉溪市中心城區(qū)水資源比較緊張，隨著區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源供需矛盾將日益突出。

2.3 城區(qū)洪澇

降雨過程時空分布不均衡，短歷時雨島效應(yīng)、年度旱澇交錯時有發(fā)生。中心城區(qū)的地勢為東北高、西南低，雖近年來城市排水管網(wǎng)不斷得到完善，排水設(shè)施也不斷得以健全，但由于區(qū)域內(nèi)單點暴雨突出，當(dāng)持續(xù)降雨或局部暴雨時，城區(qū)容易形成局部泄流不暢的現(xiàn)象，從而造成局部洪水。中心城區(qū)處于較低地勢的珊瑚路、七星街下段、人民路下段以及南北大街北苑段等局部路段，極易積水，造成內(nèi)澇。歷史上玉溪大河兩岸遭受洪澇災(zāi)害有歷史記載的就達(dá)40多次。紅塔區(qū)及附近區(qū)域每年洪澇災(zāi)害均造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

2.4 城市水環(huán)境狀況

中心城區(qū)主要供水水源地有東風(fēng)水庫、紅旗水庫、飛井水庫、新寨水庫和清水河。2016年對其水質(zhì)進(jìn)行評價，東風(fēng)水庫水質(zhì)為Ⅱ類，營養(yǎng)程度為中營養(yǎng)；飛井水庫水質(zhì)為Ⅲ類，營養(yǎng)程度為中營養(yǎng)；紅旗水庫水質(zhì)綜合類別為Ⅲ類；清水河和新寨水庫水質(zhì)類別為Ⅱ類。

玉溪市城市河流水質(zhì)主要受流域面源污染、降雨等因素影響。根據(jù)多年水質(zhì)監(jiān)測資料，玉溪大河水質(zhì)類別為Ⅳ類，東風(fēng)大溝為Ⅳ類～劣Ⅴ類，主要超標(biāo)項目為化學(xué)需氧量、總磷、總氮和氨氮。董炳河水質(zhì)總體為Ⅲ類，西河下段現(xiàn)狀水質(zhì)Ⅱ類，紅旗河現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅰ類。九溪河水質(zhì)為Ⅴ類，趙元河水質(zhì)總體為Ⅳ類，主要超標(biāo)項目為總氮。

2.5 玉溪市建設(shè)海綿城市的自然水文條件

根據(jù)玉溪市城市水資源狀況，玉溪市建設(shè)海綿城市比較有利的自然水文條件如下：

a. 具備有利于雨洪匯聚的下凹式壩子地形。玉溪城市所在壩子四面環(huán)山，降雨發(fā)生后，雨洪經(jīng)四周坡地匯流，下凹壩區(qū)就能夠?qū)R聚來的雨水進(jìn)行收納，起到滯蓄雨洪徑流的作用。

b. 短歷時降水集中程度較高，1h雨量不小于30mm和20mm的發(fā)生率較高，根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》，玉溪市建設(shè)海綿城市年徑流總量控制率可達(dá)80%～85%。

c 玉溪市中心城區(qū)年降蒸發(fā)量為997.3mm，雖略大于降水，但卻是全市蒸發(fā)量最低值區(qū)，水資源蒸發(fā)損失較小，利于雨水最大限度地被收集利用。

3 城市水文工作應(yīng)貫穿海綿城市建設(shè)全過程

若海綿城市建設(shè)一系列工程完畢后，可將雨水滲透、滯留、集蓄、凈化、循環(huán)利用和排水密切結(jié)合，通過有效的地表滲透，依靠“自然積存”達(dá)到削峰調(diào)蓄、控制徑流量的目的，利用自然凈水來減少污染，實現(xiàn)水質(zhì)改善和水的有效循環(huán)利用，將會解決雨水污染、城市內(nèi)澇等問題，保障老城區(qū)城市用水安全。項目建成后將確保雨水利用率達(dá)10%，城市防澇標(biāo)準(zhǔn)30年一遇，城市防洪標(biāo)準(zhǔn)100年一遇。

按照整體規(guī)劃，到2020年，城市建成區(qū)30%以上的面積將達(dá)到“小雨不積水、大雨不內(nèi)澇、水體不黑臭、熱島效應(yīng)有緩解”的海綿城市建設(shè)要求；到2030年，城市建成區(qū)將有80%以上的面積達(dá)到海綿城市建設(shè)要求。

目前，玉溪市全面啟動了試點區(qū)域范圍內(nèi)海綿建設(shè)項目。完成了海綿城市專項規(guī)劃、控制性詳細(xì)規(guī)劃和四個項目包建設(shè)系統(tǒng)方案的編制；編制完成了各項目包的財政承受能力評價報告、PPP實施方案等。

