城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法與對(duì)策研究

許載周，陳泓光，李 強(qiáng)

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100000）

0 引言

2021年，住房和城鄉(xiāng)部等部門編制的《城市內(nèi)澇治理系統(tǒng)化實(shí)施方案編制大綱》明確要求要精準(zhǔn)識(shí)別內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等任務(wù)。因此，現(xiàn)階段內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)較高的城市需要針對(duì)內(nèi)澇情況展開深入分析，同時(shí)從宏觀及微觀較低尋求更好的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)控制措施，以改善城市發(fā)展?fàn)顩r。

1 城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)成因分析

城市內(nèi)澇一般是指因降水超過了城市排水能力而導(dǎo)致地面積水受災(zāi)的現(xiàn)象。從水循環(huán)的角度來看，城市水循環(huán)是自然水循環(huán)系統(tǒng)和社會(huì)水循環(huán)系統(tǒng)的耦合體，城市內(nèi)澇災(zāi)害的影響要素具有“自然—社會(huì)”的雙重屬性。一方面，城市化進(jìn)程的推進(jìn)和高強(qiáng)度開發(fā)，大量土地用地性質(zhì)發(fā)生了改變，硬質(zhì)鋪裝和建筑物等不透水面積不斷增加，改變了流域下墊面條件，使得降雨入滲、截留等大幅減少；致使降雨產(chǎn)流時(shí)間縮短、匯流速度快、徑流量和洪峰流量大幅增加。不僅加大了排水系統(tǒng)的壓力，而且浪費(fèi)了寶貴的雨水資源；同時(shí)，降雨和地表徑流的沖刷，將城市不透水地面積累的大量污染物通過排水管渠或直接進(jìn)入地表水環(huán)境，造成了水體的面源污染?，F(xiàn)有的排水規(guī)劃體系不能適應(yīng)城市的迅速發(fā)展。另一方面，城市區(qū)域人口密集，社會(huì)分工細(xì)致，不同用地類型的區(qū)域地塊受災(zāi)后的損失和對(duì)城市的影響存在較大差異，同時(shí)由于城市發(fā)展的歷史原因，排水管道不同階段建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不一致，導(dǎo)致管網(wǎng)系統(tǒng)水力學(xué)流態(tài)不合理，存在互相頂托、坡度不順、主流向與支管銜接不合理、干管服務(wù)范圍不均衡、支管不達(dá)標(biāo)等問題[1]。

城市內(nèi)澇形成的原因，主要為以下4點(diǎn)：①城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，徑流量大幅增加；②現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)達(dá)標(biāo)率低，提標(biāo)改造困難；③規(guī)劃體系標(biāo)準(zhǔn)不完善，城市豎向設(shè)計(jì)標(biāo)高控制較寬松；④內(nèi)澇防治系統(tǒng)缺失。災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論一般認(rèn)為，災(zāi)害由致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境及承災(zāi)體綜合作用產(chǎn)生的，在城市內(nèi)澇災(zāi)害方面，強(qiáng)降雨是其致災(zāi)因子，雨水降落到地面形成的積水是孕災(zāi)環(huán)境，孕災(zāi)環(huán)境的惡劣程度主要取決于積水的深度和積水的時(shí)間等因素。城市作為承災(zāi)體，不同用地類型的地塊在積水環(huán)境表現(xiàn)出來的脆弱性（或不利后果）不同，例如，城市醫(yī)院、主要的交通線路等設(shè)施在遭受內(nèi)澇時(shí)的損失將遠(yuǎn)超過城市公園綠地等設(shè)施。由此可見，城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是對(duì)多重因素進(jìn)行的一項(xiàng)評(píng)估工作。

