基于多層級(jí)目標(biāo)耦合的城市內(nèi)澇防治研究

周雁潭 劉立軍 李鵬輝 孟祥永

摘要：針對(duì)目前市政排水與水利排澇兩個(gè)行業(yè)、兩個(gè)體系導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)不銜接的問(wèn)題，提出城市內(nèi)澇防治的多層級(jí)目標(biāo)，統(tǒng)一設(shè)置“低標(biāo)不積水、澇標(biāo)不成災(zāi)、超標(biāo)可應(yīng)對(duì)”3個(gè)層次的防澇標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的積水范圍、積水深度、積水時(shí)間、城市基本功能正常發(fā)揮程度等防澇目標(biāo)。以浙江省義烏市中心城區(qū)為研究區(qū)域，利用MIKE FLOOD模型耦合MIKE Urban一維管網(wǎng)模型、MIKE 11一維河流模型、MIKE 21 二維地表漫流模型，建立了“水-地-管-河”耦合的義烏市城市防澇水文水動(dòng)力模型，通過(guò)2場(chǎng)實(shí)測(cè)暴雨洪水資料對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)校準(zhǔn)和驗(yàn)證。結(jié)果表明：建立的模型較好地模擬了降雨后地下管網(wǎng)的產(chǎn)匯流狀態(tài)、洪水在河道的演進(jìn)過(guò)程以及河流、管網(wǎng)漫水后在二維地形的淹沒(méi)情況；多層級(jí)目標(biāo)耦合后，低標(biāo)情景下的義烏市中心城區(qū)排水管道滿管率由65.3%上升至76.0%，說(shuō)明“水-地-管-河”的耦合作用對(duì)城市防澇有一定影響。多層級(jí)目標(biāo)耦合的城市防澇模型可較好反映城市防澇工程與非工程體系的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和防澇效果，可為城市內(nèi)澇治理提供參考。

關(guān) 鍵 詞：城市內(nèi)澇；城市防澇標(biāo)準(zhǔn)；管網(wǎng)模型；河流模型；地表漫流模型；義烏市

中圖法分類號(hào)：TU991

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.05.003

0 引 言

近年來(lái)，在全球氣候變化和城市化快速發(fā)展的共同影響下^［1-2］，城市內(nèi)澇災(zāi)害日益嚴(yán)重，例如2021年鄭州市“7·20”特大洪澇災(zāi)害，造成了重大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響^［3］。為應(yīng)對(duì)頻頻發(fā)生的城市內(nèi)澇災(zāi)害，人們?cè)噲D通過(guò)提高市政排水標(biāo)準(zhǔn)以及重新制定暴雨強(qiáng)度公式等措施來(lái)解決。實(shí)際上，一個(gè)更為突出的矛盾是市政排水與水利排澇兩個(gè)行業(yè)、兩個(gè)體系標(biāo)準(zhǔn)不銜接問(wèn)題^［4］。市政排水承擔(dān)小區(qū)域排水，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低，降雨歷時(shí)較短，更加注重降水的強(qiáng)度；水利排澇負(fù)責(zé)城區(qū)大范圍澇水外排，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高，降雨歷時(shí)較長(zhǎng)^［5］。而城市內(nèi)澇防治是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涵蓋從雨水徑流的產(chǎn)生到排放的全過(guò)程控制，包括產(chǎn)流、匯流、調(diào)蓄、利用、排放、預(yù)警、應(yīng)急措施等^［6］。因此，有必要針對(duì)城市內(nèi)澇防治綜合性系統(tǒng)，提出多層級(jí)目標(biāo)耦合的城市防澇標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)外大、小排水系統(tǒng)本質(zhì)上沒(méi)有很大區(qū)別，只是在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)大小、具體排水形式和針對(duì)目標(biāo)上有所不同，因此對(duì)市政排水與水利排澇的標(biāo)準(zhǔn)銜接關(guān)系研究較少^［7］。國(guó)內(nèi)學(xué)者主要從暴雨選樣、設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期及設(shè)計(jì)排澇流量3個(gè)方面研究市政排水與水利排澇間的標(biāo)準(zhǔn)銜接關(guān)系^［8-14］，未從兩個(gè)體系之間的相互作用以及水文銜接入手，真正建立匹配的城市防澇標(biāo)準(zhǔn)。必須注意到，國(guó)內(nèi)的排水標(biāo)準(zhǔn)和排澇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)有顯著差別，還要考慮河道澇水對(duì)管渠排水的影響。本文借鑒抗震設(shè)計(jì)“小震不壞、中震可修、大震不倒”^［15］的原則以及可持續(xù)性雨洪管理、海綿城市、韌性城市^［16-19］等理念，提出多層級(jí)目標(biāo)耦合的城市防澇標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的防澇目標(biāo)效果，統(tǒng)一設(shè)置降雨條件、排水邊界條件、降雨產(chǎn)流規(guī)則等與城市防澇多層級(jí)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的水文條件，以全域全要素全過(guò)程的城市水文水動(dòng)力模型模擬為支撐，整體謀劃城市防澇體系的布局、方案、措施、規(guī)模，為系統(tǒng)、有效地解決城市內(nèi)澇奠定基礎(chǔ)。

