城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究方法的探討

陳鐘衛(wèi) 劉緯倫

廣東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 廣東 廣州 510290

1 研究背景

中國(guó)過去幾十年高速發(fā)展，城市化進(jìn)程加劇，建筑密度的日益攀升，城市地面徑流系數(shù)也隨之不斷增大，同時(shí)也帶來了更嚴(yán)峻更為頻繁地自然災(zāi)害發(fā)生[1]。城市雨洪淹沒及內(nèi)澇問題是目前城市水安全面臨的主要問題，而短歷時(shí)高強(qiáng)度暴雨是導(dǎo)致內(nèi)澇出現(xiàn)的重要原因之一。對(duì)于這一問題，現(xiàn)行的水利工程防洪治澇控制規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范存在較大缺失，由于城市集水區(qū)地面的硬質(zhì)、河道的人工渠化，完全改變了集水區(qū)、河道原有的產(chǎn)流、匯流特性，單純傳統(tǒng)的水文理論和方法已經(jīng)無法滿足城市防洪治澇的要求，城市的規(guī)劃發(fā)展與城市安全、城區(qū)河網(wǎng)洪水等密切相關(guān)。系統(tǒng)性的城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以更精確地分析不同地區(qū)洪澇災(zāi)害發(fā)生概率，也能為具體城市規(guī)劃提供科學(xué)的參考依據(jù)。

2 洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的作用與意義

洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的作用在于可以量化分析研究區(qū)域內(nèi)各種強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率[2]。洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理有著重要的意義。其一，量化風(fēng)險(xiǎn)。通過評(píng)估模型的建立，將定性的風(fēng)險(xiǎn)定量化，使得風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)數(shù)值化，更為直觀的展現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)所對(duì)應(yīng)的等級(jí)（高、較高、中、低、很低）。其二，制定有針對(duì)性處理措施，根據(jù)評(píng)估所處于的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，針對(duì)具體等級(jí)提出具體措施，提高效率與準(zhǔn)確度。其三，防患于未然，根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)于不用區(qū)域相應(yīng)預(yù)警高風(fēng)險(xiǎn)洪澇區(qū)域，在一定程度上減少事故的發(fā)生，減少其帶來的損失。其四，洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的建立，可以為水庫調(diào)度、流域防洪減災(zāi)、管網(wǎng)完善及地塊LID設(shè)計(jì)布置提供有力的科學(xué)支撐。

3 新洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論與應(yīng)對(duì)策略

在洪澇風(fēng)險(xiǎn)理論的基礎(chǔ)上，圍繞城市洪澇災(zāi)害展開研究。將災(zāi)情模擬評(píng)估法和指標(biāo)體系評(píng)價(jià)法結(jié)合，利用指標(biāo)體系評(píng)價(jià)法的特點(diǎn)，加上歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)，確定出中山市大尺度層面上的高中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，結(jié)合流域大尺度下的災(zāi)情模擬評(píng)估模型進(jìn)行校核驗(yàn)證；再選取其中典型的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)作為主要承災(zāi)體，縮小尺度，建立中小尺度災(zāi)情模擬評(píng)估模型；通過大中小三個(gè)尺度下的災(zāi)情評(píng)估模型耦合、聯(lián)動(dòng)，來評(píng)估防澇措施對(duì)城市暴雨內(nèi)澇影響并且提出風(fēng)險(xiǎn)管理措施。

3.1 指標(biāo)體系評(píng)估對(duì)城市進(jìn)行初評(píng)

根據(jù)指標(biāo)體系理論，致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、承災(zāi)體的暴露性與脆弱性是洪澇債還風(fēng)險(xiǎn)的三個(gè)主要考慮因素，三者之間存在相互作用的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上確定15個(gè)主要城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子。

表1 內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子一覽表

15個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子通常情況下計(jì)算及其評(píng)估復(fù)雜極高，可結(jié)合城市特點(diǎn)及其實(shí)際情況，選取對(duì)洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估影響較大或空間分布有關(guān)因子作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要考慮因子，將部分與主要考慮因子類似的風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行合并處理，簡(jiǎn)化成地形地面高程、防洪治澇系統(tǒng)等5個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)因子，并各評(píng)估因子進(jìn)行權(quán)重分配。

