武漢市中心城區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制特點(diǎn)及應(yīng)用

李 敏，陳翠珍，蔣佳鑫

（武漢市水務(wù)科學(xué)研究院，430014，武漢）

武漢市中心城區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制特點(diǎn)及應(yīng)用

李 敏，陳翠珍，蔣佳鑫

（武漢市水務(wù)科學(xué)研究院，430014，武漢）

湖北省武漢市中心城區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的編制充分結(jié)合自身水系及排水特點(diǎn)，將城市防澇與排水有機(jī)結(jié)合，并兼顧流域與區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)。編制過程中對(duì)管網(wǎng)、河道、湖泊、閘門、泵站等進(jìn)行了詳盡調(diào)查，并通過歷史降雨對(duì)模型進(jìn)行校核驗(yàn)證，確保了模型的可靠性。洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的應(yīng)用包括汛前發(fā)布風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域、汛中模擬指導(dǎo)調(diào)度和汛后指導(dǎo)擬定重大重建項(xiàng)目等，在2016年汛期發(fā)揮了良好作用。

武漢市；洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制；風(fēng)險(xiǎn)模擬；決策指導(dǎo)

2014年武漢市中心城區(qū)納入湖北省洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制范疇，在國家防總、湖北省防辦的統(tǒng)一部署下，武漢市結(jié)合已有工作基礎(chǔ)和相關(guān)工作開展了深入研究，編制完成了中心城區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，并應(yīng)用于2016年城市排水防澇工作中，取得了較好的效果。

一、武漢市中心城區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制內(nèi)容及成果

風(fēng)險(xiǎn)圖編制范圍包含武漢市中心城區(qū)22個(gè)排水水系，管網(wǎng)核心區(qū)543 km2，總匯流計(jì)算區(qū)1 171 km2。編制總體步驟分為三步：第一步是建立模型，根據(jù)編制數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)錂z查，發(fā)現(xiàn)問題通過經(jīng)驗(yàn)判斷及外業(yè)核實(shí)，進(jìn)一步收集相關(guān)地表數(shù)據(jù)、降雨數(shù)據(jù)等，最終建立一維和二維綜合排水模型；第二步是調(diào)整模型，根據(jù)實(shí)際降雨數(shù)據(jù)及實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)對(duì)模型分別進(jìn)行校核及率定，保證模型的可靠性；第三步是應(yīng)用模型，利用已經(jīng)建好的模型進(jìn)行模擬應(yīng)用，主要是排水系統(tǒng)分析評(píng)估、管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化、輔助設(shè)計(jì)方案計(jì)算分析、規(guī)劃方案復(fù)核評(píng)估及結(jié)合汛前、汛中和汛后的相關(guān)應(yīng)用。

二、編制特點(diǎn)

1.模型尺度的精確性保障

編制范圍內(nèi)普查及測(cè)量的排水管網(wǎng)總長4 143.15 km，節(jié)點(diǎn)數(shù)共211 086個(gè)。在管網(wǎng)原始測(cè)量基礎(chǔ)上進(jìn)行管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)檢查，主要包括管道逆坡、管線錯(cuò)位、大管接小管、管線斷頭、管線露出地面、雨污合流直排以及某些重要管段的缺失，將這些問題歸納統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行內(nèi)業(yè)梳理分析及外業(yè)復(fù)核，通過不斷復(fù)核模型的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，以確保模型運(yùn)行的核心即管網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠更為真實(shí)地反應(yīng)實(shí)際情況。

另外在模型搭建過程中對(duì)除管網(wǎng)的其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也進(jìn)行了詳盡的調(diào)查：包括38個(gè)主要湖泊、41條河道、95座泵站、50座雨污閘門、32座雨量站點(diǎn)和范圍內(nèi)的地表數(shù)據(jù)。建模數(shù)據(jù)的充分收集及調(diào)查保證了模型的完整性。

在此基礎(chǔ)上建立了較為真實(shí)和完整的一維排水模型，進(jìn)一步收集范圍內(nèi)的地形數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型，進(jìn)行網(wǎng)格化剖分生成一二維耦合模型（據(jù)統(tǒng)計(jì)共剖分了131萬個(gè)網(wǎng)格）。在一維排水模型計(jì)算基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)檢查井冒水和湖泊河道滿溢的模擬，準(zhǔn)確地反應(yīng)了整個(gè)淹沒及退水過程。

