城市内涝风险的快速评估方法

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1、城市内涝风险的快速评估方法摘要基于水量平衡的原理，提出一种内涝风险的快速评估方法。该方法着重于降雨径流量、水体调蓄容积、泵站排水能力、地面积水深度等主要因素的研究分析，并采用二维水动力模型进行模拟评估，具有高效便捷且精度较高的优点。关键词内涝风险快速评估水动力模型中图分类号：G449.7文献标识码：A城镇化的高强度开发建设，导致城镇不透水面积成倍增加，而河塘沟渠等调蓄水体则急剧减少，在城市面貌日新月异的同时，也积累了巨大的内涝风险。近年来国内多座城市出现严重的内涝灾害，造成重大经济损失和人员伤亡，引起社会普遍关注和强烈反响。6开展城市内涝风险评估，是加强排水防涝体系

2、建设、防范内涝灾害的重要基础工作。内涝风险评估通常采用计算机仿真模拟的方法，模拟演算特定暴雨强度下的地面积水深度，积水深度越大则内涝风险越高。常规的计算机模拟方法计算精度高，但是需要输入大量的基础数据，包括排水管渠、排涝水系的拓扑结构和几何尺寸，泵站的流量及启排水位等，工作量大，耗时费力[1]。本文基于水量平衡的原理，深入分析了降雨径流量、水体调蓄容积、泵站排水能力、地面积水深度等主要因素的相互关系，提出一种内涝风险的快速评估方法，可以在短时间内得出评估成果，且具有相当高的精确性。1基本原理城市排水防涝体系主要由排水管网、排涝水系及排涝泵站构成，降雨径流经排水管网收

3、集输送，排入水系，再经泵站排放。假定排水管网和排涝水系完全均匀分布于排水区内，且具有足够的排水能力。降雨初期，降雨径流在水系内蓄积，不会形成地面积水。当降雨强度超过泵站排水能力并且将水系的有效调蓄容积充满之后，才会形成地面积水。即排水区内地面积水深度仅取决于降雨径流量、泵站规模以及水系的调蓄容积。降雨径流量由防涝标准和长历时降雨雨型确定；调蓄容积为水面面积和调蓄水深的乘积，通常调蓄水深取0.5m，则调蓄容积可以折算为水面率。基于水量平衡的原理，可以确定地面积水深度、泵站规模、水面率、降雨径流量的相互关系。以芜湖市桂花桥排水区为例，该区面积11.45km2，现状水面率

4、9.27%，现有一座排涝泵站――桂花桥泵站，按照20年一遇的防涝标准建设，泵站排水能力为40m3/s。采用水利部门的净雨时程分配办法，重现期取20年，建立时间步长为1h、降雨历时为24h的降雨雨型，如图1所示。需要说明的是，该雨型为扣除入渗损失的净雨雨型。6图1长历时降雨雨型（净雨）根据前述的假定条件，泵站排水能力为40m3/s，按照排水区面积折算为每小时可以排除的降雨径流量，即40×3600/11.45/1000=12.58mm/h。根据排水区的现状水面率，调蓄水深按0.5m计，将水系的调蓄容积折算为可以调蓄的径流量（单位为mm，以HT表示），即HT=9.27%×

5、0.5×1000=46.35mm。将降雨雨型进行如下修正：比较累计降雨径流量与HT的差值，找出累计降雨径流量恰好超过HT的时点，将此时点之前的各时段的降雨径流量调整为0。降雨雨型的修正如表1所示。表1降雨雨型修正修正后的累计降雨径流量，超过泵站排水量的差值，即为地面平均积水深度。可以得出，在11时地面平均积水深度达到最大值50.9mm。降雨径流量、调蓄容积、泵站排水量以及地面平均积水深度之间的关系可以通过图2表示。图2桂花桥排水区水量平衡关系2利用二维水动力模型模拟地面漫流6以上水量平衡计算得出的地面平均积水深度，只有在排水区的地面完全平坦的理想条件下才会出现。即使

6、在总体地形较为平坦的平原城市，地面起伏也是普遍存在。降雨径流总是向低洼地带汇集，因此低洼地带的地面积水深度远大于平均积水深度。为了体现地形对于地面积水深度的影响，可以采用二维水动力模型来模拟地面漫流过程。仍以桂花桥排水区为例，采用丹麦水利研究所（DHI）开发的MIKE21模型软件，模拟过程如下：将桂花桥排水区的数字高程模型（DEM）导入MIKE21；在模拟文件中，设置降雨强度为表1中修正后的降雨雨型；为了简化模型，将泵站排水能力概化为固定的蒸发强度，表达降雨径流从排水区排除，如前所述，设置蒸发强度为12.58mm/h。经过上述设置，即可进行动态模拟，得到地面积水深度

7、随降雨历时的变化情况。图3、图4为模拟得到的不同时间节点的地面积水深度情况。图3第12小时地面积水深度情况图4第23小时地面积水深度情况3内涝风险评估6目前国内尚未形成统一的内涝风险评估标准。一般认为路面积水深度在0.15m以下，积水不会淹没道路侧石，不影响行人和机动车辆通行，而且积水只是沿路面汇积，不会造成周边建筑物浸水，不至于形成内涝灾害。当积水深度超过0.15m时，会造成一定程度的灾害损失，主要表现在交通受阻、建筑物浸水、财产损失甚至人员伤亡。灾害严重程度与积水深度和积水时间有关。参考天津等地的内涝风险等级划分标准[2][3]，初步拟定芜湖市内涝风险等级标