近年来,受全球气候变化影响,极端降雨事件频发,铁路沿线洪涝灾害风险显著增加,防洪减灾已成为铁路工程建设与运营管理的核心任务之一。传统铁路防洪评价多侧重于工程性防洪措施,如修建堤坝、疏浚河道等,虽在一定时期内发挥了重要作用,但面对复杂多变的水文情势,其局限性逐渐凸显,难以实现对雨水的系统性管控与资源化利用。
海绵城市理念以“自然积存、自然渗透、自然净化”为核心,强调通过构建低影响开发系统,实现雨水在城市区域的良性循环,为解决城市内涝、水资源短缺等问题提供了创新思路。将这一理念融入铁路防洪评价体系,不仅能提升铁路工程应对洪涝灾害的韧性,还能推动铁路建设与生态环境保护的协同发展。

一、海绵城市理念的核心内涵与关键特征
(一)核心内涵
海绵城市理念源于对城市水文循环规律的科学认知,其核心是通过模拟自然水文过程,构建“渗、滞、蓄、用、排”相结合的雨水管理系统,实现对降雨的全过程管控。具体而言,“渗”即通过透水铺装、绿色屋顶等设施增加雨水下渗,补充地下水;“滞”即利用植草沟、雨水花园等滞留雨水,延缓径流产生时间;“蓄”即借助蓄水池、人工湿地等存储雨水,调节径流总量;“用”即将收集的雨水用于灌溉、绿化、道路冲洗等,提高水资源利用效率;“排”即通过合理规划排水系统,保障超标降雨时的排水安全,避免内涝灾害发生。
(二)关键特征
生态优先性:海绵城市理念强调尊重自然、顺应自然,优先采用生态化措施处理雨水,减少对自然水文循环的破坏,维护铁路沿线生态系统的完整性与稳定性。
系统性思维:将雨水管理纳入铁路工程整体规划,统筹考虑铁路线路、站场、附属设施等不同区域的雨水管控需求,形成“源头减排—过程控制—系统治理”的全过程防洪体系。
多功能协同性:海绵城市设施不仅具备防洪减灾功能,还能发挥净化水质、改善微气候、提升景观品质等多重作用,实现“一举多得”的综合效益。
适应性与灵活性:能够根据铁路沿线不同的地形地貌、气候条件、水文特征,灵活调整海绵城市设施的类型、规模与布局,适应复杂多变的实际情况。
二、传统铁路防洪评价的局限性分析
(一)评价视角单一,重工程轻生态
传统铁路防洪评价多聚焦于工程性防洪措施的有效性,如桥梁、涵洞的过流能力,路基的防洪稳定性等,对生态化防洪措施的关注不足,忽视了铁路沿线自然生态系统对雨水的调蓄、净化功能,导致防洪体系与生态环境脱节,难以实现长期稳定的防洪效果。
(二)管控环节片面,重末端治理轻源头减排
传统评价往往将重点放在降雨形成径流后的末端排水环节,如通过扩建排水管道、修建排洪沟等方式加速雨水排放,而对降雨源头的径流控制重视不够,未能从源头上减少雨水径流产生量,导致末端排水压力过大,易引发内涝灾害。
(三)效益评价局限,重安全效益轻综合效益
传统评价主要关注防洪措施的安全效益,即是否能有效抵御设计频率内的洪水,保障铁路运营安全,而对防洪措施的经济效益、生态效益等综合效益的评价不足,难以全面反映防洪工程的整体价值。
(四)缺乏动态适应性,难以应对极端气候
传统铁路防洪评价通常基于历史水文数据确定设计标准,对全球气候变化背景下极端降雨事件的频率、强度变化考虑不足,防洪标准的动态调整机制不完善,导致部分铁路工程在遭遇超设计频率的极端降雨时,防洪能力不足,易出现险情。
三、海绵城市理念融入铁路防洪评价的核心路径
(一)构建“源头—过程—末端”全链条防洪评价框架
源头减排评价:在铁路工程规划设计阶段,重点评价源头海绵城市设施的布设合理性与有效性,如铁路站场的透水铺装率、沿线的植草沟长度与宽度、绿色屋顶的覆盖率等,确保从源头上减少雨水径流产生量,降低后续防洪压力。