2 城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法及應(yīng)用

20世紀(jì)70年代，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家為了解決城市內(nèi)澇積水問題率先提出了城市雨洪模型，并逐漸完善和檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，目前應(yīng)用較多的模型主要有STORM（Storage Treatment and overflow Runoff Model，蓄水、處理與溢流模型）、MIKE FLOOD、Info Works模型。STORM主要適用城市單場(chǎng)降雨的水質(zhì)、水量計(jì)算。MIKEFLOOD模型是1972年由丹麥水利研究院耦合MIKE系列一維、二維、三維模型，城市排水管網(wǎng)模型和流域水文模型集成開發(fā)的。它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)水流動(dòng)態(tài)、水深和水位變化，模擬淹沒時(shí)間及淹沒范圍，預(yù)測(cè)城市內(nèi)澇發(fā)生位置，也可以模擬管網(wǎng)中泥沙運(yùn)動(dòng)情況和污水管道溢流情況。InfoWorks模型用于排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)、調(diào)整與研究。模型通過演示實(shí)測(cè)降雨過程線反映管網(wǎng)系統(tǒng)水力負(fù)荷，進(jìn)行管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)還可以模擬污染物在管網(wǎng)中的輸移轉(zhuǎn)化，預(yù)測(cè)城市污水溢流和污染狀況。該模型可以模擬對(duì)比多組設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，精度較高。SWMM（暴雨洪水管理模型）是1971年由梅特卡夫有限公司聯(lián)合美國(guó)水資源有限公司和佛羅里達(dá)大學(xué)研發(fā)的，是應(yīng)用城市降雨徑流水質(zhì)、水量模擬最廣泛的模型之一。該模型可輸入單一降水事件和長(zhǎng)期降雨時(shí)間序列，其原理分為降雨、地表產(chǎn)匯流及管網(wǎng)匯流等四個(gè)過程。模型不受節(jié)點(diǎn)、管段和子匯水區(qū)數(shù)目的限制，具有參數(shù)較容易獲取、使用方法簡(jiǎn)單、模擬效果較好的優(yōu)點(diǎn)[2]。

本文從城市內(nèi)澇災(zāi)害的形成入手，參照已有研究，從致災(zāi)特征、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力4個(gè)方面出發(fā)，分別選取研究區(qū)域50年內(nèi)，年均暴雨內(nèi)澇頻次、典型短歷時(shí)強(qiáng)降雨及長(zhǎng)歷時(shí)降雨數(shù)據(jù)、城市洼地深度、植被覆蓋度以及河網(wǎng)密度、城市現(xiàn)狀下墊面情況、道路密度、城市管網(wǎng)排澇能力、區(qū)域避難場(chǎng)所個(gè)數(shù)、醫(yī)療救助能力、群眾抗災(zāi)能力等因子，在已有洼地積澇提取模型的基礎(chǔ)上，采用GIS空間分析技術(shù)和SWMM模型模擬，定量評(píng)估青海某市主城區(qū)暴雨內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，提取不同子匯水區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的均值作為研究變量。

2.1 案例選取

以某市中心城區(qū)范圍內(nèi)的老舊城區(qū)為案例，該流域面積為3.46km2。該流域內(nèi)部地形多樣，北部上游為山體，地勢(shì)起伏較大，中下游地勢(shì)平坦。本流域所在區(qū)域正處于城市開發(fā)建設(shè)階段，分布有大型醫(yī)院、學(xué)校、交通主干路等重要基礎(chǔ)設(shè)施，也有小型工業(yè)廠房、城中村等。地形、地貌及建設(shè)情況較為復(fù)雜，同時(shí)根據(jù)對(duì)研究片區(qū)的排水管渠等設(shè)施實(shí)測(cè)資料分析，本研究片區(qū)排水防澇設(shè)施薄弱，主要排洪渠道——東梅排洪渠寬度在4m左右，與規(guī)劃要求差距較大，并存在局部段過水?dāng)嗝姹磺终嫉膯栴}，同時(shí)片區(qū)城中村區(qū)域雨水管道設(shè)施不完善，存在局部雨水沿街面漫流及積水嚴(yán)重的問題[3]。該片區(qū)在研究城市內(nèi)澇方面具有一定的代表性。

2.2 城市內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

從城市內(nèi)澇災(zāi)害的形成入手，參照已有研究，從致災(zāi)特征、孕災(zāi)環(huán)境敏感性、承災(zāi)體易損性、防災(zāi)減災(zāi)能力4個(gè)方面出發(fā)，分別選取研究區(qū)年均暴雨內(nèi)澇頻次、城市洼地深度、植被覆蓋度以及河網(wǎng)密度、人口密度、地均GDP以及道路密度、城市管網(wǎng)排澇能力、區(qū)域避難場(chǎng)所個(gè)數(shù)、醫(yī)療救助能力、群眾抗災(zāi)能力等因子，在已有洼地積澇提取模型的基礎(chǔ)上，采用GIS空間分析技術(shù)和模糊綜合評(píng)價(jià)方法，定量評(píng)估臨安主城區(qū)暴雨內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，提取不同子匯水區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的均值作為研究變量。

