城市暴雨内涝灾害起源分析与对策研究

城市暴雨内涝灾害起源分析与对策研究

王小军

嘉兴市规划设计研究院有限公司衢州分公司 浙江 衢州 324000

摘要：近年来，城市内涝灾害越发频繁，每年至少有上百座城市发生不同程度内涝灾害，给居民生命、财产及城市基础设施带来重大损失。如2021年7月20日的河南省郑州“7·20”特大暴雨灾害造成受灾人口188.49万人，市政道路损毁2730处，直接经济损失532亿元；长春市南关区遭遇50a一遇的强降雨，局部地区发生严重内涝，积水最深处超过1.5m，大量车辆被困，部分一楼住户进水严重，256人被困，人员生命安全受到威胁。如果能够寻求抑制或阻断城市下垫面积水的汇集时间，就会大大减少城市内涝灾害发生的时间，给居民避难及应急救援预留更多的时间，从而保障居民的生命、财产安全。本文主要分析城市暴雨内涝灾害起源分析与对策。

关键词：内涝灾害；T-SAS模型；内涝模型；起源分析

引言

随着城市化进程加快，硬化路面逐渐增多，排水管网老化、城市路面下沉等问题的出现，对流域水文过程有着明显的影响，尤其是短时间尺度水文过程影响更为显著，造成人口、经济密集的城市内涝灾害损失更为严重。目前，虽已有不少学者从城市内涝灾害的时空分布特征及成因、内涝灾害模拟、风险评估、预警及应急管理等角度出发，试图通过厘清城市内涝灾害的发生、发展规律，模拟城市内涝灾害的演化过程，探究城市内涝灾害的风险评估体系及预警模型，探讨城市内涝灾害的应急管理方法、过程及应用模式，来寻求城市内涝灾害的抑制方法，但目前的总体应用效果欠佳。

1、内涝治理系统特征

内涝治理系统设计应注意流域性、系统性、综合性、多样性和时序性。１）流域性。内涝治理与所处的流域密切相关，需统筹区域生态环境治理、城市水资源利用、城市建设等，形成防洪排涝、应急管理、物资储备等系统完整的防洪排涝体系。２）系统性。雨水是不可压缩的，雨水径流的蓄、排实质是其空间分配问题。内涝治理需从源头减排、管渠排放、河湖调蓄、排涝除险等环节系统设计。３）综合性。内涝治理是一项综合性的工程，涉及海绵城市、城市排水、城市防洪、河湖水系、道路交通、园林绿地等多个领域，应注重与相关规划及建设内容的协调。４）多样性。内涝治理设施按用途可分为专用设施和兼用设施；按使用时间可分为永久设施和临时设施；按属性可分为人工设施和自然设施；按措施类别可分为工程性措施和非工程性措施。５）时序性。内涝治理是一项庞杂的系统工程，短期内一次性达到目标难度大，可以结合城区整体改造、道路建设、易涝点治理等契机，分阶段、分区域实施，同时考虑应急措施。

2、内涝治理设施

2.1排水管渠及泵站

城市雨水径流应通过排水管渠、城市内河等有组织排放，管渠系统包括雨水管渠、泵站以及雨水口、检查井等附属设施。雨水管渠按重力流、满管流设计，一般采用曼宁公式进行计算，假定流态为恒定均匀流，水力坡度等于管道坡度，考虑未超载状态，可以采用更简化的谢才公式。按内涝治理重现期校核时，一般处于超载状态，按压力流校核，采用达西－魏斯巴赫公式、海澄－威廉公式和曼宁公式计算。城市内涝治理应合理进行排水分区，“高水高排、低水低排”，重点消除易涝点，补齐管网建设短板。雨水口和雨水连接管设计流量应为雨水管渠设计重现期计算流量的１．５～３倍，并按内涝设计重现期标准校核。对外水顶托导致自排不畅或抽排能力不足的地区，需改造或增设泵站，泵站规模根据调蓄容积、排水时间等因素综合确定；出水口设置消能设施，流速小于０．５ｍ／ｓ；用地受限时可采用一体化预制泵站等节地型泵站。

