导 读
进入7月份以来，全国多城市就进入了防汛的关键时期。洪涝问题一直困扰着世界各国的城市安全与发展。为实现防洪目标，各国根据不同的地势特点制定了不同的策略。
文/张楚汉，王光谦
来源：赛杰奥公号（2020年7月14日），本文摘编整理自《世界都市之水》（张楚汉，王光谦主编. 北京：科学出版社，2020.5）一书。
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近期，一篇《一场大雨，暴露了发展中国家与发达国家的真正差距》的文章广为传布，日本东京的城市下水道系统——完全是一个庞大的地下宫殿一样的规模——展示了东京的经济实力与周密细致的规划！
本文分享《世界都市之水》一书中东京'防洪排涝体系'的部分内容，系统地介绍东京防治洪水的经验。
防洪排涝体系
一、工程和非工程措施并举的防洪策略
东京属于亚热带季风气候，四季分明，降水充沛，夏季受东南季风影响，降水较多，还经常遭遇台风带来的强降雨。在自然灾害方面，除了每百年来一次的大地震以外，对东京地区影响最大的就是台风与暴雨带来的大洪水。正是基于这样的实际情况，东京都十分重视城市下水道系统和防洪排涝体系的建设。
根据东京都政府2007 年制定的长期目标，东京将强降雨的防御标准划分为三个级别，分别采用不同的应对策略：在每小时降雨量达60mm 的情况下避免严重积水；在每小时降雨量达75mm 的情况下避免房屋或地下建筑进水受灾；在历史最大降雨的情况下，仍能保证人员生命安全。目前，东京采取的“最大”降雨标准是2000 年名古屋遭受“东海暴雨”袭击所创下的纪录，即1h 降雨量114mm，总降雨量589mm。
为实现防洪的目标，东京采取了诸多措施。在工程措施上，高标准、高投入地建设城市下水道设施；注意通过合理规划解决问题，充分利用城市自然水系、土地的防洪功能。在非工程措施上，东京重视防灾应急体系的日常建设，将工作落实于日常，力求充分考虑各种意外情况，做好平时的准备和预案。采取软硬并举的方法，优先实施危机发生时能用得上的对策。其中，工程措施主要指河道整治，包括河流水系的连通处理，排水管网整治和流域综合治理等。通过联合调度等综合措施，促进城市防洪目标的达成。
▲ 河流和排水管网的联合调度
资料来源：东京都建设局. 东京都城市水灾对策. 2020.
https//www.kensetsu.metro.tokyo.lg.jp/jigyo/river/chusho_seibi/index/menu01-01.html
▲ 河流、排水管网和流域管理的综合措施
资料来源：东京都建设局. 东京都城市水灾对策. 2020.
https//www.kensetsu.metro.tokyo.lg.jp/jigyo/river/chusho_seibi/index/menu01-01.html
非工程措施主要包括提供洪水信息、洪水淹没风险图、避难和防灾体制的健全及宣传教育。针对城市洪水泛滥，发布洪水风险图，公示大雨时的危险场所、危险程度、避难场所及线路信息。截至2019 年，已有23 区26 市1 镇公示了洪水风险图。
▲ 东京都洪水风险图公布区域
资料来源：东京都建设局.2020. https://www.kensetsu.metro.tokyo.lg.jp/jigyo/river/chusho_seibi/index/menu03.html
二、首都圈外围的地下排水通道
1. 工程背景
东京都首都圈的中川、绫濑川流域，被荒川、利根川、江户川等大河所包围，为小型盆地。此地区内河流包括中川、绫濑川、仓松川及东部的江户川与西部的荒川。由台风等引发的强降雨经常造成中川、仓松川和绫濑川等中小河流迅速涨水，由于河流坡度平缓，水不易流出，盆地内洪涝灾害严重。另外，随着日本经济迅速发展，首都圈扩张性无序开发，人口和资产不断集中到上游地区，特别是距离东京20～40km 的范围内，城市化程度达到50%，而河流整治及下水道设施建设无法跟进，屡因排水系统的孱弱而饱受内涝之苦。
▲ 中川、绫濑川流域位置和地形
为了解决地区的洪涝问题，除了对已建水利设施的整备、新建相关水利设施外，还需要通过地区整体开发来恢复受损河流原有的保水和滞洪功能，防止雨水瞬间流入河流。为此，包括东京都、茨城县、埼玉县在内的流域沿线29 个城镇成立“中川、绫濑川综合治水对策协议会”，制定了综合治水的对策，并且在1992 年决定大兴土木，建设巨型分洪工程——首都圈外围地下排水通道。
首都圈外围地下排水通道将中川、仓松川、大落古利根川等中小河流的洪水导入地下隧道，再泵排流入江户川。该分洪工程位于东京北郊的琦玉县境内，由江户川河川事务所管理，于1993 年3 月开始施工，在2006 年6 月竣工，实现了大落古利根川至江户川的通水，总投资2400 亿日元（约合人民币200 亿元）。分洪系统使用计算机遥控，并在中央控制室进行全程监控，堪称世界最大规模和最先进的地下排水系统。
2. 主要设施
首都圈外围地下排水通道主要由流入设施、竖井、隧道、调压水槽、排水设施组成。流入设施主要为分别设置在中川、仓松川、大落古利根川等河流堤防上的溢流堤。当河流水位超过溢流堤顶高程后，洪水就会自然流入排水通道。溢流顶高程与周围最低地面高程基本相同，保障设施能充分发挥作用。