在建設(shè)海綿城市的同時，建議加強(qiáng)對城市水文的認(rèn)識，要把城市水文研究工作貫穿海綿城市設(shè)計到施工建設(shè)的整個過程。因為海綿城市建設(shè)主要解決城市化水文效應(yīng)問題、城市洪澇問題、水資源短缺問題和水環(huán)境污染問題等，而這些問題的解決都需要以城市水文學(xué)理論為依據(jù)[2]。

3.1 政府部門應(yīng)加強(qiáng)重視水文在海綿城市建設(shè)中的作用

城市水文研究工作是海綿城市建設(shè)效益評價的重要技術(shù)支撐。2015年8月10日《水利部關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)水利工作的指導(dǎo)意見》(以下簡稱《指導(dǎo)意見》)中指出水利主要指標(biāo)(如：降雨滯蓄率、水域面積率、地表水體水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、雨水資源利用率、再生水利用率和地下水埋深等)與水文密切相關(guān)，水文工作在海綿城市建設(shè)中有著重要作用。政府部門作為海綿城市建設(shè)的“決策者”和“指揮者”，在海綿城市建設(shè)過程中，要充分重視城市水文研究工作的重要性。

3.2 規(guī)劃建立完善與海綿城市建設(shè)相適應(yīng)的城市水文站網(wǎng)

《指導(dǎo)意見》指出：要完善城市水文水資源監(jiān)測體系，加強(qiáng)對城市水循環(huán)系統(tǒng)的跟蹤監(jiān)測。城市水文站網(wǎng)主要由流量站、水位站、泥沙站、降水量站、水面蒸發(fā)站、水質(zhì)站、地下水監(jiān)測站、水生態(tài)站和水文實驗站等組成。在目前玉溪市中心城區(qū)少數(shù)雨量站點、地下水監(jiān)測站點的基礎(chǔ)上，根據(jù)玉溪海綿城市建設(shè)總體規(guī)劃對城市水文站網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃新建和完善。

城市水文站網(wǎng)的布設(shè)，要統(tǒng)籌與科學(xué)布設(shè)各類水文監(jiān)測站點，增加對城市供水、內(nèi)澇、山洪災(zāi)害、水環(huán)境與水生態(tài)、地下水、企業(yè)與生活用水等方面監(jiān)測的水文站點，提高城市水文監(jiān)測能力。同時水文部門應(yīng)積極配合市政府及有關(guān)職能部門，依據(jù)海綿城市建設(shè)規(guī)劃，做好相應(yīng)的城市水文站網(wǎng)規(guī)劃，通過建立完善的立體監(jiān)測體系及評估系統(tǒng)，積極組織開展雨后徑流過程的水質(zhì)監(jiān)測評價，為雨洪資源利用提供科學(xué)依據(jù)，為海綿城市要求的控制性指標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 加強(qiáng)城市水文研究

在城市水文站網(wǎng)建設(shè)及水文監(jiān)測數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上，城市水文工作應(yīng)重點研究以下問題：加強(qiáng)城市水資源分析，分析研究城市供水和用水狀況、城市水文預(yù)報和暴雨洪水預(yù)報，加強(qiáng)對城市飲用水水源地、城市水體的水質(zhì)污染狀況的分析；開展城市水文理論研究與基礎(chǔ)應(yīng)用研究，研究建立城市水文模型；研究減少雨洪災(zāi)害和開展雨洪資源利用的方法和措施；研究城市化等人類活動導(dǎo)致的水文系列變異規(guī)律等。

4 結(jié) 語

綜上所述，我國海綿城建設(shè)尚處于起步階段，盡管取得了明顯的成果，但在海綿城市建設(shè)和規(guī)劃的水文基礎(chǔ)上還存在許多薄弱環(huán)節(jié)。加強(qiáng)對海綿城市建設(shè)的科技創(chuàng)新和支持，要重點關(guān)注以水循環(huán)為核心的海綿城市建設(shè)，研究城市防洪安全、供水安全、水質(zhì)安全、水生態(tài)安全等關(guān)鍵科技問題，通過科技創(chuàng)新，提升海綿城市水安全的保障能力。

[1] 夏軍,石衛(wèi),王強(qiáng),等.海綿城市建設(shè)中若干水文學(xué)問題的研討[J].水資源保護(hù),2017(1):1-8.

[2] 劉和.湖南宜章玉溪新城海綿城市規(guī)劃建設(shè)研究[D].廣州:華南農(nóng)業(yè)大學(xué),2016.