2.3 情景模擬結(jié)果

考慮到產(chǎn)流域過程要滯后于降雨過程，本次模擬時(shí)間設(shè)定為24h，模擬步長(zhǎng)設(shè)定為5min，借助模型的結(jié)果分析統(tǒng)計(jì)工具得到研究片區(qū)在遭遇50年一遇暴雨條件下的積水深度、時(shí)間數(shù)據(jù)?；谀M結(jié)果可知，本片區(qū)整體積水嚴(yán)重，主要集中在東梅排洪渠中下游地勢(shì)低洼位置，該區(qū)域出現(xiàn)的積水其深度普遍超過0.3m，時(shí)間達(dá)到了2h以上，內(nèi)澇積水嚴(yán)重。其原因在于片區(qū)下墊面以不透水地面比例較高，雨水缺乏有效的滲蓄空間；片區(qū)內(nèi)主要的排澇渠道尚未整治，排澇能力嚴(yán)重不足，如遇外江潮洪頂托，內(nèi)澇情況更為嚴(yán)重。同時(shí)北部某大型三甲醫(yī)院和居住區(qū)也出現(xiàn)了一定的積水問題，其主要原因是該位置靠近山體，山洪截蓄設(shè)施不完善，導(dǎo)致山洪漫流形成的一定積水。降雨積水的危害性主要來自于積水深度和積水時(shí)間兩個(gè)方面，根據(jù)模擬結(jié)果，對(duì)積水深度和時(shí)間進(jìn)行高、中、低風(fēng)險(xiǎn)分類。

2.4 評(píng)估方法構(gòu)建與結(jié)果分析

本次內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估涉及多個(gè)因素，在評(píng)估方法的選擇上，本次研究采用層次分析法。該方法是一種多重方案或目標(biāo)決策評(píng)價(jià)方法，其優(yōu)勢(shì)在于經(jīng)過定性、定量分析結(jié)合的方式將復(fù)雜問題模型化為一個(gè)包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的層次結(jié)構(gòu)，并可數(shù)量化。按照層次分析法，本次內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的目標(biāo)層為內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，準(zhǔn)則層為積水的危險(xiǎn)性準(zhǔn)則（包含積水的深度和時(shí)間兩個(gè)準(zhǔn)則要素）和地塊的脆弱性準(zhǔn)則，隸屬于積水的危險(xiǎn)性準(zhǔn)則的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有積水的深度分類評(píng)價(jià)指標(biāo)和積水的時(shí)間分類評(píng)價(jià)指標(biāo)，隸屬于地塊的脆弱性準(zhǔn)則為地塊的脆弱性分類評(píng)價(jià)指標(biāo)。確定評(píng)價(jià)模型層次結(jié)構(gòu)后，需要對(duì)各項(xiàng)準(zhǔn)則及各層次指標(biāo)進(jìn)行賦值權(quán)重。各項(xiàng)準(zhǔn)則及各層次指標(biāo)權(quán)重可根據(jù)專家打分進(jìn)行初步賦值，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，當(dāng)檢驗(yàn)特征參數(shù)CR不大于0.1時(shí)，即說明權(quán)重合理，并予以確定，否則需調(diào)整權(quán)重賦值，直至通過一致性檢驗(yàn)。

3 城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)主流應(yīng)對(duì)策略

3 ．1科學(xué)城市規(guī)劃

城市內(nèi)澇主要受到城市規(guī)劃中用地規(guī)劃和豎向規(guī)劃的影響。城市用地規(guī)劃會(huì)影響降雨的下墊面，從而影響地面的徑流系數(shù)及地面集水時(shí)間，在暴雨強(qiáng)度及匯水面積相同的情況下，徑流系數(shù)越大，雨水設(shè)計(jì)流量就越大。同時(shí)，地面集水時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)管渠的暴雨強(qiáng)度越小，即對(duì)降雨的匯流有削峰的作用。當(dāng)?shù)孛鎱R水距離大于90m時(shí)，地面集水時(shí)間與地面截留系數(shù)成反比。不僅如此，城市用地規(guī)劃中的藍(lán)綠線控制也會(huì)通過對(duì)水系、湖泊的面積控制而影響城市排澇系統(tǒng)。城市排澇系統(tǒng)中的河道、調(diào)蓄區(qū)不能突破城市藍(lán)線；具備一定調(diào)蓄功能的公共綠地、公園等也受到城市綠線的制約。因此，如果藍(lán)綠線規(guī)劃過于保守，就會(huì)造成城市排澇系統(tǒng)調(diào)蓄能力不足，過度依賴電排設(shè)施，應(yīng)對(duì)極端降雨的抗風(fēng)險(xiǎn)能力降低。近些年來，全國(guó)各地逐漸開始重視并編制海綿城市相關(guān)的專項(xiàng)規(guī)劃，但是在很多開發(fā)已經(jīng)成熟的地區(qū)，未按照海綿城市理念建設(shè)，造成了城市排澇的先天不足[4]。