2.2对城市排水规划管理的探讨与建议

根据《水利工程概论》第二章《挡水和泄水建筑物》中提到，城市水循环系统包括雨水、污水、自然水、水处理和回用等环节，城市暴雨管理需兼顾各个水循环流程的同时，减少地表硬化面积，即将硬化地面变成“透水地面”。最简单直接的办法就是尽可能地选用透水材料铺设城市地面，使雨水直接渗入地下。在有植被覆盖的区域，可以修建排水管道，绿地建成凹槽状，使雨水排入这些区域，利用植被发达的根系将雨水输送至地下，减少地表径流。其次，市政部门做好汛期前的检修和保养，保障管道的畅通也十分必要。本书第三章《引调水建筑物》中提到，排水建筑和设施的日常维护和管理是保障排水系统稳定的前提。各地由于气候不同，汛期也有所不同，一般情况下是自南向北逐渐推迟，有的流域有双汛期，如珠江、钱塘江、汉水等地。各地应根据汛期提前规划，检修、清理地下管道，必要时可进行排洪抢险演习，提高重视程度和应对反应速度。同时要加强宣传力度，使公民提高环保意识，不随意往排水建筑内倾倒生活垃圾，并做到人人监督、爱护身边的环境。同时，要对城市地下管网进行普查，进一步推动城市排水专项规划的实施。不仅是在汛期到来之前进行检修，日常的维护也十分必要。相关部门要实时掌握管线的具体位置、埋设深度、断面尺寸以及修建时间等，对新建管线和原有管线做出合理的规划，不断完善城市排水管网系统。此外，要进一步推动城市排水专项规划的实施，确定排水体制和排水标准，就整体工程提出可行性方案。特别是针对涉及内涝的重点区域，要综合地方排水条件，提出超标暴雨的应对措施。这与城市地貌的分析是息息相关的，地理位置的高低直接决定排水压力的区位，特别是低洼地区，承担了过多的排水量，是内涝的重灾区。经设计，要将排水压力分散，使之不集中于某一区域，才能发挥最大的排水功能。

2.3基于大数据的内涝风险识别和预警预报

利用动态聚类算法提取城市暴雨的时空分布动态特征，从而预估城市内涝积水情况；利用监控视频影像进行积涝区域的自动识别与信息提取，从而实时监控积涝区域情况，实现内涝风险识别和预报预警。1）暴雨时空分布特征分析。根据整个城市的雨量站位置、历史雨水记录、气温数据、风向、风速等基础数据，提取降雨过程不同时段的相应特征，并构建暴雨特征数据集（同时构建普通降雨数据集）；再利用聚类分析算法对暴雨数据集进行分析，得到暴雨时空分布特征（降雨强度、持续时长、转移方向以及区域内涝程度等特征）。2）暴雨类型预测。根据暴雨时空分布特征分析结果，对基础数据集中的不同类型降雨进行标注，训练一个多目标分类模型，并利用内涝积水区域自动识别计算模块返回的实时信息对当前降雨进行更新和校正。将当前降雨数据集输入分类模型进行降雨类型预测，由此预估暴雨的发展趋势。3）基于暴雨预测模型，结合内涝积水区域的自动识别，实现内涝风险识别和预报预警。

结束语

我国城市内涝灾害已经成为城市“通病”，诸学者试图从内涝灾害成因、内涝灾害预警、内涝灾害模拟及应急管理角度寻找如何降低内涝灾害发生的可能性及防灾减灾的措施，虽然取得了大量成果，但还是无法减缓内涝灾害带来的影响。尤其是在遇到短时特大暴雨事件，下垫面雨水快速汇集，下垫面下渗饱和，仍然会形成内涝灾害。因此，本研究尝试从城市内涝灾害起源角度出发，厘清城市下垫面雨水移动方向，探究城市下垫面雨水汇集过程，探讨抑制甚至是阻断雨水汇集方法。这样将大大降低城市内涝灾害发生的时间及概率，为居民避难、应急排涝及应急救援争取时间。

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