竖井主要起到把通过流入设施的洪水导入隧道的作用。沿程共布设有5 个竖井，除第1 号竖井外，第2 号至第5 号竖井分别与第18 号水路、中川和仓松川、幸松川、大落古利根川的流入设施相连。竖井深度约70m，内径约30m，还在搬入车辆、安装设备和后续的运行管理中发挥着重要作用。
▲ 首都圈外围排水道总图
隧道作为地下通道，起着汇集和输送洪水的作用。隧道贯穿于地下约50m 深处、全长6.3km、直径10.6m，与5 个竖井连接，最大流量达到200m³/s。
调压水槽是在地下约22m 处建造的长177m、宽78m、高18m 的巨大蓄水池。主要起到削弱和调节地下隧道水流的水势，使水泵平稳运行的作用，还可以对水泵突然停止情况下的水流进行调节。调压水槽的天棚以59 根长7m、宽2m、高18m、重500t的混凝土柱支撑，天棚上面为一足球场。
▲ 地下隧道末端蓄水池实景
排水设施包括排水泵站和排水暗渠。通过地下隧道流入调压水槽的洪水，经大型水泵、暗渠排入江户川。排水泵站设置有4 台大型水泵，每台最大排水量为50m³/s，最大总排水能力可达200m³/s。抽水泵的涡轮机由航空发动机改造而来，每台额定功率达10300kW，但外形和振动小、噪音低。抽水泵和江户川之间通过6 条排水暗管相连，每条暗管长4.2m、高5.4m。排水暗管还能起到防止江户川水倒流进入排水系统的作用。
3. 防洪效果
首都圈外围地下排水通道工程首先完成了第3 号竖井到排水设施长度为3.3km 工段，为尽快发挥工程效益，自2002 年6 月起开始试运行，工程运行情况如图24 所示。试运行开始到2019 年10 月期间，工程蓄水共50 次，蓄水并实施泵排共71 次，合计121 次，平均每年运行7 次。
▲ 首都圈外围地下排水通道的运行情况
中川、绫濑川流域1980～1989 年的10 年间有超过8 万户被淹，而2000～2009年的10 年间被淹户数减少到了1/10。工程运行后，在减小洪涝灾害方面取得了显著成效，这其中也包括了河道整治、雨水入渗等措施所发挥的作用。
▲近年首都圈外围排水道周边七城镇洪水和淹没情况
外围地下排水通道对洪水进行调节，从而降低了下游河道水位，减少了可能造成的洪涝灾害。基于数值模拟结果，可以估算历年工程运行的效益，结果表明：试运行以来共减少淹没损失达1484 亿日元。其中，针对2015 年9 月第17、18 号台风，减少损失264 亿日元，针对2019 年10 月第19 号台风，减少损失264 亿日元。
三、下水道系统
下水道系统是大城市应对暴雨的第一道防线。东京都政府把下水道设施的建设和管理作为重要事务，东京都的城市下水、排水设施由国有企业“东京都下水道局”负责。下水道局是东京都政府仅有的三家主要公营企业之一，另外两家分别是运营部分地铁线路的交通局和负责自来水供应的水道局。东京都下水道局注册资金达4.16 万亿日元（约合3120 亿元人民币），拥有约3500 名员工，每年财政支出约合人民币520亿元，其中设施建设费用约合人民币100 亿元，设施维护费用约合人民币120 亿元。人力、物力和财力的巨大投入，是东京建设完善下水管网系统的基本保障。
东京都下水道系统包括管渠、抽水泵站和污水处理厂。经过110 多年的建设，到1995 年3 月市区下水道的普及率达到100%，多摩地区自1986 年建设区域地下水道以来，到1999 年末，普及率达91%。至今，东京都已建有12 个污水处理厂、5 个污泥处理厂、86 个抽水泵站，这些设施的日处理污水能力约829 万t。
目前东京都约有82%的地区采用合流式排水系统，中川（Nakagawa）处理区及芝蒲（Shibaura）、砂町（Sunamachi）、森崎（Morigasaki）3 个处理区的部分地区则采用分流制下水道系统。多摩地区大部分下水道采用分流制，而野川（Nogawa）、北多摩一号（Kitama No.1）和北多摩二号（Kitatama No. 2）处理区则采用合流制。
在分流制下水道系统中，雨水和污水不会混合，而直接排入河流或海洋。由于东京都市区人口、建筑密集，加之土地私有制，很难满足协调分流制下水道系统所需的管渠空间的要求，也存在着雨水将路面的污染物带入河川和海洋的问题，同时敷设两种管区建设费用高。尽管合流制会增加污水的处理量，有雨水和污水混合溢流入河流的缺点，但合流制下水道系统可充分利用原下水道系统进行改造、重建和完善，并且建设费用、技术要求低于分流制，因此在东京都市区仍被广泛使用。为了保全公共流域的水质，东京都正在加大输往污水处理厂的初期降雨中水质较差的污水管道，同时构建蓄水设施来存储那些在雨天没能被处理的污水。
东京都的大部分抽水泵站有污水和雨水两种抽水设施。雨水抽水设施在降雨大时可快速将低于海平面的地面雨水直接排入河流或大海，避免洪水泛滥。污水处理厂的主要作用是除去污水中的污染物，使排放至河流或大海的水质符合环境标准。东京都污水处理厂全部采用活性污泥法进行高级处理。污水处理厂有污水和污泥两种处理设施。处理后的污水或排入河川和大海，或经过高级处理后作为再生水循环利用。
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