基于情景模擬評估法下的城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分析――以宜興市為例

王霞 厲凱 耿金 無錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司

1.城市概況

宜興市地處經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長江三角洲地區(qū)，位于江、浙、皖三省結(jié)合部，隸屬江蘇省無錫市，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，是中國綜合實(shí)力最強(qiáng)的縣級市之一。宜興所在水利分區(qū)湖西區(qū)域內(nèi)地形地貌復(fù)雜，自西向東、自南向北，整體呈高-低-高-低分布，其中西部、南部為呈?L?型分布的茅山、宜溧山區(qū)，面積占比約 1/3；低洼圩區(qū)位于中、南部洮、滆腹部及南河地區(qū)以及沿江、沿湖地帶，面積占比約 1/5，地面高程 4～5m；其余為高亢平原，沿江地面高程一般6～7m，洮滆地面高程一般8～10m。

由于城市人口聚集效應(yīng)和社會經(jīng)濟(jì)、城市建設(shè)活動(dòng)的影響，城市空間往往一直延伸到郊區(qū)或地下。除了少數(shù)的綠地，大多數(shù)城市被道路、廣場和建筑物等人工場所占據(jù)。不透水的表面比郊區(qū)大得多，不透水的表面嚴(yán)重阻礙了地表水的循環(huán)，并通過雨水的滲透削弱了地下水的補(bǔ)充。城市地下水水位的下降和土壤的下沉是造成城市內(nèi)澇的主要原因。此外，該地區(qū)的水系網(wǎng)絡(luò)也很發(fā)達(dá)，宜興年平均降雨量為1257毫米。6月至8月的月平均降雨量占年降雨量的40.3%。過度集中的降水過程也是造成城市內(nèi)澇的原因之一。

2.MIKE FLOOD模型

2.1 模型簡介

MIKE FLOOD模型主要是由一維的MIKE URBAN城市排水管網(wǎng)模塊、二維的MIKE21海岸及地表漫流模塊和一維的MIKE11河道模塊三個(gè)部分組成。

降雨徑流模塊提供四個(gè)不同級別的城市水文模型來計(jì)算城市地表水流量，并提供一個(gè)連續(xù)的水文模型來計(jì)算降雨入滲。徑流模量的運(yùn)行結(jié)果是各降雨產(chǎn)水區(qū)域的流量結(jié)果，可用于計(jì)算流量。流量模塊用于計(jì)算管網(wǎng)中的非定常流動(dòng)。計(jì)算并使用了Abbott-Ionescu隱式六差分格式，該格式允許對長期運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)校正，為分岔或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)提供高效、準(zhǔn)確的解。MIKE 21將數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)集成到GIS中，包括數(shù)據(jù)處理前后的專用現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理工具，主要用于計(jì)算區(qū)域的各種加密系統(tǒng)。增強(qiáng)的圖形工具允許可視化顯示多格式輸入、修改、分析和輸出的結(jié)果。高可視化的動(dòng)態(tài)和三維結(jié)果表達(dá)式、時(shí)間序列圖等。MKEK11主要用于模擬河口、河流、灌溉系統(tǒng)和其他內(nèi)陸水域的水文、水力、水質(zhì)和泥沙輸移。MIKE 11由以下基本模塊組成：水動(dòng)力模塊（HD）、降水模塊、對流擴(kuò)散模塊（AD）、水質(zhì)模塊（WQ）和泥沙輸送模塊（ST）。

MIKE FLOOD耦合模型建立步驟：首先，建立一維的MIKE URBAN城市排水管網(wǎng)模型并運(yùn)行成功，其次建立二維的MIKE21地表漫流模型并運(yùn)行成功，最后在MIKE FLOOD的平臺上耦合MIKE URBAN模型和MIKE21模型的結(jié)果并進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)行。圖1為模型建立過程。