2.城市防澇和排水有機(jī)結(jié)合

在進(jìn)行降雨情景設(shè)定時(shí)，考慮城市防澇和排水的關(guān)系，在模擬低重現(xiàn)期降雨時(shí)以管網(wǎng)匯流時(shí)間為主，采用短歷時(shí)降雨模擬，如3小時(shí)3年一遇、5年一遇降雨時(shí)，可對(duì)管網(wǎng)超載進(jìn)行評(píng)估。而在模擬高重現(xiàn)期降雨時(shí)考慮到城市防澇，采用長歷時(shí)降雨進(jìn)行模擬，如24小時(shí)10年一遇、50年一遇降雨時(shí)，可進(jìn)行河湖匯水演算。通過不同重現(xiàn)期不同降雨歷時(shí)的組合實(shí)現(xiàn)城市防澇和排水進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。

3.流域及區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)并重考慮

在風(fēng)險(xiǎn)圖編制過程中結(jié)合武漢自身排水的特點(diǎn)，更注重湖泊港渠水系的水位過程線、流量過程線，在水系分析的同時(shí)考慮對(duì)區(qū)域積水的影響，做到流域和區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)并重考慮。

4.充分結(jié)合本區(qū)域城市水系的現(xiàn)實(shí)特征

武漢湖泊港渠較多，湖泊具有調(diào)蓄功能，港渠具有輸水功能，充分結(jié)合本區(qū)域城市水系的特點(diǎn)并考慮水系的行政管理邊界和實(shí)際連接的關(guān)系，對(duì)水系進(jìn)行了四級(jí)劃分。在進(jìn)行城市綜合流域排水模型計(jì)算時(shí)充分考慮了湖泊高低水位變化對(duì)區(qū)域排澇的影響。對(duì)暴雨級(jí)別為10年一遇、20年一遇和50年一遇的24小時(shí)暴雨，湖泊調(diào)蓄控制起始水位采用3種級(jí)別模擬計(jì)算，即規(guī)劃常水位、加高0.5m、加高0.8m。

5.模型驗(yàn)證注重點(diǎn)面結(jié)合

在模型驗(yàn)證時(shí)采用歷史積水信息的核準(zhǔn)和局部關(guān)鍵點(diǎn)過程進(jìn)行擬合雙控。如該模型根據(jù)兩個(gè)歷史降雨事件進(jìn)行校核和調(diào)參后，采用武漢2015年7月23日的降雨進(jìn)行驗(yàn)證，不僅模擬出歷史存在的積水區(qū)域，河道關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的模擬水深也與當(dāng)天實(shí)際測(cè)量的水深接近，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的可靠性。

圖1 漢陽區(qū)積水風(fēng)險(xiǎn)示意圖

三、應(yīng) 用

1.汛前發(fā)布風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域

（1）汛前預(yù)案庫編制及發(fā)布

2016年汛前分別對(duì)現(xiàn)狀情況下1年一遇、3年一遇、5年一遇低重現(xiàn)期3小時(shí)降雨和10年一遇、20年一遇、50年一遇高重現(xiàn)期24小時(shí)暴雨進(jìn)行模擬計(jì)算，其中高重現(xiàn)期24小時(shí)暴雨又分為湖泊3種不同級(jí)別的初始水位進(jìn)行模擬，對(duì)武漢中心城區(qū)12個(gè)工況進(jìn)行了預(yù)案庫的編制。水務(wù)部門根據(jù)編制的不同級(jí)別暴雨內(nèi)澇積水圖表，將風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域提前告知市民。漢陽區(qū)積水風(fēng)險(xiǎn)示意見圖1。

