北方城市區域內澇風險評估及應對措施探析

林 越

(鐵嶺市防汛抗旱指揮部辦公室，遼寧 鐵嶺 112000)

當前，隨著極端暴雨天氣的頻繁發生，城市內澇已經成為影響城市防洪安全的重要問題。近些年來，對城市內澇進行風險評估是解決城市嚴重內澇問題的主要途徑。在應對極端氣候變化和城市化快速化發展下的“集中、迅速排放”逐步向低沖擊徑流控制措施發展。低沖擊徑流控制措施是當前可持續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，對雨水進行生態化處理，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應用。為此，本文基于城市低沖擊徑流控制措施下對區域內澇風險進行評估，并結合內澇風險高的區域，進行應對措施處理。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具有重要的參考價值，對于海綿城市建設具有輔助參考價值。

1 研究方法

當前，還用較為廣泛的內澇評估模型的計算方程為：

R=H×Pop×Vul

(1)

式中，R—內澇風險值；H—內澇風險成災因子；Pop—內澇影響的程度；Vul—城市抵御內澇風險脆弱程度。

其中R可建立優先評價函數，其函數方程的表達式為：

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

(2)

式中，E—內澇評估模型中的暴露因子；C—低沖擊徑流控制措施因子。

城市抵御內澇風險脆弱程度的計算方程為：

(3)

式中，W—致災因子的權重系數值；D—城市內澇致災因子的比例值；i—致災因子的個數。

淹沒指數采用如下方程進行計算：

HR=d×(V+0.5)+df

(4)

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

2 研究成果

2.1 區域概況

本文以遼寧某城市為研究實例，結合城市內澇淹沒指數方法對其淹沒風險的閾值進行了分析，閾值見表1。區域城市地形網格及排水管網的分布如圖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澇風險，并結合分析的內澇分析結果，提出相應的應對措施。

表1 城市內澇淹沒風險指數閾值

表2 不同內澇風險閾值分配指數表

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

圖1 城市地形網格及排水管網分布圖

2.2 區域內澇風險閾值計算結果

結合城市內澇風險閾值計算結果，對其不同內澇風險閾值進行分配指數的分析，分析結果見表2。

從表2的分析結果可看出，隨著暴雨流速的不斷增加，區域不同內澇風險淹沒指數的閾值逐步增加，當積水深度在1.5m，其流速增加到1.5～5.0m3/s時，其內澇風險淹沒指數增加的幅度逐步加大；而當積水深度為2.0m，其流速增加到3.0～5.0m3/s時，其內澇風險淹沒指數增加明顯，內澇風險率逐步較大，內澇的范圍和速率增加也較為明顯，因此對城市暴雨內澇進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，可以降低區域內澇風險閾值。

2.3 區域內澇風險損失評估結果

結合城市內澇風險評估方法對其不同城市內澇風險損失進行分析，結果見表3和表4。

表3 不同城市內澇風險財產損失比例 單位：%

表4 不同城市內澇風險用地面積比例 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損失的比例最高，學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澇高風險的面積比例都較小，而在低風險下草原以及生態用地的損失比例較高。

2.4 不同低沖擊徑流控制措施下區域內澇風險評估結果

結合城市內澇評估方法對不同低沖擊徑流控制措施下的內澇風險評估結果進行分析，結果見表5。

表5 不同低沖擊徑流控制下措施下內澇風險評估結果

從表5可看出，管網改造在5年一遇標準下的城市內澇高風險指數最高，而生物滯留網格在10年一遇標準下的城市內澇高風險指數較低，建議在城市低沖擊徑流控制措施下進行推廣和應用，而對于管網改造，涉及的工程量較大，且內澇高風險指數不低，不建議進行大面積管網改造。在中、低程度的內澇風險中，生物滯留網格在不同暴雨標準下的風險指數均較低。

2.5 不同低沖擊徑流控制措施下區域內澇風險經濟損失分析結果

結合不同低沖擊徑流控制措施下對區域內澇風險經濟損失進行分析，結果見表6，并對不同方法的內澇損失結果進行了對比，結果表7。

表6 城市內澇分析下的經濟損失分析結果

表7 不同評價方法的內澇損失評估比較

由表6的分析結果可看出，城市內澇高風險下對民眾的出行造成一定的影響，因此主要對商場、飯店經濟損失產生不同程度的損失。從表7中可看出，分布函數方法在城市內澇評估的適用性較高，評估的內澇損失量和實際內澇損失量相差不大，且分布函數方法在數據采集度和內澇損失詳細度均好于其他方法，可在其他城市內澇風險評估中進行推廣和應用。

3 應對措施分析

從區域內澇風險評估結果可以看出，造成城市低沖擊徑流下的內澇風險高的主因是城市基礎市政建設能力以及城市下墊面的變化，針對內澇風險，可以采取以下措施進行應對。

(1)對于城市雨水管線負載過高的問題

城市內澇風險過高主要是雨水管線的負載能力過高，在大暴雨下大量的雨水進入排水管線，使得雨水管線的負載能力過高；其次城市中的雨污合流，使得城市雨水管線的負載能力進一步加重；再次由于一些管道建設時間較早，出現一定程度的老化現象，已經不能滿足當前極端天氣下的暴雨強度，針對雨水管線負載過高的主要措施是在內澇風險高的區域新建一條平行的排水管線，也可對已建的排水管網進行改造，擴充其排水能力。

(2)低洼平坦的排澇問題

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

(3)地勢凹陷區域排澇問題

對于地勢凹陷的區域，由于其地勢較低，在大暴雨下，地勢較高區域的暴雨會逐步排入這個區域，使得這個區域的排水管網超負荷運載。對于此類低洼區域，可以建立蓄水池的方式進行處理，通過搭建抽水泵房，將地勢低洼區域的積水盡快抽排到蓄水池內，這樣既可解決低洼區域的內澇問題，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域，可以建立草地花園的方式，通過植被雨水涵養功能，將水分涵養在植被中，也可進行凹型綠化用地及生態植樹方面的改造；若在廣場的低洼區域，則可鋪設透水的地磚進行排水，緩解地面的積水。

4 結論

(1)城市內澇風險評估可以對區域內澇的范圍，發生內澇的幾率以及內澇損失情況進行統計分析，是城市排水規劃的重要依據和設計基礎，通過對比幾種傳統的內澇風險評估方法，分布函數方法數據收集難易程度以及內澇評估損失精度均好于其他幾種方法，建議推廣和應用。

(2)對于城市排水管線負載高的問題，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域，可以通過建設蓄水池和加設抽水泵站的方式進行應對；對于地勢平坦的區域，可以通過鋪設類似瀝青路面的方式進行排水坡度的抬高。