过程控制评价:针对雨水径流传输过程,评价过程性海绵城市设施的调蓄、净化能力,如人工湿地的面积、蓄水池的容积、渗透塘的渗透系数等,判断其是否能有效延缓径流峰值、削减径流总量,并对雨水水质进行初步净化。
末端治理评价:在末端排水环节,结合海绵城市理念优化传统排水系统评价,不仅评价排水管道、涵洞、排洪沟等的过流能力,还需评价海绵城市设施与传统排水系统的协同工作效果,确保在超标降雨时,两者能够有效衔接,保障排水安全。
(二)建立多维度评价指标体系
水文循环指标:包括雨水下渗量、径流总量控制率、径流峰值削减率、地下水补充量等,用于评价海绵城市理念对铁路沿线水文循环的改善效果。
防洪安全指标:涵盖设计频率内洪水抵御能力、内涝风险发生率、铁路设施防洪稳定性等,确保铁路在海绵城市理念应用后仍能满足防洪安全要求。
生态环境指标:包含沿线植被覆盖率、水质净化效果、生物多样性保护程度等,评价海绵城市设施对铁路沿线生态环境的改善作用。
资源利用指标:包括雨水资源化利用率、灌溉用水节约量、运营成本降低幅度等,衡量海绵城市理念带来的经济效益与资源节约效益。
(三)优化评价方法与技术手段
引入水文模型模拟技术:采用SWMM(暴雨洪水管理模型)、HEC-HMS(水文建模系统)等专业水文模型,对铁路沿线应用海绵城市设施后的降雨径流过程进行模拟分析,预测不同降雨情景下的径流总量、峰值流量、淹没范围等,为防洪评价提供量化依据。
结合GIS与遥感技术:利用GIS(地理信息系统)技术对铁路沿线的地形地貌、土地利用类型、水文数据等进行空间分析与整合,优化海绵城市设施的布局;借助遥感技术监测铁路沿线生态环境变化,评估海绵城市理念应用后的生态效益。
开展动态监测与评估:在铁路运营阶段,建立海绵城市设施运行监测系统,实时监测雨水下渗、径流、水质等数据,结合实际运行情况对防洪效果进行动态评估,并根据评估结果及时调整海绵城市设施的运行参数或优化设计方案,提升防洪体系的适应性。
四、海绵城市理念在铁路防洪评价中的关键技术应用
(一)源头减排技术评价
透水铺装技术:在铁路站场广场、站台、停车场等区域采用透水沥青、透水混凝土、透水砖等透水铺装材料,评价其渗透系数、抗压强度、耐久性等指标,确保其既能满足铁路交通荷载要求,又能有效增加雨水下渗,减少地表径流。
绿色屋顶技术:在铁路站房、信号楼、仓库等建筑物屋顶建设绿色屋顶,评价其植被选择合理性、基质厚度与配比、排水层设计等,判断其对雨水的滞留、渗透效果,以及对建筑节能、屋顶荷载的影响。
植草沟技术:在铁路沿线道路两侧、站场周边布设植草沟,评价其断面形式、纵坡坡度、植被覆盖情况等,确保其能有效收集、输送雨水,并通过植被与土壤的过滤作用净化雨水。
(二)过程控制技术评价
人工湿地技术:在铁路沿线低洼地带、河道周边建设人工湿地,评价其湿地类型、面积、水力停留时间、植物配置等,判断其对雨水径流的调蓄能力与水质净化效果,确保其能削减径流峰值、降低污染物浓度。
蓄水池技术:在铁路站场、沿线服务区等区域建设蓄水池,评价其容积、材质、防渗性能、取水设施等,确保其能有效存储雨水,满足后续资源化利用需求,同时避免渗漏对铁路路基造成影响。
渗透塘技术:在铁路沿线土壤渗透性较好的区域建设渗透塘,评价其塘体尺寸、水深、渗透系数、防渗层设计(必要时)等,判断其对雨水的渗透、滞蓄效果,以及对周边地下水环境的影响。
(三)系统治理技术评价