1 多層級(jí)目標(biāo)耦合的城市防澇標(biāo)準(zhǔn)

1.1 概念和內(nèi)涵

多層級(jí)目標(biāo)耦合的城市防澇標(biāo)準(zhǔn)，是指以源頭減排設(shè)施、排水管渠設(shè)施、排澇除險(xiǎn)設(shè)施等工程措施和非工程措施為組成要素的城市內(nèi)澇防治體系，為城市防澇區(qū)域提供內(nèi)澇防治能力。該內(nèi)澇防治能力具有多層級(jí)目標(biāo)特征，表現(xiàn)為針對(duì)不同的設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期，能夠分別實(shí)現(xiàn)預(yù)期的內(nèi)澇防御目標(biāo)。

對(duì)于城市內(nèi)澇防治的多層級(jí)目標(biāo)，統(tǒng)一設(shè)置低標(biāo)、澇標(biāo)和超標(biāo)3個(gè)層次防澇標(biāo)準(zhǔn)以及相應(yīng)的防澇區(qū)積水范圍、積水深度、退水時(shí)間、城市基本功能正常發(fā)揮程度等防澇目標(biāo)，可概括為“低標(biāo)不積水、澇標(biāo)不成災(zāi)、超標(biāo)可應(yīng)對(duì)”。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下，城市防澇體系是一個(gè)有機(jī)整體，不再單獨(dú)設(shè)置市政排水工程的排水標(biāo)準(zhǔn)和水利排澇工程的排澇標(biāo)準(zhǔn)。

（1）低標(biāo)不積水。低標(biāo)的降雨重現(xiàn)期與現(xiàn)行的雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期相當(dāng)。在該降雨條件下，城市防澇體系應(yīng)能確保防澇區(qū)域除了低洼綠地、低地公園等用于蓄滯雨水的空間以外的所有地面不積水。

（2）澇標(biāo)不成災(zāi)。澇標(biāo)的降雨重現(xiàn)期與現(xiàn)行的內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期相當(dāng)。在該降雨條件下，城市防澇體系應(yīng)能確保防澇區(qū)域的居民住宅和工商業(yè)建筑物的底層不進(jìn)水、城市道路至少有一條車道可以行車，允許地面出現(xiàn)一定積水，并明確最大允許退水時(shí)間。

（3）超標(biāo)可應(yīng)對(duì)。超標(biāo)的降雨重現(xiàn)期應(yīng)達(dá)到現(xiàn)行的內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的兩倍以上。在該降雨條件下，通過(guò)城市防澇體系的協(xié)同作用，應(yīng)能保障人的生命安全，城市生命線和基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)基本正常，城市公共服務(wù)基本正常發(fā)揮。

1.2 對(duì)應(yīng)的水文條件

1.2.1 降雨條件

降雨條件包括降雨歷時(shí)、降雨量和降雨雨型3個(gè)要素。

（1）降雨歷時(shí)。與城市防澇體系特征相協(xié)調(diào)，多層級(jí)目標(biāo)3個(gè)層次防澇標(biāo)準(zhǔn)中的降雨采用3～24 h的長(zhǎng)歷時(shí)降雨。洪澇同治的區(qū)域，應(yīng)采用24 h或更長(zhǎng)歷時(shí)的降雨。

