倫敦城市洪水風險管理的啟示

許 怡,吳永祥,2,王高旭,施 睿

(1.南京水利科學研究院水文水資源研究所,江蘇 南京, 210029;2.水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室,江蘇 南京 210098)

氣候變化、人口增長以及社會發展加劇了城市洪澇災害風險。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第5次評估報告顯示全球氣候變暖的趨勢明顯,2003—2012年平均氣溫比1850—1900年平均氣溫上升0.78℃,氣候變化的影響可能要比原先的認識更加嚴重[1]。氣候變化導致的海平面上升以及極端暴雨天氣的頻發會對城市的防洪產生更大的壓力。同時隨著城市化的進程,城市人口的增長和規模的擴張,一旦發生洪災,造成的人身財產損失會更加嚴重,洪水風險增大[2]。

倫敦作為世界上最大的城市之一,無論在城市規模、人口及經濟發展狀況都居世界前列,由于位于河口低洼平原區,受到來自河流、海洋以及暴雨等多重洪水的威脅,歷史上有過多次大洪水的經歷,未來的城市防洪壓力也呈現上升趨勢。在應對城市洪水上,倫敦也經歷了從傳統的以防洪工程為主的抵御型洪水管理向注重預防和恢復的綜合性洪水風險管理轉變,取得了良好的效果。

現行洪水風險管理主要由政府主導,防洪措施類型也較多,在災害管理分類上,羅伯特[3]提出的應急管理PPRR模型將應對災害的措施分為4個方面:災前預防(prevention)、災前準備(preparation)、災害反應(response)以及災后恢復(recovery)。秦波等[4]采用PPRR模型框架建立了全流程、綜合性的城市洪澇災害管理體系;Hegger等[5]針對洪水災害的特點,將洪水災害的風險管理體系分為5塊,即預防洪水(flood risk prevention)、抵御洪水(flood defence)、緩解洪水(flood risk mitigation)、應對洪水(flood preparation)以及災后恢復(flood recovery),較為全面地涵蓋了洪水風險管理中的各項措施,歐盟的星洪計劃(star flood project)采用這種方法對各成員國的防洪管理進行了較為客觀準確的評價[6]。本文在分析倫敦洪水特點及組織管理體系的基礎上,也從這5個方面出發,對倫敦各類洪水風險管理措施進行總結和分析,以期為我國的城市洪水風險管理提供參考。

1 倫敦城市洪水風險

倫敦位于英格蘭東南部的泰晤士河口平原區,距河口88 km,屬溫帶海洋性氣候,降水年內分配較為均勻,年降水量約為600 mm,年均日照時數約1 600 h。倫敦主要的洪水類型有來自海上的風暴潮,泰晤士河及其支流產生的河流洪水,以及由于長時間高強度暴雨引起的城市內澇。此外還有下水道超載導致的局部地區的污水洪水,地下水位上漲導致的地下水洪水以及水庫大壩等損壞造成的水庫洪水等。洪水發生時,很多情況下是多種類型的洪水同時存在,因此防洪壓力很大。倫敦近幾十年來比較大的洪水有1953年的北海大洪水,北海的高水位潮汐與低壓風暴相結合產生了較大的風暴潮,由于缺乏高標準的防潮工程體系,倫敦及其他地區有超過1 600 km的海岸線遭到破壞,淹沒面積超過1 000 km2,300多人死亡,3萬多人撤離,這次大洪水直接催生了泰晤士防潮閘的建立[7]。2007年夏天英國大部分地區突降暴雨,許多地區受災嚴重。大倫敦地區沒有造成嚴重的人員傷亡,但暴雨強度大持續時間久,希斯羅機場取消了141個航班,部分鐵路被山體滑坡封閉,倫敦地鐵遭到嚴重破壞,25個車站直接關閉[8]。這次暴雨促使政府在2010年頒布了“2010年洪水和水管理法案(Flood and Water Management Act 2010)”,賦予地方政府更多的防洪權限和責任,同時要求加大生態防洪工程建設。2014年北海的高潮汐水位以及連續的暴雨導致的綜合性洪水使得英國大部分地區受災。大倫敦地區政府迅速反應,但是沿海部分堤壩遭遇了潰壩,造成了大面積的停電,因此提高河口沿岸的防潮標準勢在必行[9]。根據英國環境署模擬的洪水風險,倫敦及其周邊的大部分地區都會受到多重洪水的威脅,其中洪水風險最大的區域主要集中在泰晤士河沿岸(圖1)。