海绵型排水系统技术:将海绵城市理念与传统排水系统结合,建设海绵型排水系统,评价其排水管道与海绵城市设施的衔接方式、过流能力匹配性、应急排水预案等,确保在正常降雨时通过海绵城市设施实现雨水资源化利用,在超标降雨时通过传统排水系统保障排水安全。
生态缓冲带技术:在铁路沿线河流、湖泊、水库等水体周边建设生态缓冲带,评价其宽度、植被类型、土壤结构等,判断其对雨水径流的拦截、过滤作用,以及对水体生态系统的保护效果,减少面源污染对水体的影响。
五、海绵城市理念应用于铁路防洪评价的效益分析
(一)防洪安全效益
有效削减雨水径流总量与峰值,降低铁路沿线内涝灾害发生概率,减少洪水对铁路路基、桥梁、站场等设施的破坏,保障铁路运输安全稳定运行。
提升铁路防洪体系的韧性与适应性,通过“渗、滞、蓄、用、排”多重措施协同作用,即使遭遇超设计频率的极端降雨,也能通过海绵城市设施的调蓄作用延缓洪水上涨速度,为应急抢险争取时间,降低灾害损失。
(二)生态环境效益
增加铁路沿线雨水下渗量,补充地下水,改善区域水资源循环,缓解地下水位下降趋势,维护沿线湿地、植被等生态系统的稳定。
通过海绵城市设施的净化作用,减少雨水径流中的污染物进入周边水体,改善水质,保护铁路沿线水生态环境。
增加铁路沿线绿色空间,提升植被覆盖率,改善区域微气候,减少热岛效应,为动植物提供适宜的生存环境,促进生物多样性保护。
(三)经济效益
提高雨水资源化利用率,减少铁路运营过程中对市政自来水的依赖,降低绿化灌溉、道路冲洗、卫生间用水等方面的水资源消耗成本。
减少传统排水系统的建设规模与运营维护费用,通过源头减排与过程控制,降低末端排水管道的设计流量,减少管道扩建、清淤等方面的投入。
提升铁路沿线土地价值与周边区域经济发展潜力,海绵城市理念的应用能改善铁路沿线生态环境与景观品质,增强区域吸引力,带动相关产业发展。
六、海绵城市理念在铁路防洪评价中应用的实施保障
(一)完善政策法规与标准体系
制定针对海绵城市理念在铁路行业应用的专项政策文件,明确铁路防洪评价中融入海绵城市理念的目标、要求与实施路径,引导铁路建设单位与设计单位积极开展相关工作。
修订完善铁路防洪评价标准、铁路工程设计规范等技术标准,将海绵城市相关指标纳入评价体系,明确海绵城市设施的设计要求、技术参数与验收标准,为实际应用提供技术支撑。
(二)加强技术研发与人才培养
加大对铁路海绵城市技术的研发投入,鼓励科研机构、高校与企业开展产学研合作,重点研发适应铁路特殊场景的海绵城市技术与产品,解决技术瓶颈问题。
加强铁路行业相关人员的培训教育,开展海绵城市理念、技术标准、评价方法等方面的培训,培养一批既掌握铁路工程专业知识,又熟悉海绵城市技术的复合型人才,提升铁路防洪评价工作的专业化水平。
(三)强化协同管理与监督考核
建立铁路、水利、生态环境等多部门协同管理机制,加强沟通协调,形成工作合力,在铁路防洪评价、项目审批、建设实施、运营维护等各个环节,统筹考虑海绵城市理念的应用,确保各项措施落到实处。
将海绵城市理念在铁路防洪评价中的应用情况纳入铁路建设项目的监督考核体系,建立健全评价结果应用机制,对应用效果良好的项目给予表彰奖励,对未按要求落实的项目进行督促整改,推动海绵城市理念在铁路行业的广泛应用。
将海绵城市理念融入铁路防洪评价,是应对极端气候挑战、提升铁路防洪减灾能力、推动铁路绿色低碳发展的重要举措。通过构建全链条防洪评价框架、建立多维度评价指标体系、优化评价技术手段,能够有效弥补传统铁路防洪评价的局限性,实现铁路防洪从“被动应对”向“主动防控”、从“工程治理”向“生态治理”、从“单一安全”向“综合效益”的转变。