北方城市區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險評估及應(yīng)對措施探析

林 越

(鐵嶺市防汛抗旱指揮部辦公室，遼寧 鐵嶺 112000)

當(dāng)前，隨著極端暴雨天氣的頻繁發(fā)生，城市內(nèi)澇已經(jīng)成為影響城市防洪安全的重要問題。近些年來，對城市內(nèi)澇進(jìn)行風(fēng)險評估是解決城市嚴(yán)重內(nèi)澇問題的主要途徑。在應(yīng)對極端氣候變化和城市化快速化發(fā)展下的“集中、迅速排放”逐步向低沖擊徑流控制措施發(fā)展。低沖擊徑流控制措施是當(dāng)前可持續(xù)利用下的城市雨洪管理的新概念，它綜合考慮各種措施下的城市雨洪排澇，對雨水進(jìn)行生態(tài)化處理，從而使得城市排澇壓力得到一定程度的緩解，并防止雨水被污染[1- 6]。目前，對于城市低沖擊徑流控制措施下的研究還較少，在國內(nèi)屬于探索階段，取得一定的研究成果[7- 9]，但是在北方城市還未得到相關(guān)應(yīng)用。為此，本文基于城市低沖擊徑流控制措施下對區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險進(jìn)行評估，并結(jié)合內(nèi)澇風(fēng)險高的區(qū)域，進(jìn)行應(yīng)對措施處理。研究成果對于北方城市低沖擊徑流控制方式的選擇和布設(shè)具有重要的參考價值，對于海綿城市建設(shè)具有輔助參考價值。

1 研究方法

當(dāng)前，還用較為廣泛的內(nèi)澇評估模型的計算方程為：

R=H×Pop×Vul

(1)

式中，R—內(nèi)澇風(fēng)險值；H—內(nèi)澇風(fēng)險成災(zāi)因子；Pop—內(nèi)澇影響的程度；Vul—城市抵御內(nèi)澇風(fēng)險脆弱程度。

其中R可建立優(yōu)先評價函數(shù)，其函數(shù)方程的表達(dá)式為：

R=0.36H+0.28E+0.36V-0.37C

(2)

式中，E—內(nèi)澇評估模型中的暴露因子；C—低沖擊徑流控制措施因子。

城市抵御內(nèi)澇風(fēng)險脆弱程度的計算方程為：

(3)

式中，W—致災(zāi)因子的權(quán)重系數(shù)值；D—城市內(nèi)澇致災(zāi)因子的比例值；i—致災(zāi)因子的個數(shù)。

淹沒指數(shù)采用如下方程進(jìn)行計算：

HR=d×(V+0.5)+df

(4)

式中，d表示為城市內(nèi)澇的積水深度，m；df表示為城市內(nèi)澇水體的危害程度指數(shù)。

2 研究成果

2.1 區(qū)域概況

本文以遼寧某城市為研究實例，結(jié)合城市內(nèi)澇淹沒指數(shù)方法對其淹沒風(fēng)險的閾值進(jìn)行了分析，閾值見表1。區(qū)域城市地形網(wǎng)格及排水管網(wǎng)的分布如圖1所示。該城市的年降水量為500～600mm，城市降水主要集中在6—9月之間。以該城市為研究實例，分析了低沖擊徑流控制措施下的內(nèi)澇風(fēng)險，并結(jié)合分析的內(nèi)澇分析結(jié)果，提出相應(yīng)的應(yīng)對措施。

表1 城市內(nèi)澇淹沒風(fēng)險指數(shù)閾值

表2 不同內(nèi)澇風(fēng)險閾值分配指數(shù)表

注：H表示為內(nèi)澇風(fēng)險指數(shù)；V表示為流速(m3/s)；DF表示積水深度(m)。

圖1 城市地形網(wǎng)格及排水管網(wǎng)分布圖

2.2 區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險閾值計算結(jié)果

結(jié)合城市內(nèi)澇風(fēng)險閾值計算結(jié)果，對其不同內(nèi)澇風(fēng)險閾值進(jìn)行分配指數(shù)的分析，分析結(jié)果見表2。

從表2的分析結(jié)果可看出，隨著暴雨流速的不斷增加，區(qū)域不同內(nèi)澇風(fēng)險淹沒指數(shù)的閾值逐步增加，當(dāng)積水深度在1.5m，其流速增加到1.5～5.0m3/s時，其內(nèi)澇風(fēng)險淹沒指數(shù)增加的幅度逐步加大；而當(dāng)積水深度為2.0m，其流速增加到3.0～5.0m3/s時，其內(nèi)澇風(fēng)險淹沒指數(shù)增加明顯，內(nèi)澇風(fēng)險率逐步較大，內(nèi)澇的范圍和速率增加也較為明顯，因此對城市暴雨內(nèi)澇進(jìn)行低沖擊徑流的控制，將其流速控制在1.5m3/s和3.0m3/s以下，可以降低區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險閾值。

2.3 區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險損失評估結(jié)果

結(jié)合城市內(nèi)澇風(fēng)險評估方法對其不同城市內(nèi)澇風(fēng)險損失進(jìn)行分析，結(jié)果見表3和表4。

表3 不同城市內(nèi)澇風(fēng)險財產(chǎn)損失比例 單位：%

表4 不同城市內(nèi)澇風(fēng)險用地面積比例 單位：%

從表3可看出，在城市低沖擊徑流控制措施下城市市政建設(shè)損失的比例最高，學(xué)校及省市行政單位的損失比例最低，這主要是因為這兩個用地類型下的內(nèi)澇高風(fēng)險的面積比例都較小，而在低風(fēng)險下草原以及生態(tài)用地的損失比例較高。

