基于情景模拟评估法下的城市内涝风险分析―以宜兴市为例_王霞.pdf

11mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17mm9mm标题4mm4mm署名 8基于情景模拟评估法下的城市内涝风险分析 以宜兴市为例 王霞 厉凯 耿金 无锡市水利设计研究院有限公司 摘 要：城市作为社会财富集中地，由于不透水面积的加大将引发城市内涝造成社会经济等不利影响，因此对防洪除涝要求高，本文结合宜兴市为例，采用情景评估法进行模拟两种情景下的内涝风险，并对其成因进行分析，可为类似工程提供借鉴。关键词：城市；不透水；内涝；防洪除涝；情景评估法1.城市概况宜兴市地处经济发达的长江三角洲地区,位于江、浙、皖三省结合部,隶属江苏省无锡市,产业基础较强,经济发展迅速,是中国综合实力最强的县级市之一。宜兴所在水利分区湖西区域内地形地貌复杂,自西向东、自南向北,整体呈高-低-高-低分布,其中西部、南部为呈“L“型分布的茅山、宜溧山区,面积占比约 1/3；低洼圩区位于中、南部洮、滆腹部及南河地区以及沿江、沿湖地带,面积占比约 1/5,地面高程 45m；其余为高亢平原,沿江地面高程一般67m,洮滆地面高程一般810m。由于城市人口聚集效应和社会经济、城市建设活动的影响,城市空间往往一直延伸到郊区或地下。除了少数的绿地,大多数城市被道路、广场和建筑物等人工场所占据。不透水的表面比郊区大得多,不透水的表面严重阻碍了地表水的循环,并通过雨水的渗透削弱了地下水的补充。城市地下水水位的下降和土壤的下沉是造成城市内涝的主要原因。此外,该地区的水系网络也很发达,宜兴年平均降雨量为1257毫米。6月至8月的月平均降雨量占年降雨量的40.3%。过度集中的降水过程也是造成城市内涝的原因之一。2.MIKE FLOOD模型2.1模型简介MIKE FLOOD模型主要是由一维的MIKE URBAN城市排水管网模块、二维的MIKE21海岸及地表漫流模块和一维的MIKE11河道模块三个部分组成。降雨径流模块提供四个不同级别的城市水文模型来计算城市地表水流量,并提供一个连续的水文模型来计算降雨入渗。径流模量的运行结果是各降雨产水区域的流量结果,可用于计算流量。流量模块用于计算管网中的非定常流动。计算并使用了Abbott-Ionescu隐式六差分格式,该格式允许对长期运动进行自动校正,为分岔或环形网络提供高效、准确的解。MIKE 21将数据采集和处理技术集成到GIS中,包括数据处理前后的专用现代数据处理工具,主要用于计算区域的各种加密系统。增强的图形工具允许可视化显示多格式输入、修改、分析和输出的结果。高可视化的动态和三维结果表达式、时间序列图等。MKEK11主要用于模拟河口、河流、灌溉系统和其他内陆水域的水文、水力、水质和泥沙输移。MIKE 11由以下基本模块组成：水动力模块（HD）、降水模块、对流扩散模块（AD）、水质模块（WQ）和泥沙输送模块（ST）。MIKE FLOOD耦合模型建立步骤：首先,建立一维的MIKE URBAN城市排水管网模型并运行成功,其次建立二维的MIKE21地表漫流模型并运行成功,最后在MIKE FLOOD的平台上耦合MIKE URBAN模型和MIKE21模型的结果并进行联合运行。图1为模型建立过程。2.2评估情景设置宜兴市河道纵横,部分小区采用直排附近河道而非通过市政雨水管道的方式进行雨水排水。但是,规划考图1 MIKE FLOOD耦合模型建立过程96学术ACADEMICDOI:10.14125/ki.zjsy.2023.03.03511mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17mm9mm标题4mm4mm署名 8虑可能存在小区管线排向调查不清,部分小区坡度坡向道路等因素,会导致部分雨水进入市政管道,因此本次评估选定了2种情景进行评估,分别是：情景1：按仅道路及部分小区雨水进入市政管渠,管道总汇水面积约为16.54km2；情景2：按道路及道路两侧红线外各50m及部分小区雨水进入市政管渠,管道总汇水面积约为19.73km2。