（2）降雨量。采用年最大值頻率統(tǒng)計(jì)分析法計(jì)算不同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)的降雨量^［20］。

（3）降雨雨型。采用長(zhǎng)短歷時(shí)嵌套雨型。先以1 h為時(shí)段確定長(zhǎng)歷時(shí)雨型和雨峰雨量，雨峰所在的最大1 h為短歷時(shí)設(shè)計(jì)雨量；再以5～10 min為時(shí)段將雨峰雨量嵌套入短歷時(shí)雨型。長(zhǎng)歷時(shí)雨型應(yīng)采用符合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)的設(shè)計(jì)雨型，或選取當(dāng)?shù)赜写硇缘膶?shí)際降雨確定；短歷時(shí)雨型可以采用基于芝加哥雨型按照高斯-牛頓法推導(dǎo)的模式雨型。

1.2.2 邊界條件

以源頭減排設(shè)施、排水管渠設(shè)施、排澇除險(xiǎn)設(shè)施等工程性措施和非工程性措施為組成要素的城市內(nèi)澇防治體系，其防澇排水邊界不再是管渠排水出口的城市內(nèi)河水位，而是城市防澇區(qū)域外圍水系，視城市洪澇關(guān)系可以分為兩類：

（1）洪澇分治，即城市外圍建有防洪包圍圈，區(qū)域外部洪水不會(huì)進(jìn)入城市防澇區(qū)域。對(duì)于這類情況，應(yīng)采用成因法分析內(nèi)澇降雨與外河洪水的遭遇規(guī)律，確定城市防澇排水期間的外河水位。

（2）洪澇同治，即城市內(nèi)河承泄山洪或與外河完全連通。對(duì)于這類情況，也要根據(jù)內(nèi)澇降雨與外河洪水的相關(guān)性確定城市防澇排水期間的山洪或外河水位邊界。例如浙江省杭州市江北主城區(qū)，城市內(nèi)河與外圍平原河道完全連通，且城市西南有山洪入境^［21］，因此城市外河水位可取同頻率的最高日平均水位，入城山洪則由相應(yīng)降雨推求，并將城市防澇與平原排澇納入同一場(chǎng)景開展耦合分析。

1.2.3 產(chǎn)流規(guī)則

科學(xué)劃分排水分區(qū)，按照集水區(qū)不同地類的蒸發(fā)、植被截留、洼蓄和土壤下滲的客觀規(guī)律，采用數(shù)學(xué)模型法確定雨水流量。

2 多層級(jí)目標(biāo)耦合的城市防澇模型

針對(duì)由城市防澇的源頭減排設(shè)施、排水管渠設(shè)施、排澇除險(xiǎn)設(shè)施等工程與非工程體系組成的城市防澇體系，建立“水-地-管-河”耦合的水文水動(dòng)力模型，實(shí)現(xiàn)城市防澇的全域全要素全過(guò)程模擬?！八笔侵赋鞘蟹罎车乃那榫埃ǖ蜆?biāo)、澇標(biāo)和超標(biāo)3個(gè)層次。“地”既包括各種城市地類及其產(chǎn)匯流規(guī)則，也包含水庫(kù)等徑流調(diào)蓄水利工程和雨水花園等海綿城市源頭減排設(shè)施，還包括超標(biāo)準(zhǔn)澇水的行泄通道?！肮堋笔侵甘姓潘芮?、閘泵及其配套建筑物?！昂印笔侵赋鞘袃?nèi)河、分洪撇洪通道、排澇閘泵等城市內(nèi)部洪澇水行泄通道和設(shè)施。

MIKE FLOOD由DHI Water ＆ Environment ＆ Health 開發(fā)，它將一維模型MIKE Urban、MIKE 11和二維模型MIKE 21 整合^［22］，是一個(gè)動(dòng)態(tài)耦合的模型系統(tǒng)，可以同時(shí)模擬排水管網(wǎng)、河道、各種水工建筑物以及二維坡面流，可用于城市地區(qū)暴雨洪水模擬研究^［23］。