2.4 不同低沖擊徑流控制措施下區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險評估結(jié)果

結(jié)合城市內(nèi)澇評估方法對不同低沖擊徑流控制措施下的內(nèi)澇風(fēng)險評估結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果見表5。

表5 不同低沖擊徑流控制下措施下內(nèi)澇風(fēng)險評估結(jié)果

從表5可看出，管網(wǎng)改造在5年一遇標(biāo)準(zhǔn)下的城市內(nèi)澇高風(fēng)險指數(shù)最高，而生物滯留網(wǎng)格在10年一遇標(biāo)準(zhǔn)下的城市內(nèi)澇高風(fēng)險指數(shù)較低，建議在城市低沖擊徑流控制措施下進(jìn)行推廣和應(yīng)用，而對于管網(wǎng)改造，涉及的工程量較大，且內(nèi)澇高風(fēng)險指數(shù)不低，不建議進(jìn)行大面積管網(wǎng)改造。在中、低程度的內(nèi)澇風(fēng)險中，生物滯留網(wǎng)格在不同暴雨標(biāo)準(zhǔn)下的風(fēng)險指數(shù)均較低。

2.5 不同低沖擊徑流控制措施下區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險經(jīng)濟(jì)損失分析結(jié)果

結(jié)合不同低沖擊徑流控制措施下對區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行分析，結(jié)果見表6，并對不同方法的內(nèi)澇損失結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)果表7。

表6 城市內(nèi)澇分析下的經(jīng)濟(jì)損失分析結(jié)果

表7 不同評價方法的內(nèi)澇損失評估比較

由表6的分析結(jié)果可看出，城市內(nèi)澇高風(fēng)險下對民眾的出行造成一定的影響，因此主要對商場、飯店經(jīng)濟(jì)損失產(chǎn)生不同程度的損失。從表7中可看出，分布函數(shù)方法在城市內(nèi)澇評估的適用性較高，評估的內(nèi)澇損失量和實際內(nèi)澇損失量相差不大，且分布函數(shù)方法在數(shù)據(jù)采集度和內(nèi)澇損失詳細(xì)度均好于其他方法，可在其他城市內(nèi)澇風(fēng)險評估中進(jìn)行推廣和應(yīng)用。

3 應(yīng)對措施分析

從區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險評估結(jié)果可以看出，造成城市低沖擊徑流下的內(nèi)澇風(fēng)險高的主因是城市基礎(chǔ)市政建設(shè)能力以及城市下墊面的變化，針對內(nèi)澇風(fēng)險，可以采取以下措施進(jìn)行應(yīng)對。

(1)對于城市雨水管線負(fù)載過高的問題

城市內(nèi)澇風(fēng)險過高主要是雨水管線的負(fù)載能力過高，在大暴雨下大量的雨水進(jìn)入排水管線，使得雨水管線的負(fù)載能力過高；其次城市中的雨污合流，使得城市雨水管線的負(fù)載能力進(jìn)一步加重；再次由于一些管道建設(shè)時間較早，出現(xiàn)一定程度的老化現(xiàn)象，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前極端天氣下的暴雨強度，針對雨水管線負(fù)載過高的主要措施是在內(nèi)澇風(fēng)險高的區(qū)域新建一條平行的排水管線，也可對已建的排水管網(wǎng)進(jìn)行改造，擴(kuò)充其排水能力。

(2)低洼平坦的排澇問題

對于地勢較為低洼的區(qū)域，由于排水速度較慢，大暴雨下內(nèi)澇風(fēng)險很高，針對這一區(qū)域的應(yīng)對措施主要是建設(shè)抬高坡度的設(shè)施，可以采用瀝青路面的方式，中間厚、兩邊低對地勢低洼的區(qū)域進(jìn)行排水處理，使得地勢低洼區(qū)域的水流盡快排出。

(3)地勢凹陷區(qū)域排澇問題

對于地勢凹陷的區(qū)域，由于其地勢較低，在大暴雨下，地勢較高區(qū)域的暴雨會逐步排入這個區(qū)域，使得這個區(qū)域的排水管網(wǎng)超負(fù)荷運載。對于此類低洼區(qū)域，可以建立蓄水池的方式進(jìn)行處理，通過搭建抽水泵房，將地勢低洼區(qū)域的積水盡快抽排到蓄水池內(nèi)，這樣既可解決低洼區(qū)域的內(nèi)澇問題，也可以解決城市洪水資源化利用的問題。在城市公園地勢較為低洼的區(qū)域，可以建立草地花園的方式，通過植被雨水涵養(yǎng)功能，將水分涵養(yǎng)在植被中，也可進(jìn)行凹型綠化用地及生態(tài)植樹方面的改造；若在廣場的低洼區(qū)域，則可鋪設(shè)透水的地磚進(jìn)行排水，緩解地面的積水。

4 結(jié)論

(1)城市內(nèi)澇風(fēng)險評估可以對區(qū)域內(nèi)澇的范圍，發(fā)生內(nèi)澇的幾率以及內(nèi)澇損失情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，是城市排水規(guī)劃的重要依據(jù)和設(shè)計基礎(chǔ)，通過對比幾種傳統(tǒng)的內(nèi)澇風(fēng)險評估方法，分布函數(shù)方法數(shù)據(jù)收集難易程度以及內(nèi)澇評估損失精度均好于其他幾種方法，建議推廣和應(yīng)用。

(2)對于城市排水管線負(fù)載高的問題，可以建立平行排水管線，加大排水能力；而對于地勢低洼的區(qū)域，可以通過建設(shè)蓄水池和加設(shè)抽水泵站的方式進(jìn)行應(yīng)對；對于地勢平坦的區(qū)域，可以通過鋪設(shè)類似瀝青路面的方式進(jìn)行排水坡度的抬高。