圖1 大倫敦地區洪水風險模擬

2 洪水管理組織體系

英國的洪水風險管理主要分為國家、區域及地方3級,在國家層面上,主要有3個部門負責洪水風險管理相關工作,一是國家環境、食品及農村事務部(Department for Enviroment, Food and Rural Affairs),主要負責確定和指導洪水和海岸侵蝕風險管理(FCERM)的政策方向,同時也在應對洪水緊急情況時發揮主導作用[10];二是社區及地方政府部(Department for Communtities and Local Government),主要負責空間規劃類政策的制定、監督與實施,同時主導洪水災后恢復工作[11];三是內閣辦公室(Cabinet Office),主要負責制定緊急災害事件的應急規劃和恢復規劃。除了這3個部門,如交通部(Department of Transport)、衛生部(Depatment of Health)、能源和氣候變化部(Department of Energy and Climate Change)等部門也會在洪水風險管理中有所涉及[12]。

在區域層面上,主要由區域洪水及海岸委員會(Regional Flood and Coastal Committees)、區域恢復論壇(Local Resillience Forum)[13]、水務公司(Water Companies)、內部排水委員會(Internal Drainage Boards),分別負責各區域內的洪水評估、風險管理協調、供水與污水處理以及區域內低洼地區的水位管理等工作。

在地方層面上,各自治區(unitary authorities)、郡(county)、區(district)、以及教區和鎮(parish and town)的地方政府會成立地方的防洪機構和規劃機構,倫敦由于其政治地位的特殊性,只分為大倫敦地區(Great London)以及32個區(London Boroughs),每一個區都是一個獨立的自治區。防洪機構負責轄區內的各類地表、地下水體日常管理、洪水風險評估以及各類防洪政策規劃的具體實施,規劃機構負責轄區內的土地規劃利用以及規劃相關的洪水風險評估工作。

3 洪水風險管理措施

3.1 預防型措施

圖2 泰晤士防潮體系[16]

預防型措施主要是通過空間規劃以及多功能的土地利用等方式盡量減少居民及重要財產暴露在洪水易發區域,以此來降低洪水可能造成的損失。

英國政府在2012年發布了國家規劃政策框架(National planning policy framework,NPPF),并在2014年發布了一系列與之配套的規劃實踐指南(Practice planning guidance),用以指導各級行政區的土地利用規劃。其中洪水風險和海岸變化(Flood risk and coastal change,FRCC)指南對于城市規劃中的洪水風險評價做了具體的指導。將城市土地根據發生洪災的可能性和后果由低到高分為4個區域:1區(Flood Zone 1)為低概率區域,洪水概率低于0.1%；2區(Flood Zone 2)為中概率區域,河流型洪水概率在1%～0.1%之間,海岸型洪水概率在0.5%～0.1%之間;3a區(Flood Zone 3a)為高概率區,河流型洪水概率大于1%,海岸型洪水概率大于0.5%;3b區(Flood Zone 3b)為功能性洪泛區,屬于經常會淹到的地區[14]。同時將需要規劃的建筑物按照重要性以及脆弱性(vulnerability)分為5類:基礎設施(essential infrastructure),如交通道路、發電站、輸水設施等;高度脆弱建筑物(highly vulnerable),如警察局、消防站、通訊設備、避難所、地下住宅等;較脆弱建筑物(more vulnerable),如醫院、學校、住宅、監獄、垃圾填埋場等;低脆弱建筑物(less vulnerable),如商店、餐館、辦公樓、農業、林業、礦業、污水處理廠等;適水建筑物(water-compatible development),如閘、壩、堤防、泵站、航運、漁業及國防設施等。在實際的土地規劃過程中,將建筑物的分類與地塊的洪水風險分區進行匹配,如表1[15]所示。

表1 洪水風險管理的類型

3.2 抵御型措施

通常抵御型防洪措施包括防潮閘、防洪堤壩、防洪墻等工程,目的在于將洪水和人隔離開來。倫敦的抵御型措施主要靠泰晤士河口防潮體系(圖2)。倫敦位于泰晤士河口平原,歷史上有多次較大的來自海上的潮汐洪水。為了阻擋來自北海的風暴潮,泰晤士河口的防潮體系可以防御千年一遇的洪水,主要包括8個防潮閘、36個水閘,400多個小型可移動防潮設施以及超過330 km的防洪堤壩和防洪墻[16]。

其中對于倫敦防潮最重要的就是泰晤士防潮閘(Thames Barrier)。該閘修建于1974年,全長578 m,共10孔,由11座大型防水橋墩分開;中間4孔為主航道,每孔凈寬61 m;南岸2孔為副航道;北岸4孔不通航,每孔凈寬均為31.5 m。通常閘門的弧形面板停在閘底板凹槽內,閘門里板與閘底板頂面齊平,不影響正常的通航及周邊生態環境,擋潮時,將閘門上轉90°,面板從凹槽中滑起,露出水面到豎直位置[17]。