本文在確定城市防澇水文情景的基礎(chǔ)上，利用MIKE Urban模擬城市區(qū)域各子匯水區(qū)的降雨徑流過(guò)程并構(gòu)建一維管網(wǎng)模型，利用新安江模型模擬城區(qū)上游農(nóng)村和山區(qū)的洪水過(guò)程并利用MIKE 11構(gòu)建一維河流模型，再利用MIKE 21模擬一維河流和一維管網(wǎng)漫出水后的二維地形溢流過(guò)程，最后利用MIKE FLOOD將一、二維模型進(jìn)行耦合，對(duì)描述水文和水動(dòng)力過(guò)程的模型方程聯(lián)立求解，實(shí)現(xiàn)“水-地-管-河”水文水動(dòng)力緊密耦合，以反映實(shí)際城市洪澇中多過(guò)程、多模塊間的相互作用。模型構(gòu)建流程詳見圖1。

（1）MIKE 11一維河流模型。采用的是水動(dòng)力模塊（HD），數(shù)值計(jì)算采用傳統(tǒng)的“追趕法”，即“雙掃”算法。其差分格式采用了六點(diǎn)中心隱式差分（Abbott）格式，河道上的每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)按照水位點(diǎn)和流量點(diǎn)的順序交替布置，然后在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)采用隱式的有限差分法交替計(jì)算水位點(diǎn)和流量點(diǎn)^［24］。其基本控制方程是圣維南（Saint-Venant）方程組。

連續(xù)方程：

運(yùn)動(dòng)方程：

式中：x為距離坐標(biāo)，m；t為時(shí)間坐標(biāo)，s；A為河道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m²；Q為斷面流量，m³/s；q、Q_C分別為均勻旁側(cè)入流與集中旁側(cè)入流，m³/s；α為修正系數(shù)；h為水位，m；C為謝才系數(shù)，m^0.5/s；R為水力半徑，m;g為重力加速度，m/s²。

（2）MIKE Urban一維管網(wǎng)模型。分為降雨徑流模擬和管網(wǎng)水動(dòng)力模擬兩部分，其中降雨徑流模擬的結(jié)果是管網(wǎng)模擬的邊界條件，模型計(jì)算原理主要是一維水流連續(xù)方程和水流動(dòng)力方程，模型采用六點(diǎn)隱式差分法求解計(jì)算^［25］。

（3）MIKE 21二維地表漫流模型。模型利用ADI二階精度的有限差分法對(duì)動(dòng)態(tài)流的連續(xù)方程和動(dòng)量守恒方程求解，可用于任何忽略分層的二維自由表面流的模擬^［26］。

式中：h為水深，m；ζ為地表高程，m；x、y為空間坐標(biāo)，m；p、q為x、y方向上的流通通量，即單寬流量，（m³·s^-1）/m；t為時(shí)間，s；τ_xx、τ_xy、τ_yy為有效剪切應(yīng)力分量，kg/m²；ρ為水的密度，kg/m³；V、V_x、V_y為風(fēng)速及在x、y方向上的分量，m/s；Ω為科氏力系數(shù)，s^-1；f為風(fēng)阻力系數(shù)；p_a為大氣壓強(qiáng)，kg/（m·s²）。

MIKE FLOOD模型為耦合平臺(tái)，將指定耦合步長(zhǎng)中各個(gè)模型的當(dāng)前步長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行交換，作為下一步運(yùn)算的輸入，提供了標(biāo)準(zhǔn)連接、城市連接、零流動(dòng)連接、側(cè)向連接、建筑物連接、河道城市連接、側(cè)向建筑物連接7種連接方式。

3 實(shí)例分析

3.1 研究區(qū)概況

義烏市位于金衢盆地東部，地處浙江省地理中心，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，四季分明。受地形特點(diǎn)影響，山洪會(huì)加劇義烏市城市內(nèi)澇受災(zāi)情況，下游又有義烏江水位的頂托，導(dǎo)致城區(qū)低洼區(qū)域管網(wǎng)排水不暢或河水漫溢，較易發(fā)生積水內(nèi)澇。