表2 評(píng)估因子的權(quán)重

考慮城市各區(qū)域的重要性、敏感性的情況下，對(duì)城市進(jìn)行精細(xì)劃分，將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估范圍劃分為各個(gè)小單元格，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和各風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，計(jì)算出各單元格的綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，最后結(jié)合得到的綜合指數(shù)進(jìn)行城市高中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。

圖1 指標(biāo)體系內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)初評(píng)圖

3.2 災(zāi)情模型建立及模擬評(píng)估及校核

模型軟件平臺(tái)采用DHI MIKE URBAN以及MIKE 21進(jìn)行城市排水管網(wǎng)降雨過程水動(dòng)力模擬。對(duì)評(píng)估管網(wǎng)分別進(jìn)行重現(xiàn)期P＝1、2、3、5四種降雨情況的模擬，通過對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)下降雨徑流與二維水動(dòng)力過程進(jìn)行模擬分析，從而濾定出現(xiàn)狀管網(wǎng)中能達(dá)到的不同排水能力等級(jí)。本次概化分為三個(gè)層次，并構(gòu)建了河涌大尺度模型、管網(wǎng)中尺度模型與地塊小尺度模型三個(gè)不同尺度的模型。

首先利用MIKE11、MIKE FLOOD共同建立流域大尺度層面的模型，對(duì)指標(biāo)體系評(píng)價(jià)法所確立的城市高中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行校核驗(yàn)證；其次選取其中的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，利用MIKE URBAN與MIKE FLOOD軟件建立相應(yīng)的管網(wǎng)中尺度模型；再次通過管網(wǎng)中尺度模型所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，選取內(nèi)澇點(diǎn)附近的典型地塊，建立地塊小尺度模型。

圖2 洪澇模型建立示意圖

最后在大、中、小尺度上，利用模型確定相應(yīng)的防澇建設(shè)措施，并通過三種尺度的模型相互耦合，優(yōu)化建設(shè)方案，提出風(fēng)險(xiǎn)管理措施與策略。指標(biāo)模擬法與災(zāi)情模擬法來對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行洪澇評(píng)估，有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。如果在資料充實(shí)的條件下，可以通過上述兩種方法對(duì)洪澇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并互為校核。

圖3 大中小尺度模型耦合校核防澇措施

3.3 通過災(zāi)情模擬模型耦合優(yōu)化應(yīng)對(duì)策略

根據(jù)三個(gè)不同尺度幾個(gè)模型的耦合，解決普遍存在著城市防洪與排澇這兩個(gè)系統(tǒng)不協(xié)調(diào)的狀況。這兩個(gè)系統(tǒng)中防洪主要考慮河道水面線與堤防的問題，而排澇主要考慮城區(qū)的內(nèi)澇問題，很少將這兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合考慮。事實(shí)上，在南方地區(qū)尤其是沿海城市，外江洪水過程如果遇上暴雨，將加劇城市的內(nèi)澇，兩個(gè)系統(tǒng)沒有明顯的界限。因此，研究城市的洪澇風(fēng)險(xiǎn)過程中，應(yīng)將城市暴雨、徑流過程、管道匯流和河道水面線統(tǒng)一考慮，本次結(jié)合了地塊內(nèi)排澇設(shè)施建設(shè)構(gòu)建了三個(gè)不同尺度的模型，模擬城市外洪與內(nèi)澇對(duì)城市影響的高中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，找出解決高風(fēng)險(xiǎn)洪澇區(qū)域的最優(yōu)排澇設(shè)施建設(shè)方案?？梢酝ㄟ^不同的設(shè)施組合，提出安全、經(jīng)濟(jì)、可實(shí)施性的洪澇災(zāi)害解決措施。

4 結(jié)束語

本次研究提出一種基于洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的城市規(guī)劃方法與流程——將災(zāi)情模擬和指標(biāo)體系結(jié)合的新思路。利用指標(biāo)體系評(píng)價(jià)法的特點(diǎn)，加上歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)，確定出中山市大尺度層面上的高中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，結(jié)合流域大尺度下的災(zāi)情模擬評(píng)估模型進(jìn)行校核驗(yàn)證；再選取其中典型的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)作為主要承災(zāi)體,縮小尺度,建立中小尺度災(zāi)情模擬評(píng)估模型，大中小三個(gè)尺度下的災(zāi)情模擬評(píng)價(jià)海綿城市措施對(duì)城市暴雨內(nèi)澇影響并且提出最優(yōu)的改造措施。