圖3為1982—2018年泰晤士防潮閘汛期開閉情況。由圖3可以看出,從1982年運行以來,泰晤士防潮閘關閉過182次(截至2018年2月),其中95次用于防御來自海洋的風暴潮,87次抵御綜合性洪水(泰晤士河流洪水及風暴潮同時發生)[18],產生了幾十億英鎊的防洪效益;21世紀以來,防潮閘關閉的次數明顯要高于前期,也能一定程度反映出氣候變化和人類活動等因素可能會在未來造成較大的防洪壓力。

圖3 泰晤士防潮閘汛期開閉情況

圖4 倫敦的下水道

3.3 緩解型措施

通過適當地排水、截留、蓄滯等措施減緩洪水的發生強度也是洪水風險管理中的重要一環。倫敦現在使用的下水道系統始建于19世紀的維多利亞時期(圖4(a)),當時設計標準為400萬人口,已經遠遠不能滿足倫敦現在和未來的城市需求。由于管道采用雨污合流制,即使少量的雨水也會導致污水從泰晤士河沿岸的排放口排出造成水體污染,如果遇到更大的降雨,超負荷的下水道系統會引起城市內澇甚至會引發污水從地表溢出,形成城市地表的污水洪水。為了滿足現在及未來的下水道容量需求,減少向泰晤士河內直接的污水排放、同時防止和減少污水上涌產生的污水洪水淤積,保護泰晤士河沿岸的生態環境,倫敦政府聯合其他相關企業啟動了泰晤士深隧工程(Thames Tideway Tunnel)[19]。工程由英國最大的水務公司Thames Water負責投資開發和運行維護,Tideway公司負責建設。深隧全長25 km,內徑大于7 m,埋設在泰晤士河下面,是倫敦最深的隧道,最深處可達地下65 m。

泰晤士深隧工程于2016年開工建設,預計完成時間為2023年。建成后,可以有效地減少污水直接入河,94%以上的混合污水將被攔截,統一輸送到貝克頓污水處理廠(Beckton Sewage Treatment Works)進行處理,同時也可以有效地緩解城市內澇,污水洪水將基本消失[20]。目前主隧道已經全面開挖,部分二級隧道也開始動工。東北部的Lee Tunnel于2010年開工,2016年運行,將在其他隧道建完后進行連接(圖4(b))。

除了大型的地下排水工程,地表的蓄、滯、滲、排等可持續排水系統(sustainable drainage systems,SuDS)也能發揮很大的作用。2015年英國建筑工業研究與情報協會(CIRIA)發布的《SuDS手冊》[21]中指出，SuDS的理念主要是提高下滲和滯蓄雨水的能力以及減緩流速,具體的措施包括雨水收集、滲水坑、過濾帶、洼地、池塘、透水路面還有草帶(坡)模擬自然排水模式減緩流速等(圖5)。可持續排水系統不僅僅可以解決水量的問題,還能夠凈化水質、提供更適宜的人居環境,也能夠還原和改善自然環境,是一項長期的多效益的生態工程。

3.4 應對型措施

圖5 可持續排水系統的應用

應對型防洪措施主要包括洪水預測、洪水預報預警系統、以及洪水發生時的緊急預案及各種應對措施。2007年的大洪水讓政府意識到準確的洪水預報的重要性,氣象局與環境署聯合開發洪水預報模型,運用遙感、雷達等多種監測手段,使用超級計算機進行高分辨率的模擬計算,大大提高了洪水模擬預測的準確性[22]。同時倫敦很早就開展了洪水風險圖的編制工作,根據洪水的類型分為河道和沿海洪水風險圖、城市內澇風險圖以及水庫洪水風險圖等。在洪水的預警預報系統中不同等級的警告標準是根據以往的洪水信息以及洪水風險圖中的不同洪水源的風險等級來確定的,將實時監測到的水位和雨量信息與之匹配,發出相應的預警信息[23]。通過警報器、電話、短信、廣播、電視、互聯網等形式傳遞給居民。居民也可以在環境署網站上隨時查詢實時相關信息,做好預防準備工作。