本次研究收集整理了義烏市中心城區(qū)管網(wǎng)、土地利用、河道斷面、地形以及水文數(shù)據(jù)。其中，管網(wǎng)資料為義烏市2015年管網(wǎng)普查成果以及2015年之后新建的道路地下管線設(shè)計(jì)資料，土地利用數(shù)據(jù)為義烏市第三次全國(guó)土地調(diào)查成果，河道斷面數(shù)據(jù)為2019年義烏市水域調(diào)查成果及2021年補(bǔ)充測(cè)量的水下地形資料，地形數(shù)據(jù)為2020年航測(cè)法1∶2 000更新測(cè)圖及水域調(diào)查收集的DEM數(shù)據(jù)（2 m×2 m），水文數(shù)據(jù)為經(jīng)浙江省水文管理中心整編的國(guó)家基本測(cè)站雨量、水位資料以及地方水文遙測(cè)站資料，內(nèi)澇積水點(diǎn)、積水范圍資料由義烏市市政設(shè)施處提供。義烏江水位采用《義烏市城市防洪規(guī)劃修編》規(guī)劃方案設(shè)計(jì)水位成果。

3.2 水文條件組合

根據(jù)遭遇分析，義烏市城市內(nèi)澇降雨與義烏江洪水有一定關(guān)聯(lián)但相關(guān)性較低，符合義烏市城市防澇特征的水文條件組合見表1。

3.3 模型構(gòu)建

義烏市城市防澇規(guī)劃設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)統(tǒng)一為24 h，采用年最大值頻率統(tǒng)計(jì)分析方法計(jì)算的50 a一遇 24 h雨量為213 mm，24 h內(nèi)的雨型按照《浙江省短歷時(shí)暴雨》規(guī)定的模式確定；最大1 h雨量采用義烏市城市暴雨公式計(jì)算成果，50 a一遇1 h雨量為87.9 mm，并采用芝加哥雨型進(jìn)行分配。

以義烏江干流為邊界，義烏市城區(qū)分為左右岸兩個(gè)大片，分別構(gòu)建“水-地-管-河”耦合的城市防澇全域全要素全過(guò)程的水文水動(dòng)力模擬模型，江北片面積為212.1 km²，匯水分區(qū)有11 550個(gè)；江南片面積為53.5 km²，匯水分區(qū)有5 120個(gè)。

MIKE Urban一維管網(wǎng)模型江北片共概化檢查井節(jié)點(diǎn)11 088個(gè)，排水管道11 186條，管道總長(zhǎng)度557.8 km，排水口447處；江南片共概化檢查井節(jié)點(diǎn)5 130個(gè)，排水管道5 124條，管道總長(zhǎng)度133.3 km，排水口114處。MIKE 11一維河流模型江北片共概化河道34條，長(zhǎng)約144.7 km，702個(gè)斷面，設(shè)置211處橋涵，堰壩66座；江南片共概化河道8條，長(zhǎng)約 24.7 km，采用119個(gè)斷面，設(shè)置20處橋涵，堰壩3座。二維地表漫流模擬由MIKE 21模塊實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)格精度為24 m×24 m。

在MIKE FLOOD平臺(tái)上耦合一維河流模型（MIKE 11）、一維管網(wǎng)模型（MIKE Urban）和二維地表漫流模型（MIKE 21）進(jìn)行模擬。江北片34條河道以側(cè)向連接的形式與二維地形耦合，11 088個(gè)檢查井節(jié)點(diǎn)與二維地形耦合，447處排水口與河道耦合，外排義烏江的排水口均設(shè)置為水位邊界；江南片8條河道以側(cè)向連接的形式與二維地形耦合，5 130個(gè)檢查井節(jié)點(diǎn)與二維地形耦合，114處排水口與河道耦合。耦合后的模型不透水率、河道糙率、地表糙率等參數(shù)，根據(jù)義烏市城區(qū)的實(shí)際情況取值，模型本地化參數(shù)取值見表2，模型概化見圖2。