（2）關(guān)鍵積水點(diǎn)分析

在指出風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的同時(shí)，進(jìn)一步對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的積水原因進(jìn)行分析，從而指導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)急調(diào)度和改造。如漢陽琴臺(tái)大道華潤公園在3小時(shí)降雨88mm時(shí)是大小車均不能通行的嚴(yán)重內(nèi)澇地段。通過進(jìn)一步分析認(rèn)為，現(xiàn)狀排水管網(wǎng)為管徑400~1 500mm，地面高程為22.4~23.83m，區(qū)域管網(wǎng)存在大管接小管一定程度的逆坡問題，同時(shí)區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀地面高程較低，與高處地面高程相差1.4m，這是造成區(qū)域積水的主要原因。因此在降雨時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注此處并及時(shí)進(jìn)行抽排，在后期應(yīng)結(jié)合逆坡和大管接小管的實(shí)際問題進(jìn)行針對(duì)性的改造。

（3）汛前水系調(diào)度預(yù)案的制作

汛前對(duì)武漢東沙湖水系、湯遜湖水系和蔡甸東湖水系進(jìn)行了調(diào)度預(yù)案的制作，明確了預(yù)排預(yù)降的規(guī)程和不同層級(jí)的調(diào)度規(guī)則。

2.汛中實(shí)施模擬指導(dǎo)調(diào)度

（1）典型降雨系統(tǒng)模擬和問題分析

汛中對(duì)2016年6月1日典型降雨進(jìn)行了模擬，對(duì)比實(shí)際和模擬積水情況，逐點(diǎn)進(jìn)行分類及原因分析，從而指導(dǎo)汛中調(diào)度。

汛中利用模型可以進(jìn)行積水點(diǎn)的識(shí)別及分析、排水瓶頸管段識(shí)別、水系卡口段識(shí)別、港渠過流能力的核算等，根據(jù)核算結(jié)果采取有效措施應(yīng)對(duì)。如雄楚國際門口、雄楚大道石牌嶺路口等模型未模擬出的積水，經(jīng)核實(shí)是施工導(dǎo)致源頭收水缺失或堵塞，因此在汛中需對(duì)這類積水點(diǎn)進(jìn)行疏通；民族大道新竹路等地段模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符，積水原因?yàn)榈貏?shì)低洼，因此在汛中需對(duì)此類積水點(diǎn)進(jìn)行密切關(guān)注并及時(shí)抽排；南湖水位下降較慢，經(jīng)模擬分析大小南湖連接處和南湖連通渠輸水通道存在卡口，汛中為確保上游南湖周邊的安全，拆除大小南湖連接處的土堤并對(duì)南湖連通渠上游周邊進(jìn)行拆遷以疏通卡口，南湖水位的下降使得該片區(qū)域與大南湖連通，預(yù)留出更多的調(diào)蓄容積，湖泊高水位對(duì)區(qū)域網(wǎng)管的頂托作用得以緩解。

（2）降雨過程中湖泊漲跌水位預(yù)判

汛中收到降雨預(yù)報(bào)后，立即查詢湖泊的現(xiàn)狀水位將此作為模擬的初始水位，按下墊面飽和最不利的情況進(jìn)行降雨模擬，預(yù)判湖泊漲跌水位。通過湖泊水位的預(yù)判可以及時(shí)做好調(diào)度準(zhǔn)備，結(jié)合地形可進(jìn)一步識(shí)別湖泊在不同級(jí)別的高水位時(shí)可能漫溢的區(qū)域。

（3）不同層級(jí)降雨的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)識(shí)別

持續(xù)強(qiáng)降雨過程中，湖庫出現(xiàn)超歷史的漲幅，區(qū)域的排水階段已經(jīng)由排漬應(yīng)急轉(zhuǎn)為避災(zāi)救災(zāi)的階段，通過模擬計(jì)算，對(duì)湖港周邊將要出現(xiàn)或者已經(jīng)出現(xiàn)的嚴(yán)重積水點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，并交由民政部門進(jìn)行群眾轉(zhuǎn)移安置。

