北方城市区域内涝风险评估及应对措施探析

林 越

(铁岭市防汛抗旱指挥部办公室，辽宁 铁岭 112000)

当前，随着极端暴雨天气的频繁发生，城市内涝已经成为影响城市防洪安全的重要问题。近些年来，对城市内涝进行风险评估是解决城市严重内涝问题的主要途径。在应对极端气候变化和城市化快速化发展下的“集中、迅速排放”逐步向低冲击径流控制措施发展。低冲击径流控制措施是当前可持续利用下的城市雨洪管理的新概念，它综合考虑各种措施下的城市雨洪排涝，对雨水进行生态化处理，从而使得城市排涝压力得到一定程度的缓解，并防止雨水被污染[1- 6]。目前，对于城市低冲击径流控制措施下的研究还较少，在国内属于探索阶段，取得一定的研究成果[7- 9]，但是在北方城市还未得到相关应用。为此，本文基于城市低冲击径流控制措施下对区域内涝风险进行评估，并结合内涝风险高的区域，进行应对措施处理。研究成果对于北方城市低冲击径流控制方式的选择和布设具有重要的参考价值，对于海绵城市建设具有辅助参考价值。

1 研究方法

当前，还用较为广泛的内涝评估模型的计算方程为：

R=H×Pop×Vul

(1)

式中，R—内涝风险值；H—内涝风险成灾因子；Pop—内涝影响的程度；Vul—城市抵御内涝风险脆弱程度。

其中R可建立优先评价函数，其函数方程的表达式为：

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

(2)

式中，E—内涝评估模型中的暴露因子；C—低冲击径流控制措施因子。

城市抵御内涝风险脆弱程度的计算方程为：

(3)

式中，W—致灾因子的权重系数值；D—城市内涝致灾因子的比例值；i—致灾因子的个数。

淹没指数采用如下方程进行计算：

HR=d×(V+0.5)+df

(4)

式中，d表示为城市内涝的积水深度，m；df表示为城市内涝水体的危害程度指数。

2 研究成果

2.1 区域概况

本文以辽宁某城市为研究实例，结合城市内涝淹没指数方法对其淹没风险的阈值进行了分析，阈值见表1。区域城市地形网格及排水管网的分布如图1所示。该城市的年降水量为500～600mm，城市降水主要集中在6—9月之间。以该城市为研究实例，分析了低冲击径流控制措施下的内涝风险，并结合分析的内涝分析结果，提出相应的应对措施。

表1 城市内涝淹没风险指数阈值

表2 不同内涝风险阈值分配指数表

注：H表示为内涝风险指数；V表示为流速(m3/s)；DF表示积水深度(m)。

图1 城市地形网格及排水管网分布图

2.2 区域内涝风险阈值计算结果

结合城市内涝风险阈值计算结果，对其不同内涝风险阈值进行分配指数的分析，分析结果见表2。

从表2的分析结果可看出，随着暴雨流速的不断增加，区域不同内涝风险淹没指数的阈值逐步增加，当积水深度在1.5m，其流速增加到1.5～5.0m3/s时，其内涝风险淹没指数增加的幅度逐步加大；而当积水深度为2.0m，其流速增加到3.0～5.0m3/s时，其内涝风险淹没指数增加明显，内涝风险率逐步较大，内涝的范围和速率增加也较为明显，因此对城市暴雨内涝进行低冲击径流的控制，将其流速控制在1.5m3/s和3.0m3/s以下，可以降低区域内涝风险阈值。

2.3 区域内涝风险损失评估结果

结合城市内涝风险评估方法对其不同城市内涝风险损失进行分析，结果见表3和表4。

表3 不同城市内涝风险财产损失比例 单位：%

表4 不同城市内涝风险用地面积比例 单位：%

从表3可看出，在城市低冲击径流控制措施下城市市政建设损失的比例最高，学校及省市行政单位的损失比例最低，这主要是因为这两个用地类型下的内涝高风险的面积比例都较小，而在低风险下草原以及生态用地的损失比例较高。

