國外洪澇預警系統(tǒng)在我國城市的應用探討

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【摘 要】針對我國城市洪澇頻繁的嚴峻形勢，引進國外城市洪澇與流域汛情風險預警評估系統(tǒng)，通過消化、吸收、改進和實例的試用，論證了其對于我國中小城市的適用性，得出了應用經(jīng)驗和結(jié)論，為系統(tǒng)進一步的二次開發(fā)和推廣應用奠定了基礎。

【關鍵詞】城市洪澇 預警評估 系統(tǒng) 經(jīng)驗

【中圖分類號】P333.2【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0442-01

1、前言

洪澇災害一直是城市主要災害之一。多年來我國許多城市不斷遭受暴雨、臺風等不利氣候的危險，發(fā)生了暴雨淹城的情況，給當?shù)亟?jīng)濟和群眾生命財產(chǎn)造成了損失[1]。針對嚴峻的城市防洪排澇問題，各發(fā)都給予了高度的重視，并結(jié)合實際情況制定對策，認真解決這一重要的民生問題。水利部在948項目中推薦引進英國Wallingford公司研發(fā)的“2D城市洪澇與流域汛情風險預警評估系統(tǒng)”（FRMFS）[2]，以期通過非工程防洪措施提高洪澇災害預警預報的準確程度。

2、FRMFS簡述

FRMFS是國外最先進的城市洪澇風險預警評估系統(tǒng)之一，它率先將信息技術、網(wǎng)絡技術、水環(huán)境工程及資產(chǎn)管理融為一體；實時鏈接水文與氣象數(shù)據(jù)，以內(nèi)嵌的完整水文水力模型為基礎，對城市洪澇災害進行實時預報預警。它結(jié)合地理信息及復雜的地形地貌資料，采用2維洪水演進模型評估城市洪澇災害的風險、影響范圍及影響程度，幫助管理者快速準確地制訂區(qū)域防汛調(diào)度或應急措施，為公共報警及事故應急措施的運用提供決策支持。系統(tǒng)充分應用已有的水文水動模型，甚至經(jīng)驗模型，綜合降雨徑流模塊以及模型轉(zhuǎn)換、經(jīng)濟分析等各個模塊。利用Web實現(xiàn)不受地域限制的遠程洪水調(diào)度決策；系統(tǒng)支持局域網(wǎng)及廣域網(wǎng)內(nèi)不同權限的多用戶訪問，遠程用戶也能夠在線驅(qū)動水情預測模擬并發(fā)布決策信息。

FRMFS的特點之一是雷達降雨采集，它可以根據(jù)地形，對站點周圍半徑200km以內(nèi)的降雨進行測量。傳統(tǒng)的實時洪水預警方法注重主要河流，適用于洪水波運行時間較長的情況；而該系統(tǒng)可針對小河流，特別是地形險峻或者城市化程度很高的區(qū)域，洪水波的形成時間很較快情況，采用雷達技術記錄降雨信息，反復地用新雷達數(shù)據(jù)進行更新迭代，在水文模型支撐下預報局部產(chǎn)流，為小流域或城市排水系統(tǒng)提供有效的洪水預警預報。

系統(tǒng)采用1維水力模型（城市排水管網(wǎng)/流域河網(wǎng)水力模型）確定洪水出現(xiàn)的位置，采用2維引擎結(jié)合地形在更詳細的局部范圍內(nèi)真實地確定洪水淹沒范圍、水深及流速，實現(xiàn)了二個分析引擎的完美結(jié)合，為洪水風險分析和災害評估提供準確的評判依據(jù)，使計算成果更加合理，精度更高。

3、大型城市應用情況

除了在英國本土多個城市應用了FRMFS外，比利時等國都有應用的成功案例，但這些城市的共同特點是建筑結(jié)構(gòu)整體規(guī)劃合理，政府在城市防洪排水方面投入的資金量大，城市地下管道和河渠排水暢通，防洪排水調(diào)度水平高。

西班牙幾個城市的經(jīng)濟情況、城市建設和FRMFS的應用環(huán)境與我國部分城市相近。該國一直應用FRMFS并進行了二次開發(fā)。在我們的考察過程中，F(xiàn)RMFS研究機構(gòu)負責人Eduardo Martínez先生與技術工程師Adela女士介紹了FRMFS引進應用情況，演示了馬德里市的應用成果，證明FRMFS引進是成功的。

在我國，上海市于2006年引進了該系統(tǒng)，2008年完成試用，提交了總結(jié)報告。對其成果的評價是：需要進一步加強實踐跟蹤工作，在實際系統(tǒng)的開發(fā)和運行過程中，不斷驗證設計的正確性，逐步完善。顯然，F(xiàn)RMFS在上海的應用效果并不理想。分析相關的資料，可以發(fā)現(xiàn)其原因主要是系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的要求比較高，大型城市需要輸入的各種數(shù)據(jù)量巨大，往往會因為一個離散數(shù)據(jù)或不符合的邊界條件，導致方程無法收斂，運算時間過長。由于洪澇汛情風險預警的緊迫性，該系統(tǒng)無法滿足用戶對于成果時間上的要求。同時，上海地下排水管網(wǎng)和地面高程數(shù)據(jù)等原始資料尚不能適應系統(tǒng)要求。本項目原計劃在杭州市應用，也是由于數(shù)據(jù)問題未能實施。可見， FRMFS在我國大型城市應用有待進一步探討。