3.4 模型驗(yàn)證

采用2021年5月和7月的兩場(chǎng)義烏市城區(qū)暴雨洪水進(jìn)行模型驗(yàn)證。其中5月12日暴雨24 h點(diǎn)雨量重現(xiàn)期約0.5～15 a，面雨量重現(xiàn)期約1 a；最大1 h點(diǎn)雨量重現(xiàn)期約1～50 a，面雨量重現(xiàn)期約3 a。7月30日最大1 h點(diǎn)雨量重現(xiàn)期約0.1～10 a，面雨量重現(xiàn)期約0.5 a。驗(yàn)證結(jié)果表明，2場(chǎng)暴雨的河道水位過(guò)程、內(nèi)澇積水點(diǎn)、積水范圍等要素與實(shí)際的吻合程度都比較好。水位驗(yàn)證結(jié)果見表3及圖3～4，內(nèi)澇積水點(diǎn)、積水范圍驗(yàn)證結(jié)果見圖5。

3.5 模擬分析

義烏市中心城區(qū)市政排水工程按照現(xiàn)行國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃設(shè)計(jì)，并假設(shè)管渠內(nèi)與城市內(nèi)河的出水口處于自由出流狀態(tài)，按重力流進(jìn)行逐段管渠的水力設(shè)計(jì)。根據(jù)分析，義烏市中心城區(qū)在2 a一遇重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)降雨下，排水管道出現(xiàn)滿管的長(zhǎng)度約占管道總長(zhǎng)度的65.3%（滿管率），其中主城分區(qū)滿管率約71.3%（表4）。

采用耦合模型模擬低標(biāo)情景（2 a一遇降雨與義烏江2 a一遇洪水）。城市排水管道滿管率約76.0%，其中主城分區(qū)的滿管率約78.9%，說(shuō)明城市防澇體系耦合作用下，市政排水管渠的實(shí)際排水能力小于設(shè)計(jì)預(yù)期（表5、圖6）。

采用耦合模型模擬澇標(biāo)情景。澇標(biāo)情景是模擬的一般區(qū)域30 a一遇設(shè)計(jì)降雨雨型，重要區(qū)域50 a一遇降雨雨型，義烏江采用5 a一遇防洪水位頂托的工況。城市內(nèi)河最高水位已經(jīng)接近地面高程，部分內(nèi)河洪水漫堤造成城區(qū)淹沒(méi)，中心城區(qū)內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域?yàn)? 039 hm²（積水深度超過(guò)0.50 m）、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域?yàn)?14 hm²（積水深度0.30～0.50 m）、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域?yàn)?61 hm²（積水深度小于0.30 m），說(shuō)明義烏市中心城區(qū)現(xiàn)狀防澇能力較低，應(yīng)堅(jiān)持系統(tǒng)治理理念，構(gòu)建集排水、防澇、應(yīng)急于一體的多層次城市防澇應(yīng)對(duì)體系（表6）。

采用耦合模型模擬超標(biāo)情景。超標(biāo)情景是模擬的鄭州市2021年“7·20”極端降雨雨型，義烏江采用50 a一遇防洪水位頂托的工況。義烏市中心城區(qū)內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為1 398 hm²、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為425 hm²、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積為286 hm²（表6），極端大暴雨不僅造成河流水位上漲，頂托了內(nèi)澇的外排，而且大多數(shù)河流、水庫(kù)發(fā)生了漫溢，形成了外洪疊加內(nèi)澇的嚴(yán)峻局面，更進(jìn)一步加重了城市內(nèi)澇。義烏市中心城區(qū)將有26處重要公建設(shè)施和32處市政設(shè)施內(nèi)澇受災(zāi)，眾多城市道路因積水阻斷，影響城市安全運(yùn)轉(zhuǎn)（圖7）。建議以超標(biāo)準(zhǔn)下的情景模擬為基礎(chǔ)，從極端天氣應(yīng)對(duì)策略、澇水行泄通道規(guī)劃、應(yīng)急通道規(guī)劃、應(yīng)急避難場(chǎng)所規(guī)劃、生命線工程保障等5個(gè)方面制定具體的措施方案。