3.汛后結(jié)合規(guī)劃核算進(jìn)行災(zāi)后重大重建項(xiàng)目的擬定

2016年汛后結(jié)合規(guī)劃進(jìn)行了漢口三大通道、江南泵站、巡司河二通道等災(zāi)后重大項(xiàng)目的擬定。

（1）漢口三大通道項(xiàng)目

根據(jù)《武漢市中心城區(qū)排水防澇專項(xiàng)規(guī)劃》，為提升系統(tǒng)排水排澇能力，緩解京廣鐵路以南積水狀況，2016年6月30日—7月6日降雨后，結(jié)合模型，制定排水骨干系統(tǒng)，建議擴(kuò)建后湖四期泵站，同時(shí)新增南北向排水骨干通道。經(jīng)過不同重現(xiàn)期現(xiàn)狀和規(guī)劃的模擬對(duì)比計(jì)算，工程實(shí)施后積水級(jí)別將減輕，積水點(diǎn)減少。

（2）江南泵站以及巡司河二通道項(xiàng)目

湯遜湖水系此次受災(zāi)較重，汛后對(duì)湯遜湖水系進(jìn)行了優(yōu)化模擬分析，湯遜湖水系計(jì)劃實(shí)施42個(gè)項(xiàng)目，總投資155.82億元。

區(qū)域規(guī)劃在現(xiàn)有的湯遜湖泵站外排基礎(chǔ)上，增加江南泵站（150m3/s），基于模型評(píng)估的手段 （50年一遇24小時(shí)降雨303mm），江南泵站及區(qū)域通道建成后，將極大加快南湖水位下降時(shí)間，并在一定程度上控制南湖水位的上漲和下游巡司河水位的上漲。

現(xiàn)狀工況下需要7天降至起排水位18.65m，最高水位為19.633m；規(guī)劃工況下只需2天降至起排水位18.65m，最高水位為19.39m。

現(xiàn)狀工況下，南湖連通港出口巡司河處水位峰值為21.188m，現(xiàn)狀地勢(shì)低洼處已漫灘，規(guī)劃工況下該處水位峰值為20.185m，比現(xiàn)狀水位低1m。巡司河二通道等工程措施的實(shí)施可以顯著降低巡司河段、南湖連通渠的水位，改善與南湖連通渠相連管渠的排水情況。

通過二維模型對(duì)南湖匯水區(qū)現(xiàn)狀、規(guī)劃設(shè)施建成后應(yīng)對(duì)50年一遇24小時(shí)降雨的情況進(jìn)行了模擬，巡司河匯水區(qū)域的漬水緩解較為明顯，但南湖上游管網(wǎng)匯流區(qū)域在峰值雨量情況下仍然會(huì)有積水情況，需要進(jìn)行應(yīng)急節(jié)點(diǎn)搶排。

四、建 議

一是超標(biāo)準(zhǔn)降雨要納入風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案庫，以利于對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別。目前武漢市中心城區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制僅用24小時(shí)降雨進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)于武漢市2016年出現(xiàn)的超長周期超標(biāo)準(zhǔn)降雨需要納入風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案庫，以利于對(duì)超標(biāo)準(zhǔn)洪水風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別。

二是建立風(fēng)險(xiǎn)圖更新機(jī)制。要結(jié)合水務(wù)管理流程，建立資料更新制度，每半年對(duì)風(fēng)險(xiǎn)圖進(jìn)行更新。

三是建立查詢系統(tǒng)，使洪水風(fēng)險(xiǎn)圖更好地服務(wù)公眾?！?/p>

責(zé)任編輯 韋鳳年

Features of flood risk map drawing for downtown areas of W uhan City and its app lication

Li Min,Chen Cuizhen,Jiang Jiaxin

Flood risk map in downtown areas ofWuhan City in Hubei Province takes full consideration on the special features of both water and drainage system,integration of flood controlwith drainage,and pays equal attention to risks of river basins and region.An exhaustive study had been conducted on pipe network,river courses,lakes,gates and pumping stations.Themodelswere verified by historical precipitation so as to ensure its reliability.Flood risk map was put into practice in 2016,to announce risk regions before the flood season,simulate flood regulation during flooding andmake proposal ofmajor projects after the floods,which had played a key role in flood defense.

Wuhan City;flood risk map drawing;risk simulation;decision-making guidance

TV877+TV122

：B

：1000-1123（2017）05-0049-03

2016-10-31

李敏，規(guī)劃室主任，高級(jí)工程師。

全國重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目。