Urban Drainage Pipe Network Examination under the "Sponge City" Strategy
陈伟珂 CHEN Wei-ke；丁聿 DING Yu
（天津理工大学管理学院，天津 300384）
（School of Management，Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China）
摘要：为指导“海绵城市”的建设，研究以天津市为例，采用综合指数法对天津市城市排水管网进行脆弱性评价，基于上述评价结果进行脆弱性指数的预测。评价结果表明：近十年，天津市城市排水管网虽有发展但仍然无法完全满足城市发展的需求，预测结果表明城市排水管网脆弱性逐渐降低。同时，研究也指出“海绵城市”建设的侧重点，使二者更好的融合发展，共同缓解城市内涝。
Abstract: In order to guide the construction of "Sponge City", the study takes Tianjin as an example, and uses the comprehensive index method to evaluate the vulnerability of Tianjin urban drainage network. Based on the above evaluation results, the vulnerability index is predicted. The evaluation results show that in the past ten years, although the urban drainage network in Tianjin has developed, it still cannot fully meet the needs of urban development. The prediction results show that the vulnerability of urban drainage network is gradually reduced. At the same time, the study also pointed out the focus of the construction of "Sponge City" to alleviate urban guilt.
关键词：海绵城市；排水管网；脆弱性评价
Key words: sponge city；drainage network；vulnerability assessment
中图分类号：TU984.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）01-0004-03
0 引言
近十年来，在城市化规模急剧扩张的同时，城市内涝等“城市病”仍在不断发生，在我国所有城市中，有60%以上的城市都经历过城市内涝灾害[1]。以往解决城市内涝灾害主要依靠城市排水管网的泄水能力，一方面，城市排水管网在雨水的储蓄、处理及回用等方面效果不佳；另一方面，城市的迅猛发展及强暴雨气候的出现加剧了排水管网的工作压力，使得原本发展滞后的排水管网无法完全应对城市内涝灾害，解决城市内涝灾害手段的单一性影响了城市的健康发展。“海绵城市”的概念提出后，我国在发展战略层面将其作为城市发展中重要的“里子工程”进行推进，“海绵城市”的建设不仅可提高城市“柔性”，更重要的是与城市排水管网相辅相成，协同作用解决城市内涝灾害[2]，但“海绵城市”的建设与规划应以摸清城市排水管网基本发展状况为前提，城市排水管网脆弱性评价作为诊断城市排水管网现状的重要手段，对这一前提的实现起着至关重要的基础性作用。
1 研究区概况