同時(shí)科學(xué)的城市豎向規(guī)劃也可以有效防止城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生。城市豎向規(guī)劃應(yīng)在合理選擇該治澇區(qū)的內(nèi)澇設(shè)計(jì)水位之后，從排水出口處按照水力坡度推求到雨水收集系統(tǒng)起端處的標(biāo)高，增加一定的安全高度后作為規(guī)劃地坪及道路的最低標(biāo)高。而目前我國(guó)一些規(guī)劃編制方常會(huì)直接將治澇區(qū)的內(nèi)澇設(shè)計(jì)水位加上一定的安全高度作為地塊的控制標(biāo)高，對(duì)雨水管渠與水系的銜接問題考慮不足，規(guī)劃深度不夠，當(dāng)排澇區(qū)面積較大時(shí)，會(huì)造成遠(yuǎn)離排澇區(qū)排出口的地塊標(biāo)高難以滿足強(qiáng)降雨時(shí)雨水的排出要求。

3.2 做好積水點(diǎn)管網(wǎng)改造建設(shè)

做好積水點(diǎn)的改造建設(shè)，可以有效減少城市內(nèi)澇的發(fā)生。在積水網(wǎng)點(diǎn)管網(wǎng)改造中，需要先對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，再對(duì)照當(dāng)前所使用管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)明確需要改造的部分，然后圍繞積水點(diǎn)調(diào)查結(jié)果，結(jié)合周圍建筑物、構(gòu)筑物的建設(shè)情況，以及地下管線的埋設(shè)情況進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。待設(shè)計(jì)方案完成后，再按照現(xiàn)行的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際情況，制定合理科學(xué)的施工方案，之后以該設(shè)計(jì)方案和施工方案為依據(jù)，展開積水點(diǎn)管網(wǎng)改造建設(shè)施工。在施工中，應(yīng)當(dāng)注意，由于城市地下環(huán)境較為復(fù)雜，為了避免施工操作破壞周圍的建筑、構(gòu)筑物地基，以及管線，需運(yùn)用全站儀、水準(zhǔn)儀等專業(yè)儀器，嚴(yán)格遵照現(xiàn)行的測(cè)量規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行測(cè)量定位，以精準(zhǔn)地確定施工方位，保證此項(xiàng)管網(wǎng)建設(shè)工作效果。在此過程中，還要做好施工設(shè)計(jì)交底，并組織技術(shù)負(fù)責(zé)人、施工班組管理者，圍繞設(shè)計(jì)圖紙、施工方案進(jìn)行充分交底，使其能夠準(zhǔn)確了解施工方案，減少錯(cuò)誤、不當(dāng)施工操作的出現(xiàn)，深入優(yōu)化改造建設(shè)質(zhì)量，以有效治理城市內(nèi)澇問題，提升管網(wǎng)建設(shè)水平。此外，也要注意，由于管網(wǎng)改造建設(shè)屬于隱蔽工程，必須在每一個(gè)施工步驟完畢后，進(jìn)行檢查驗(yàn)收，確認(rèn)無問題后，才能繼續(xù)開展后續(xù)施工環(huán)節(jié)，由此保證整體建設(shè)效果，深入優(yōu)化內(nèi)澇治理下管網(wǎng)建設(shè)效果。

3.3 建立健全洪澇防治機(jī)制

科學(xué)的洪澇防治與應(yīng)對(duì)機(jī)制可以有效減少洪澇災(zāi)害對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成的影響。建立機(jī)制首先需要加強(qiáng)宣傳教育，完善監(jiān)督。樹立對(duì)規(guī)劃管理和實(shí)施的監(jiān)督機(jī)制，制止違規(guī)行為，維護(hù)規(guī)劃法律地位。隨著雨水管理模式的不斷發(fā)展，城市雨水管理將逐漸步入了新的發(fā)展階段，拉開了城市雨水源頭削減、過程控制、末端處理的綜合管理帷幕。雨水管理不再是雨水資源利用或內(nèi)澇防治的某一方面，它包含水文循環(huán)、防洪減災(zāi)、生態(tài)環(huán)境、資源利用等方面，是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，其建設(shè)、監(jiān)督管理也涉及各個(gè)相關(guān)部門，包括水務(wù)、園林、市政、城建、道路、規(guī)劃等，建立各部門、各行業(yè)共同參與城市雨水的統(tǒng)一管理機(jī)制，如何建立起多部門協(xié)同的洪澇防治體制機(jī)制仍然是未來城市防澇需要考慮的方向。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的劃分對(duì)城市防澇規(guī)劃、建設(shè)、管理有重大影響。城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的大小和災(zāi)害損失程度不僅取決于降雨積水因素，與受災(zāi)區(qū)域的用地也有密切關(guān)系。在多重因素內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，通過雨洪模型進(jìn)行暴雨情景模擬，可以得到地面積水的深度、時(shí)間等關(guān)鍵數(shù)據(jù)；層次分析法則可實(shí)現(xiàn)積水深度、時(shí)間和地塊脆弱性等多重因素相耦合，得到相對(duì)科學(xué)合理的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。