3.基于情景模拟评估法的内涝风险评估3.1两种情景下的评估结果分析（1）情景1评估结果。根据管道容量估算,宜兴市约67.97%的现有管道寿命不到两年,部分管道无法满足规划和设计标准的要求。（2）情景2评估结果。根据管道能力评价,宜兴市约72.54%的管道预计在两年内处理完毕,部分管道达不到规划设计标准。通过不同情境管道能力评估结果可以发现宜兴市现状管道能力受到不同流域划分影响很多,因此必须对现状流域进行进一步的细化和完善。（3）结论。规划考虑,小区全部不接入市政管道的情景基本不存在,同时在管线设计阶段也会考虑到路周边30-50米范围内流域的雨水收集,因此,本规划采用情景2的结果作为最终评估结果。3.2内涝风险评估通常情况下,如果道路积水的深度小于15厘米,道路积水不会淹没道路的边缘,也不会阻碍行人和车辆的移动。此外,仅沿着道路积水是不会淹没周围的建筑物,也不会造成自然灾害的。如果水量超过15厘米,可能会造成一定的损害,主要是交通堵塞、建筑物洪水、财产损失甚至生命损失。在大雨的情况下,短期积水是不可避免的。如果降雨积水持续时间不超过30分钟,就可以通过预警、加强交通管制、调节水位和其他积极应对措施,充分控制自然灾害造成的损失。因此,本方案规定的最低洪水风险等级为：洪水深度h0.15m,洪水时间t60min,洪水深度0.15m,洪水时间60min,无需特殊处理。在街上,商店和一楼的公寓,通常有高于路面15厘米的人行道。因此,如果水深超过15厘米低于30厘米,自然灾害造成的损失主要表现为行人和车辆的缓慢通行,而不是物质损失。如果水深超过50厘米,可能会发生损失。由于事故风险,无论储存时间长短,水深都被认为超过50厘米,被认为是高风险区。在20a一遇降雨、一定水位（采用50a一遇洪水位5.5m）条件下,宜兴市规划范围内的内涝风险区划如图2所示。经统计,规划范围内共有风险区1680.9ha,占规划范围的28.73%,其 中 高、中、低 风 险 面 积 分 别 为1056.1ha、303ha、321.8ha。结果可见其高风险所占的比例还是很大的,急需全面编制城区排水防涝规划。3.3内涝成因分析3.3.1排涝系统存在问题经过几十年的城市建设,宜兴市公路网基本上已经形成,相应的雨水管与道路长时间同步建设。雨水系统的设计是为了更好地满足城市居民的用水需求,但由于供水系统的固有原因和使用寿命延长,现有的污水系统也存在一些问题,主要问题如下：表1 规划范围内排水管道重现期评估表（情景1）表2 规划范围内排水管道重现期评估表（情景2）表3 规划范围内排水管道重现期评估不同情景结果比较表重现期管长（m）比例P0.5a 133338 58.54%0.5aP1a 7234 3.18%1aP2a 14245 6.25%2aP3a 3238 1.42%3aP5a 4633 2.04%5aP 65079 28.57%总计 227767 100%重现期管长（m）比例P0.5a 14636264.24%0.5aP1a 99684.38%1aP2a 89123.92%2aP3a 55182.42%3aP5a 42891.88%5aP 5275423.16%总计 227767 100%重现期情景1情景2情景3P0.5a 58.54%64.24%77.59%0.5aP1a 3.18%4.38%4.60%1aP2a 6.25%3.92%2.58%2aP3a 1.42%2.42%1.09%3aP5a 2.04%1.88%5.75%5aP 28.57%23.16%8.39%珠江水运 2023 039711mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17mm9mm标题4mm4mm署名 8（1）体系不全：城市排水防涝系统尚未科学构建,缺少由行泄和滞蓄系统构成的大排水系统,承担超标雨水排放针对城市的排水防涝。