2.2 評估情景設(shè)置

圖1 MIKE FLOOD耦合模型建立過程

表1 規(guī)劃范圍內(nèi)排水管道重現(xiàn)期評估表（情景1）

表2 規(guī)劃范圍內(nèi)排水管道重現(xiàn)期評估表（情景2）

表3 規(guī)劃范圍內(nèi)排水管道重現(xiàn)期評估不同情景結(jié)果比較表

宜興市河道縱橫，部分小區(qū)采用直排附近河道而非通過市政雨水管道的方式進(jìn)行雨水排水。但是，規(guī)劃考慮可能存在小區(qū)管線排向調(diào)查不清，部分小區(qū)坡度坡向道路等因素，會導(dǎo)致部分雨水進(jìn)入市政管道，因此本次評估選定了2種情景進(jìn)行評估，分別是：情景1：按僅道路及部分小區(qū)雨水進(jìn)入市政管渠，管道總匯水面積約為16.54km2；情景2：按道路及道路兩側(cè)紅線外各50m及部分小區(qū)雨水進(jìn)入市政管渠，管道總匯水面積約為19.73km2。

3.基于情景模擬評估法的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評估

3.1 兩種情景下的評估結(jié)果分析

（1）情景1評估結(jié)果。根據(jù)管道容量估算，宜興市約67.97%的現(xiàn)有管道壽命不到兩年，部分管道無法滿足規(guī)劃和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）情景2評估結(jié)果。根據(jù)管道能力評價(jià)，宜興市約72.54%的管道預(yù)計(jì)在兩年內(nèi)處理完畢，部分管道達(dá)不到規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

通過不同情境管道能力評估結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)宜興市現(xiàn)狀管道能力受到不同流域劃分影響很多，因此必須對現(xiàn)狀流域進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化和完善。

（3）結(jié)論。規(guī)劃考慮，小區(qū)全部不接入市政管道的情景基本不存在，同時(shí)在管線設(shè)計(jì)階段也會考慮到路周邊30-50米范圍內(nèi)流域的雨水收集，因此，本規(guī)劃采用情景2的結(jié)果作為最終評估結(jié)果。

3.2 內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評估

通常情況下，如果道路積水的深度小于15厘米，道路積水不會淹沒道路的邊緣，也不會阻礙行人和車輛的移動(dòng)。此外，僅沿著道路積水是不會淹沒周圍的建筑物，也不會造成自然災(zāi)害的。如果水量超過15厘米，可能會造成一定的損害，主要是交通堵塞、建筑物洪水、財(cái)產(chǎn)損失甚至生命損失。

在大雨的情況下，短期積水是不可避免的。如果降雨積水持續(xù)時(shí)間不超過30分鐘，就可以通過預(yù)警、加強(qiáng)交通管制、調(diào)節(jié)水位和其他積極應(yīng)對措施，充分控制自然災(zāi)害造成的損失。

因此，本方案規(guī)定的最低洪水風(fēng)險(xiǎn)等級為：洪水深度h>0.15m，洪水時(shí)間t>60min，洪水深度≤0.15m，洪水時(shí)間≤60min，無需特殊處理。在街上，商店和一樓的公寓，通常有高于路面15厘米的人行道。因此，如果水深超過15厘米低于30厘米，自然災(zāi)害造成的損失主要表現(xiàn)為行人和車輛的緩慢通行，而不是物質(zhì)損失。如果水深超過50厘米，可能會發(fā)生損失。由于事故風(fēng)險(xiǎn)，無論儲存時(shí)間長短，水深都被認(rèn)為超過50厘米，被認(rèn)為是高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

在20a一遇降雨、一定水位（采用50a一遇洪水位5.5m）條件下，宜興市規(guī)劃范圍內(nèi)的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃如圖2所示。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，規(guī)劃范圍內(nèi)共有風(fēng)險(xiǎn)區(qū)1680.9ha，占規(guī)劃范圍的28.73%，其中高、中、低風(fēng)險(xiǎn)面積分別為1056.1ha、303ha、321.8ha。結(jié)果可見其高風(fēng)險(xiǎn)所占的比例還是很大的，急需全面編制城區(qū)排水防澇規(guī)劃。

3.3 內(nèi)澇成因分析

3.3.1 排澇系統(tǒng)存在問題

經(jīng)過幾十年的城市建設(shè)，宜興市公路網(wǎng)基本上已經(jīng)形成，相應(yīng)的雨水管與道路長時(shí)間同步建設(shè)。雨水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了更好地滿足城市居民的用水需求，但由于供水系統(tǒng)的固有原因和使用壽命延長，現(xiàn)有的污水系統(tǒng)也存在一些問題，主要問題如下：