3.5 恢復型措施

恢復型措施主要包括洪水保險、政府緊急財政支持以及各地方和社區等的災后重建工作。對于遭受洪水的家庭來說,保險可以在危機時刻提供重要幫助。由于洪水的不確定性較大,后果往往較為嚴重,涉及面很廣,導致洪水保險并不簡單。如果完全推向市場,保險可能會非常昂貴,許多家庭和小企業會負擔不起;如果完全由國家運營,將會面臨巨大的財政壓力。因此英國政府和英國保險協會(ABI)之間采用了合作的模式。20世紀60年代起政府和保險公司之間就達成了“紳士協議(gentleman’s agreement)”,政府不承擔保險風險,但是需要負責降低洪水風險,投資防洪工程并建立有效的防洪體系,并向保險公司提供洪災風險評估、災害預警、氣象研究等相關公共品。只有在政府履行了這些職責的地區,保險公司才提供巨災保險。保險公司負責給居民及小型企業提供洪災財產保險,業主可以自愿在市場上選擇保險公司投保。許多銀行在居民因購買房屋向其申請抵押貸款時,要求必須購買洪水保險。在2000年英國大洪水之后,許多保險公司由于巨額賠付而虧損,政府和英國保險協會在2000年簽訂了一份“提供洪水保險的原則聲明(Statement of Principles on the Provision of Flood Insurance)”,ABI成員同意繼續以現有的費率向具有高洪水風險的家庭提供保險,但是政府必須承諾加大對防洪的投資,降低洪水風險。該協議在2008年又進行了修訂并續簽5年[24]。2013年底,原有的協議即將面臨到期,而且對于居民來說,仍然面臨保費過高的問題,尤其是隨著洪水風險圖和洪水模型等的發展,洪水風險區域等級的劃分,高風險的家庭將會面臨更高的保險費用。對于保險公司來說,雖然居住在低洪水風險區域的家庭會對保費起到一定的補償作用,但仍然較難維持高風險地區的洪水理賠,如果沒有新的解決方案,超過20萬的家庭將無法受到洪水保險。在這樣的背景以及2014年英國新水法的支持下,洪水再保險基金應運而生。再保險基金向提供洪水保險的保險公司每年征收1.8億英鎊,如果遇到洪水風險,還會向保險公司收取相應費用,用于再保險基金的日常運營和在災害發生后向保險公司賠付[25]。洪水再保險協議年限為25年,每5年對于保費和補貼等項目的金額進行修訂,最終目的是將洪水保險市場逐漸過渡成為一個根據洪水風險高低進行定價并且人人能夠負擔得起的保險[26]。

除了洪水保險外,英國政府的緊急財政援助也會給災后的重建工作迅速提供資金支持。它是以原環境部長Lord Bellwin的名字命名,1983年引入,2014年進行了修訂。在遇到重大自然災害如洪水情況時,中央向地方政府提供特別的經濟援助。該項經費由地方政府提出申請,必須是短期內迅速采取的應急措施費用,如道路清理、除澇排水、災民轉移、緊急的醫療衛生服務等,對于周期較長的災后恢復與維護則不提供資金支持[27]。

4 對我國城市洪水管理的啟示

近年來,我國的城市洪水風險管理[28]也處在轉型階段,在大型防洪工程措施的基礎上,逐漸重視軟性工程如海綿城市建設、洪水預警預報等緩解型和應對型措施等方面的發展。通過對英國倫敦各類防洪措施的深入了解和研究,對我國的城市洪水管理主要有以下幾點啟示:

a. 從預防型措施來看,重視城市土地利用規劃工作,合理分區,采用建筑物及土地洪水風險分級制,重要建筑和居民能夠盡可能遠離洪泛區。雖然洪水無法完全避免,但是可以提前規避風險,避免較為嚴重的人員傷亡和財產損失。

b. 對于抵御型的防洪措施,需要因地制宜,針對當地的洪水特點,考慮經濟承受范圍內,也要考慮未來發展的情況。在全球氣候變化的背景下,對于可能造成嚴重后果的海洋風暴潮洪水,應盡量提高防洪標準,如泰晤士河口的防潮體系可以抵御千年一遇的風暴潮。對于河流洪水及暴雨洪水,在設堤建壩的基礎上,可以多結合緩解型措施,效果更好。

c. 我國已經開始推進緩解型的防洪措施。海綿城市理念已經在多個城市進行試點,要求城市能夠充分利用自然手段合理地對洪水進行蓄、滯、排、滲。但是在生態防洪的基礎上還需要注重和城市原有的地下排水系統相匹配,建立較為科學的能夠最大化利用的地上地下綜合排水系統。

d. 洪水風險圖、洪水預報預測等應對型防洪措施在洪水來臨時能夠發揮巨大作用。隨著監測技術和計算機技術的發展,英國洪水的預測更多地基于可靠的滿足一定精度要求的洪水模擬模型,目前我國洪水預測模型還需要進一步提高和完善,提高預報預警的準確度,為洪水災害的到來做好準備工作,將洪水造成的損失降到最低。

e. 恢復型防洪措施在我國主要還是政府為主導,國家財政面臨巨大壓力,受災群眾在災后也無法獲取快速有效的賠償,可以借鑒英國的洪水保險制度,政府與商業保險公司共同運行,不僅可以保障居民財產安全,也能有效地減少國家救災投入,可以將更多的資金投入到災害預防和保障中去。