4、中小城市應用實例

本課題主要是在分析大型城市應用FRMFS的經(jīng)驗和教訓基礎上，重點研究我國中小城市的適用性，項目組經(jīng)過三年多對系統(tǒng)的引進、消化、吸收和二次開發(fā)，成功地在浙江省金華市進行了試點應用，證明了在基礎數(shù)據(jù)比較好的中小城市該系統(tǒng)是適用的。

金華市面積約2000km2，人口90余萬，每年的臺風、暴雨常常造成市區(qū)的洪澇災害，主要原因有三個：一是自然條件。金華市位于金衢平原，城市地面高程與附近的河流水位接近；周邊山地暴雨形成的山洪匯流快，迅速進入主城區(qū)河道。城市周圍河流水位暴漲時，外圍的大部分江河水位偏高，致使城區(qū)的排水泵閘不起作用，無法有效排出澇水。二是在市區(qū)發(fā)展規(guī)劃時缺乏對地面和地下排澇設施的整體設計，城區(qū)蓄排澇設施標準低、能力差，河道寬度不足，設計過水流量不夠，排水通道不暢。三是由于市區(qū)迅速地向周邊擴展，先前的大部分市郊農(nóng)田和水面已被不透水的結(jié)構(gòu)覆蓋，滯蓄洪水的能力基本喪失。一些原有的排洪通道被填堵，致使整個城市排澇不順。

從以上的情況看，金華城區(qū)的狀況與國內(nèi)許多中小城市相似。

試點項目的輸入數(shù)據(jù)有1：500的現(xiàn)狀地形圖和數(shù)字高程模型，完整的地下管網(wǎng)、河流和街道等實測數(shù)據(jù)，計算區(qū)域地面標高在35m～60m區(qū)間，概化節(jié)點近2874個，管網(wǎng)長度約79km，子集水區(qū)2715個。計算中對邊界約束根據(jù)實際情況作了部分修正。軟件提供方在系統(tǒng)內(nèi)嵌入了當?shù)氐乃τ嬎憬?jīng)驗模型，并與系統(tǒng)原有模型溶合。最終計算成果與實測數(shù)據(jù)比較校驗，水位、洪量、歷時等誤差均在5%之內(nèi)，滿足應用上的要求。

金華市應用FRMFS的成果特點體現(xiàn)在：在國內(nèi)率先實施了中小城市FRMFS整套技術解決方案；集成了城市空間基礎信息、災情分析與評估、實時水雨情、工情等數(shù)據(jù)庫以及分區(qū)域、分專題的綜合信息管理；在應用中，成功地結(jié)合了當?shù)氐慕涤炅?水深模型，能有效地直接利用現(xiàn)有地理高程數(shù)據(jù)分析確定洪澇影響范圍，并能根據(jù)不同用戶的需要直觀形象地展示可能發(fā)生的雨澇淹沒范圍、淹沒水深等，定量地分析各種受洪澇影響的專題信息，預測城市雨澇蓄水量及損失程度；同時，在分析災情現(xiàn)勢性后，列出可能的排澇方案，代入分析模塊，得到最優(yōu)解決方案。

金華市引進和實施FRMFS，大幅度降低了防汛預警系統(tǒng)的建設成本，縮短了開發(fā)時間。系統(tǒng)的應用改變了全市洪澇汛情風險預警評估以手工作業(yè)為主的局面，提升該市洪澇汛情風險預警和評估的科學性、合理性和可操作性，滿足了各級防汛指揮部門的工作需要，也為全市社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供了保障。FRMFS應用存在的問題是：基礎資料收集困難、約束限制條件比較多。

5、結(jié)論

FRMFS是目前國際上最先進、應用最廣泛的城市洪澇與流域汛情風險預警評估系統(tǒng)之一，雖然在我國大型城市應用還有待于進一步研究，但實例表明，其在我國中小城市的應用是可行的。該系統(tǒng)不僅能應用于中小城市區(qū)域洪澇災害的預測評估，為政府實施防汛指揮決策提供科學依據(jù)，還可應用于城市排水系統(tǒng)改造、新建城區(qū)排水系統(tǒng)的規(guī)劃設計。

參考文獻

[1] 戴慎志，曹凱.我國城市防洪排澇對策研究[J].現(xiàn)代城市研究， 2012，（01）：21～23

[2] 水利部科技推廣中心.08年度水利先進技術推介會[EB/OL]. http：//www.chinawater.net.cn/zt/08tjh， 2008-04-16