圖2 規(guī)劃范圍現(xiàn)狀內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖

表4 內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積統(tǒng)計(jì)表

表5 內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比統(tǒng)計(jì)表

（1）體系不全：城市排水防澇系統(tǒng)尚未科學(xué)構(gòu)建，缺少由行泄和滯蓄系統(tǒng)構(gòu)成的大排水系統(tǒng)，承擔(dān)超標(biāo)雨水排放針對城市的排水防澇。

（2）標(biāo)準(zhǔn)不高：雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，排水能力不足新修訂的《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006，2014年版）提高了城市排水（雨水）的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，按宜興城市規(guī)模，適宜的雨水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到2～5年一遇，同時(shí)對集水時(shí)間的計(jì)算也做出了調(diào)整，取消了滯緩系數(shù)，使得相同情況下計(jì)算得出的設(shè)計(jì)排水流量加大。

（3）規(guī)劃缺失：缺少專項(xiàng)規(guī)劃指導(dǎo)，目前，宜興市雨水管網(wǎng)的建設(shè)缺少統(tǒng)一的排水規(guī)劃的指導(dǎo)，在加上雨水管道建設(shè)單位及設(shè)計(jì)單位的多元化，導(dǎo)致各雨水系統(tǒng)之間缺少銜接，造成管網(wǎng)建設(shè)的不合理和投資浪費(fèi)。

（4）控制不足：城市快速發(fā)展，徑流系數(shù)不斷增高，城市雨水徑流控制與資源化利用水平不高。城市的發(fā)展，一方面由于用地?cái)U(kuò)張導(dǎo)致下墊面構(gòu)成發(fā)生變化，加之缺少雨水徑流的源頭控制措施，開發(fā)建設(shè)手段還較為傳統(tǒng)，使得下墊面硬化程度提高，下滲不足。

3.3.2 防洪系統(tǒng)存在問題

（1）上游壓力：工情變化，洪水來量增加、峰值增大宜興市位于湖西區(qū)最南部的南河水系東排入湖洪水走廊上，遠(yuǎn)離長江，北排受限，汛期上游南河來水主要通過境內(nèi)的西氿―宜城六河―東氿穿城而過，由城東港、洪巷港、大浦港入湖，特殊的地理位置決定了宜興汛期較大的防洪壓力，同時(shí)區(qū)域上游來水呈現(xiàn)洪水來量增加、速度加快、峰值增加趨勢，又進(jìn) 一步加劇了宜興城市防洪壓力。

（2）下游頂托：太湖高水頂托、洪水下泄受阻，由于流域、區(qū)域水情、工情的變化，太湖上游匯流速度加快，湖西、浙西入湖水量增加，太湖下游骨干出湖通道能力擴(kuò)大尚未實(shí)施，太湖出現(xiàn)了洪水頻次增加、水位增高的情況，高水位呈上漲趨勢，給外排出路以入湖為主的湖西區(qū)特別是其南部腹部地區(qū)防洪增加了壓力。

（3）山洪威脅：山水直接下泄，山洪威脅未能妥善解決目前，宜興城區(qū)南部龍背山山水通過自然沖溝直接入城區(qū)河道下泄，源短流急的山水易對城區(qū)防洪安全構(gòu)成威脅。

（4）空間擴(kuò)張：建設(shè)用地范圍不斷擴(kuò)大，城市排澇問題凸顯宜興老城區(qū)雖然地面高程較高，但隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建設(shè)用地范圍不斷擴(kuò)大，新開發(fā)區(qū)域地面高程相對較低，即使在開發(fā)過程中嚴(yán)格按照總規(guī)提出的5.3米控制抬高地坪，與防洪設(shè)計(jì)水位相比，也存在“高地不高”的現(xiàn)象。

4.結(jié)論

為保障經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展，城市內(nèi)澇的不利影響不言而喻，因此結(jié)合城市宜興采用情景模擬評估法對城市進(jìn)行內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評估，并分析其成因，結(jié)果可見其高風(fēng)險(xiǎn)所占的比例還是很大的，急需全面編制城區(qū)排水防澇規(guī)劃。