2.4 不同低冲击径流控制措施下区域内涝风险评估结果

结合城市内涝评估方法对不同低冲击径流控制措施下的内涝风险评估结果进行分析，结果见表5。

表5 不同低冲击径流控制下措施下内涝风险评估结果

从表5可看出，管网改造在5年一遇标准下的城市内涝高风险指数最高，而生物滞留网格在10年一遇标准下的城市内涝高风险指数较低，建议在城市低冲击径流控制措施下进行推广和应用，而对于管网改造，涉及的工程量较大，且内涝高风险指数不低，不建议进行大面积管网改造。在中、低程度的内涝风险中，生物滞留网格在不同暴雨标准下的风险指数均较低。

2.5 不同低冲击径流控制措施下区域内涝风险经济损失分析结果

结合不同低冲击径流控制措施下对区域内涝风险经济损失进行分析，结果见表6，并对不同方法的内涝损失结果进行了对比，结果表7。

表6 城市内涝分析下的经济损失分析结果

表7 不同评价方法的内涝损失评估比较

由表6的分析结果可看出，城市内涝高风险下对民众的出行造成一定的影响，因此主要对商场、饭店经济损失产生不同程度的损失。从表7中可看出，分布函数方法在城市内涝评估的适用性较高，评估的内涝损失量和实际内涝损失量相差不大，且分布函数方法在数据采集度和内涝损失详细度均好于其他方法，可在其他城市内涝风险评估中进行推广和应用。

3 应对措施分析

从区域内涝风险评估结果可以看出，造成城市低冲击径流下的内涝风险高的主因是城市基础市政建设能力以及城市下垫面的变化，针对内涝风险，可以采取以下措施进行应对。

(1)对于城市雨水管线负载过高的问题

城市内涝风险过高主要是雨水管线的负载能力过高，在大暴雨下大量的雨水进入排水管线，使得雨水管线的负载能力过高；其次城市中的雨污合流，使得城市雨水管线的负载能力进一步加重；再次由于一些管道建设时间较早，出现一定程度的老化现象，已经不能满足当前极端天气下的暴雨强度，针对雨水管线负载过高的主要措施是在内涝风险高的区域新建一条平行的排水管线，也可对已建的排水管网进行改造，扩充其排水能力。

(2)低洼平坦的排涝问题

对于地势较为低洼的区域，由于排水速度较慢，大暴雨下内涝风险很高，针对这一区域的应对措施主要是建设抬高坡度的设施，可以采用沥青路面的方式，中间厚、两边低对地势低洼的区域进行排水处理，使得地势低洼区域的水流尽快排出。

(3)地势凹陷区域排涝问题

对于地势凹陷的区域，由于其地势较低，在大暴雨下，地势较高区域的暴雨会逐步排入这个区域，使得这个区域的排水管网超负荷运载。对于此类低洼区域，可以建立蓄水池的方式进行处理，通过搭建抽水泵房，将地势低洼区域的积水尽快抽排到蓄水池内，这样既可解决低洼区域的内涝问题，也可以解决城市洪水资源化利用的问题。在城市公园地势较为低洼的区域，可以建立草地花园的方式，通过植被雨水涵养功能，将水分涵养在植被中，也可进行凹型绿化用地及生态植树方面的改造；若在广场的低洼区域，则可铺设透水的地砖进行排水，缓解地面的积水。

4 结论

(1)城市内涝风险评估可以对区域内涝的范围，发生内涝的几率以及内涝损失情况进行统计分析，是城市排水规划的重要依据和设计基础，通过对比几种传统的内涝风险评估方法，分布函数方法数据收集难易程度以及内涝评估损失精度均好于其他几种方法，建议推广和应用。

(2)对于城市排水管线负载高的问题，可以建立平行排水管线，加大排水能力；而对于地势低洼的区域，可以通过建设蓄水池和加设抽水泵站的方式进行应对；对于地势平坦的区域，可以通过铺设类似沥青路面的方式进行排水坡度的抬高。