4 結(jié) 論

本文從系統(tǒng)性入手，提出多層級(jí)目標(biāo)耦合的城市防澇標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的防澇目標(biāo)效果。利用MIKE FLOOD模型耦合MIKE Urban一維管網(wǎng)模型、MIKE 11一維河流模型、MIKE 21 二維地表漫流模型，建立了“水-地-管-河”耦合的義烏市城市防澇水文水動(dòng)力模型，通過(guò)2場(chǎng)實(shí)測(cè)暴雨洪水資料對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)校準(zhǔn)和驗(yàn)證，較好地模擬了降雨后地下管網(wǎng)的產(chǎn)匯流狀態(tài)、洪水在河道的演進(jìn)過(guò)程以及河流、管網(wǎng)漫水后在二維地形的淹沒(méi)情況。主要結(jié)論如下：

（1）在不考慮城市內(nèi)河水位頂托的情況下，遭遇2 a一遇降雨時(shí)，義烏市中心城區(qū)排水管道滿管率為65.3%，說(shuō)明現(xiàn)有管道應(yīng)對(duì)2 a一遇以上重現(xiàn)期降雨的能力較弱；多層級(jí)目標(biāo)耦合后的滿管率上升至76.0%，說(shuō)明“水-地-管-河”的耦合作用對(duì)城市防澇有一定影響。

（2）義烏市中心城區(qū)在澇標(biāo)、超標(biāo)情景下的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積分別達(dá)到1 689 hm²和2 689 hm²，存在防澇能力偏低、超標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)澇應(yīng)對(duì)能力不足等問(wèn)題，應(yīng)堅(jiān)持系統(tǒng)治理理念，構(gòu)建集排水、防澇、應(yīng)急于一體的多層次城市防澇應(yīng)對(duì)體系。

水文水動(dòng)力耦合模型可以較好地反映實(shí)際城市洪澇中多過(guò)程、多模塊間的相互作用，但目前常用的洪澇模型大部分為國(guó)外研發(fā)，其水文循環(huán)機(jī)制在中國(guó)的適用性仍待進(jìn)一步的驗(yàn)證。研究下墊面對(duì)降雨的響應(yīng)機(jī)理，識(shí)別城市水循環(huán)的控制過(guò)程，因地制宜地開發(fā)適合中國(guó)城市特點(diǎn)的洪澇模型十分必要。

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（編輯：謝玲嫻）

Study on urban waterlogging prevention and control based on multi-level targets coupling

ZHOU Yantan^1，2，LIU Lijun^1，2，LI Penghui^1，2，MENG Xiangyong^1，2

（1.Zhejiang Institute of Hydraulics and Estuary （Zhejiang Institute of Marine Planning and Design），Hangzhou 310020，China；2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Hydraulic Disaster Prevention and Mitigation，Hangzhou 310020，China）

Abstract：Aiming at the current issue of standards disconnection between municipal and water conservancy drainage systems，we proposed multi-level targets for urban waterlogging prevention and control，and set three levels of urban waterlogging prevention and control standards，which were "no water accumulation on the ground within low-standard rainfall；no waterlogging disasters within modest rainfall；cable of handling under extra-large rainfall".Furthermore，corresponding urban waterlogging prevention and control targets were clarified，such as waterlogging scope，waterlogging depth，waterlogging duration，and normal degree of urban basic functions.Taking the urban area of Yiwu City，Zhejiang Province as the research area，the MIKE FLOOD model was used to couple the MIKE Urban one-dimensional pipe network model，the MIKE 11 one-dimensional river model，and the MIKE 21 two-dimensional surface overflow model to establish a coupled hydrological and hydrodynamic model of "water-land-pipe-river".The model was calibrated and verified by two measured rainstorm flood data.The results show that the established model can well simulate the runoff generation and confluence state of underground pipe network after rainfall，the routing of flood in river channels and the submergence in two-dimensional terrain after river and pipe network overflows，which can achieve whole-domain，whole-factor and whole-process simulation.Under the low-standard scenario in urban area of Yiwu City，the overflow rate of drainage pipes increases from 65.3% to 76.0% after multi-level targets coupling，which indicates that the coupling effect of water-land-pipe-river has a significant impact on urban waterlogging preventing and control.The urban waterlogging control model based on multi-level target coupling can accurately reflect the actual operation state and waterlogging prevention effect of urban waterlogging prevention engineering and non-engineering system，and can provide reference for urban waterlogging control.

Key words：urban waterlogging；waterlogging prevention and control standard；pipe network model；river model；surface overflow model；Yiwu City