天津市位于华北平原东北部、海河流域下游，属大陆性气候，降雨主要集中于夏季，年平均降雨量大约为550~700mm，6~7月份的降雨量占全年总降雨量的80%左右。天津市共包括18个县区，地势总体走势为南低北高，居民住宅、工矿以及交通用地约占天津市总土地面积的22%，园林牧地约占6%，城区内雨水管道约1800公里，雨水泵站约120座，雨水管网普及率约为80%，但面对强降雨天气，城市内涝仍在持续，例如，2016年7月，天津市出现连续两天的强降雨，造成城区道路积水52处，海河水位持续较高，附近下沉路段全部淹没。天津市排水设施相对落后，在部分区域，城市排水管网的排水能力基本无法满足排涝需求，因此，本研究立足于“海绵城市”战略背景，针对天津市具体情形对排水管网进行脆弱性“诊断”，确定天津市排水管网脆弱性指数及脆弱程度，为“海绵城市”的科学建设与排水管网的未来规划提供理论支持。
2 天津市城市排水管网脆弱性评价结果与分析
2.1 城市排水管网脆弱性等级的划分
为了便于进行脆弱性比较，本研究参考相关学者的研究[3]，并根据城市排水管网脆弱性评价综合指数值V，进行城市排水管网脆弱性等级划分，具体划分情形见表1。
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2.2 城市排水管网脆弱性评价结果的分析
采用综合评价法对天津市2007-2016年城市排水管网脆弱性综合指数进行计算，计算结果见表2，脆弱性综合指数走势图如图1所示。在2007~2016年期间，天津市城市排水管网脆弱性综合指数由0.337上升为0.652，总体呈现上升趋势，脆弱性等级由Ⅳ级降低至Ⅱ级，脆弱度由“重度”减弱为“轻度”；此外，从图1中可以看出，在2008年、2011年和2016年天津市城市排水管网脆弱性综合指数较上一年均有明显增长。
在过去十年中，天津市陆续出台了《天津市排水专项规划》、《天津市排涝总体规划》、《天津市海绵城市建设专项规划》等一系列建设规划，在原有规划的基础上将天津市中心城区以及外环线以外的各县区进行了统筹规划，整合了服役时间较长的排水泵站，对市内常积水区域进行了排水设施的升级改造与扩建，排水管网普及率约80%。相关规划的制定与颁布表明天津市逐渐加强了城市排水管网的建设，加快城市排水管网发展以满足城市排涝需求，使得天津市城市排水管网脆弱性逐渐降低。
在2015~2016年，天津市城市排水管网脆弱度由“中度”进入“轻度”状态，排水管网由无法满足城市排涝需求提升至基本满足城市排涝需求，虽然已达到“轻度”状态，但其脆弱性综合指数也仅仅是处于边缘地带，仍然存有跌至“中度”状态的风险。因此，针对天津市具体积水情况，“海绵城市”的建设可优先将重点集中于常积水片区，缓解重点区域排水管网泄水压力，使天津市排水管网脆弱性进一步降低。
透水地面率和绿化覆盖率对天津市城市排水管网暴露度影响较大。天津市在城市发展及建设过程中，将“海绵城市”的建设理念融入其中，透水地面率由25%逐步增加至接近40%，绿化覆盖率现已增长至38%，“海绵城市”理念的加入在一定程度上增加了城市的柔性，使得天津市应对恶劣暴雨气候的能力不断增强；另外，天津市汛期平均降雨量约700mm，面对降雨较多的情形，天津市采取了“源头控制”策略，如：停车场、小区道路等根据具体条件采用透水地面进行铺设；在道路两侧允许的前提下设置植草沟；旧城区进行改造时不得增加原有排水管网的工作负荷，坚持符合低影响开发理念。在暴露度维度中，天津市在“海绵城市”理念指导下持续提高透水地面率、绿化覆盖率等重要指标值，但天津市各区域地形地势不尽相同，在“海绵城市”理念转化为实际建设成果过程中仍存在着诸多瓶颈。
天津市城市排水管网敏感性与管网普及率关系较为密切。《天津市排水专项规划》（2008~2020年）将天津市划分为主城区、滨海新区以及其他区县，根据各区域地形地势、植被覆盖率等多项指标制定了不同的管网普及率目标值，分别为95%、90%、85%。上一轮排水规划只将天津市中心城区纳入了规划范围，经过上一轮规划的顺利实施完成，截止到2007年，天津市中心城区排水管网普及率已达到70.06%，在2008-2016年期间，天津市在城市建设的基础上进行旧城区雨污分流改造，并在改造的同时对已有排水管网进行升级、扩建，直到2016年，天津市中心城区排水管网普及率已达到80.4%，排水管网普及率的提高在很大程度上降低了天津市排水管网应对多雨气候的敏感性，但天津市目前排水管网普及率与《天津市排水专项规划》中的目标普及率仍有较大差距，另外，天津市旧城区排水管网存在着管道服役时间较长、管道老化严重以及管道建设标准偏低等诸多障碍，严重阻碍了旧城区排水管网的升级改造，同时也是在天津市城市建设过程中亟待解决的重要问题。