（2）标准不高：雨水系统设计标准低,排水能力不足新修订的室外排水设计规范（GB50014-2006,2014年版）提高了城市排水（雨水）的设计标准,按宜兴城市规模,适宜的雨水设计标准应达到25年一遇,同时对集水时间的计算也做出了调整,取消了滞缓系数,使得相同情况下计算得出的设计排水流量加大。（3）规划缺失：缺少专项规划指导,目前,宜兴市雨水管网的建设缺少统一的排水规划的指导,在加上雨水管道建设单位及设计单位的多元化,导致各雨水系统之间缺少衔接,造成管网建设的不合理和投资浪费。（4）控制不足：城市快速发展,径流系数不断增高,城市雨水径流控制与资源化利用水平不高。城市的发展,一方面由于用地扩张导致下垫面构成发生变化,加之缺少雨水径流的源头控制措施,开发建设手段还较为传统,使得下垫面硬化程度提高,下渗不足。3.3.2防洪系统存在问题（1）上游压力：工情变化,洪水来量增加、峰值增大宜兴市位于湖西区最南部的南河水系东排入湖洪水走廊上,远离长江,北排受限,汛期上游南河来水主要通过境内的西氿宜城六河东氿穿城而过,由城东港、洪巷港、大浦港入湖,特殊的地理位置决定了宜兴汛期较大的防洪压力,同时区域上游来水呈现洪水来量增加、速度加快、峰值增加趋势,又进 一步加剧了宜兴城市防洪压力。（2）下游顶托：太湖高水顶托、洪水下泄受阻,由于流域、区域水情、工情的变化,太湖上游汇流速度加快,湖西、浙西入湖水量增加,太湖下游骨干出湖通道能力扩大尚未实施,太湖出现了洪水频次增加、水位增高的情况,高水位呈上涨趋势,给外排出路以入湖为主的湖西区特别是其南部腹部地区防洪增加了压力。（3）山洪威胁：山水直接下泄,山洪威胁未能妥善解决目前,宜兴城区南部龙背山山水通过自然冲沟直接入城区河道下泄,源短流急的山水易对城区防洪安全构成威胁。（4）空间扩张：建设用地范围不断扩大,城市排涝问题凸显宜兴老城区虽然地面高程较高,但随着城市经济的发展,建设用地范围不断扩大,新开发区域地面高程相对较低,即使在开发过程中严格按照总规提出的5.3米控制抬高地坪,与防洪设计水位相比,也存在“高地不高”的现象。4.结论为保障经济、社会可持续发展,城市内涝的不利影响不言而喻,因此结合城市宜兴采用情景模拟评估法对城市进行内涝风险评估,并分析其成因,结果可见其高风险所占的比例还是很大的,急需全面编制城区排水防涝规划。参考文献：1胡少龙,徐松鹤,孟令鹏,等.面向城市内涝的应急物资配置随机非线性规划模型与算法J/OL.工业工程与管理:1-162022-11-10.2王琦,阳烨,何俊超,等.城市规划阶段潜在内涝风险评估及整治效果分析J/OL.给水排水:1-72022-11-10.3张静,张翔宇,白芝兵.SWMM模型在城市规划阶段洪涝安全评估中的应用J/OL.水利水电技术(中英文):1-112022-11-10.4李敏,谢珊,蒋佳鑫,等.武汉市极端暴雨城市内涝风险分析及应对J.中国防汛抗旱,2022,32(09):46-50.5黄征.面向城市内涝的淹没分析与风险评估研究D.北京建筑大学,2022.内涝风险等级低风险区中风险区高风险区合计内涝风险区域面积(ha)321.83031056.11680.9各类风险区面积占比(%)片区面积占比(%)低风险区中风险区高风险区低风险区中风险区高风险区19.14%18.03%62.83%5.50%5.18%18.05%图2 规划范围现状内涝风险区划图表5 内涝风险区面积占比统计表表4 内涝风险区面积统计表98学术ACADEMIC