北京中心城区内涝成因

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1、第33卷第9期地理研究Vol.33,No.92014年9月GEOGRAPHICALRESEARCHSeptember,2014北京中心城区内涝成因1,2孙喆（1.北京大学城市与环境学院,北京100871;2.北京大学建筑与景观设计学院,北京100871）摘要：城市化的发展改变了原始的自然水文循环系统，打破了水量的均衡而导致城市内涝。梳理了应对雨水的基本模式，并总结出与城市规划相关的三方面主要致涝因素——城市土地利用、水系统和基础设施。以北京中心城区为案例，综合考虑城市用地变化过程，从城市基本汇水区单元的视角出发，分析城区内涝

2、程度和上述三方面因素之间的关联规律。结果表明：平均坡度、河网密度与城市内涝程度呈线性正相关；耕地比率、林地比率、荒地比率与城市内涝程度呈线性负相关；而不透水表面比率和建设用地比率与城市内涝程度呈指数正相关关系。关键词：城市内涝；土地利用；相关分析；北京市DOI:10.11821/dlyj2014090081引言[1,2]城市化是目前中国发展的大背景，是不可抗拒的社会经济发展规律。据国家统计局数据显示，改革开放以来中国一直处于连续的城市化进程当中，2011年中国城镇化率[3]已超过50%。然而，城市化进程中的建设，人口和产业聚

3、集产生的外部负效应都在一定[4]程度上对环境带来了“建设的破坏”，其中包括对文化遗产等人文环境和对土地资源、森林、河流等自然环境的破坏。从水文学的视角上看，城市化也是破坏自然水文平衡的重要因素。城市化前后，水文循环特征明显不同(图1)：在天然流域内，降雨部分被植物截留，余下部分在地上蓄留于洼地内，或开始入渗；而在城市流域之中，由于蓄水量和[5]下渗量极少，蓄满和坡面漫流发生较快，往往形成大量地表径流。中国当下的快速城市[6]化进程正在对水文环境造成巨大影响，大规模的建造活动产生了面积巨大的不透水面，这种土地利用形态和格局的变

4、化对流域的水文过程带来了极为不利的影响，导致了水环境的退化。数量巨大无法下渗的雨水增量打破了原有自然状态下的水平衡，由此产生的地表径流导致了洪峰出现时间提前、洪峰流量加大的后果，甚至在强度时长均较小的降[7,8]雨当中也仍然如此。实际上降水只是普通的自然规律，人类在聚居于城市的漫长历史过程中，逐步掌握了多种应对雨水的方法，通过不同的技术手段，将聚居区内多余的水量转移到其他地方。归纳起来，应对雨水的体系设计主要基于如下三种模式：输送（conveyance）、滞留[9]（detention）、截留（retention）。其中，输

5、送模式主要是指通过直接而迅速的手段，利用雨水管网，在尽量短的时间内把尽量多的上游场地上的积水输送至远离场地的下游。这虽然解决了场地本身的积水问题，但在汇流过程中产生的洪峰流量能在河道中不断地迅速叠加，从而将雨洪产生压力转嫁到了下游。随着城市的扩张，这种直接的排水模式收稿日期：2013-11-29;修订日期：2014-05-04基金项目：国家自然科学基金项目(51078004)作者简介：孙喆（1988-），男，贵州毕节人，博士，研究方向为城市规划与设计。E-mail:sun_zhe@pku.edu.cn1668-1679页9期

6、孙喆：北京中心城区内涝成因1669图1天然流域和100%不透水城市流域比较[5]Fig.1Comparisonbetweennaturalcatchmentand100%imperviousurbancatchment增加了雨洪排泄的频率，提高了雨洪峰值，缩短了洪峰到达时间。当降水较大时，常常造成下游河道水位上涨产生顶托，导致了下游发生内涝。随之而来的大量初期雨水污染[10-12]也严重地影响了河道水质，恶化了城市水系统。滞留模式的产生正是为了解决输送模式带来的问题，其基本设想是先将雨洪径流进行暂时的储存，随后以一个更低的速

7、率释[13]放到受纳水体之中，降低水流峰值，减小对下游的冲击。滞留模式对小频率大暴雨所产生的城市径流有较好的效果，但对平常较大频率而规模有限的小型暴雨并不能有效应[14]对。建设大型的滞留设施并同时使用较小的溢流参数可以比较有效地延缓径流时间，[15,16]降低径流峰值和峰速，但也无法很好解决非点源污染进入水系统的问题。由于滞留模式仍然未能很好地模拟自然水文循环，强调截留和下渗的新模式在此基础上发展起来。其主要核心思想是在场地源头将雨水进行少量而分散地截留和吸收，并通过蒸发、植物蒸腾以及下渗回灌等方式，减少汇水区的外排频率并

8、降低对下游河道的冲击，同时也能[17,18]够对初期径流进行一定改善。在这种具有生态效益的雨洪处理模式中，雨水不再是河[19]流湖泊的累赘和急于被排泄的废物，而是被适当地滞蓄下渗，有效地减轻了城市管网排水的负担，并使得雨水得到资源化利用，是目前综合效能较高的处理方法。城市应对雨水的三种模式