雨水管道总长度、雨水泵站数所占权重最高，其对天津市排水管网的适应能力影响也较大。2007~2016年期间，天津市颁布的一系列关于城市排水管网的规划都已在按部就班的实施，并取得了显著的成果，天津市中心城区雨水管道长度、雨水泵站数由2007年的1190km、98座分别增加为2016年的1338km、120座，在过去十年中，天津市城市排水管网一直保持着稳步发展，在很大程度上对天津市城市排水管网的适应能力的提升起到重要作用，同时也使得天津市城市排水管网适应能力脆弱度由“重度”降低至“中度”，又进一步降低至“轻度”。新城区排水管网的建设以及部分老城区排水管网的改建将天津市排水管网的排水能力由2007年的671m3/s提升到2016年的1940.3m3/s，排水能力的极大提高使得排水管网应对强降雨天气等不利因素的能力也不断提高。从表2适应能力中的脆弱度一列可以看出，天津市城市排水管网经过十年的发展与建设使得适应能力逐渐增强，直到2016年进入到“轻度”状态，同时也存跌入“中度”的风险，因此，在排水管网建设及改造升级方面仍要持续。
3 城市排水管网脆弱性指数预测
在天津市城市排水管网脆弱性指数综合测度完成的基础上，本论文采用灰色预测模型对天津市2017-2019年的城市排水管网脆弱性指数进行预测。灰色预测通过对系统中发展相异的各因素进行关联分析，寻找出其中的变动规律并建立微分方程预测模型，实现对系统未来发展趋势的预测。灰色预测具有良好的鲁棒性。新陈代谢GM（1，1）模型是灰色预测模型中最为常用且精度较高的短期预测模型，新陈代谢意为在原始数据中不断补充新数据，同时删掉最陈旧数据，始终保持数据维度不变，实现动态预测。
在上文对天津市排水管网脆弱性综合评价结果的基础上，借助Matlab实现新陈代谢GM（1，1）模型的建模，对天津市2017、2018和2019年的排水管网脆弱性综合指数进行预测，其预测结果分别为：0.672、0.719、0.767，呈现递增趋势，见表3，总体走势如图2所示。
2007~2016年期间，天津市排水管网脆弱性综合指数预测值总体走势符合实际值的变化趋势；2017~2019年预测期间，天津市排水管网脆弱性综合指数呈递增式发展，脆弱性综合指数预测值由0.672上升到0.767；结合表1中的脆弱性分级，预测期间天津市排水管网脆弱度依然处于“轻度”状态，其状况并非完全乐观。
面对天津市城市排水管网未来发展趋势，一方面，天津市仍需加强重点区域排水管网的规划与建设，尤其是实现老城区排水管网的全面升级改造，进一步降低天津市排水管网脆弱性；另一方面，在“海绵城市”建设战略下，《天津市海绵城市建设技术导则（2016版）》现已出台，针对天津市排水管网建设及改进存有困难的区域，“海绵城市”的建设显得至关重要，其建设重点在于雨水入渗、滞留、市政道路绿化、城市绿地与广场等方面，使排水管网和“海绵城市”相辅相成，通过排水管网泄水、自然渗水、自然蓄水等手段共同缓解城市内涝灾害。
4 结论
研究基于“海绵城市”建设的战略背景，以摸清城市排水管网脆弱性为目的，对天津市城市排水管网脆弱性进行诊断，评价结果表明：2007~2016年期间，天津市排水管网脆弱性由“重度”降低至“轻度”，说明近十年来天津市排水管网建设正逐渐趋于完善；2017~2019年期间，天津市排水管网脆弱性预测结果为“轻度”，说明天津市排水管网仍有诸多发展空间。
对城市排水管网脆弱性评价影响较大的因素有透水地面率、绿化覆盖率、管网普及率、雨水管道总长度及雨水泵站数，因此，天津市城市排水管网未来建设的重点应集中于新老城区排水管网的升级、扩建及其配套设施的完善等方面，在排水管网建设困难或难以满足城市排涝需求的区域，应重点推进“海绵城市”建设，其重点在于提高非主干道路的透水率以及区域绿化覆盖率，使排水管网与“海绵城市”相互渗透、协同作用，提高城市应对内涝灾害的能力。
参考文献：
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[2]吴丹洁，詹圣泽，李友华，等.中国特色海绵城市的新兴趋势与实践研究[J].中国软科学，2016（01）：79-97.
[3]吴冠岑，牛星.土地生态安全预警的惩罚型变权评价模型及应用——以淮安市为例[J].资源科学，2010，32（05）：992-999. |
