许载周，陈泓光，李 强

（中国城市建设研究院有限公司，北京 100000）

0 引言

2021年，住房和城乡部等部门编制的《城市内涝治理系统化实施方案编制大纲》明确要求要精准识别内涝风险，进行内涝风险评估等任务。因此，现阶段内涝风险较高的城市需要针对内涝情况展开深入分析，同时从宏观及微观较低寻求更好的内涝风险控制措施，以改善城市发展状况。

1 城市内涝风险成因分析

城市内涝一般是指因降水超过了城市排水能力而导致地面积水受灾的现象。从水循环的角度来看，城市水循环是自然水循环系统和社会水循环系统的耦合体，城市内涝灾害的影响要素具有“自然—社会”的双重属性。一方面，城市化进程的推进和高强度开发，大量土地用地性质发生了改变，硬质铺装和建筑物等不透水面积不断增加，改变了流域下垫面条件，使得降雨入渗、截留等大幅减少；致使降雨产流时间缩短、汇流速度快、径流量和洪峰流量大幅增加。不仅加大了排水系统的压力，而且浪费了宝贵的雨水资源；同时，降雨和地表径流的冲刷，将城市不透水地面积累的大量污染物通过排水管渠或直接进入地表水环境，造成了水体的面源污染。现有的排水规划体系不能适应城市的迅速发展。另一方面，城市区域人口密集，社会分工细致，不同用地类型的区域地块受灾后的损失和对城市的影响存在较大差异，同时由于城市发展的历史原因，排水管道不同阶段建设标准不一致，导致管网系统水力学流态不合理，存在互相顶托、坡度不顺、主流向与支管衔接不合理、干管服务范围不均衡、支管不达标等问题[1]。

城市内涝形成的原因，主要为以下4点：①城镇化进程加快，径流量大幅增加；②现状雨水管网达标率低，提标改造困难；③规划体系标准不完善，城市竖向设计标高控制较宽松；④内涝防治系统缺失。灾害风险评价理论一般认为，灾害由致灾因子、孕灾环境及承灾体综合作用产生的，在城市内涝灾害方面，强降雨是其致灾因子，雨水降落到地面形成的积水是孕灾环境，孕灾环境的恶劣程度主要取决于积水的深度和积水的时间等因素。城市作为承灾体，不同用地类型的地块在积水环境表现出来的脆弱性（或不利后果）不同，例如，城市医院、主要的交通线路等设施在遭受内涝时的损失将远超过城市公园绿地等设施。由此可见，城市内涝风险评估是对多重因素进行的一项评估工作。

2 城市内涝风险评估的方法及应用

20世纪70年代，国外一些发达国家为了解决城市内涝积水问题率先提出了城市雨洪模型，并逐渐完善和检验模型的准确性，目前应用较多的模型主要有STORM（Storage Treatment and overflow Runoff Model，蓄水、处理与溢流模型）、MIKE FLOOD、Info Works模型。STORM主要适用城市单场降雨的水质、水量计算。MIKEFLOOD模型是1972年由丹麦水利研究院耦合MIKE系列一维、二维、三维模型，城市排水管网模型和流域水文模型集成开发的。它可以实时监测管网水流动态、水深和水位变化，模拟淹没时间及淹没范围，预测城市内涝发生位置，也可以模拟管网中泥沙运动情况和污水管道溢流情况。InfoWorks模型用于排水管网的设计、调整与研究。模型通过演示实测降雨过程线反映管网系统水力负荷，进行管网系统的优化设计，同时还可以模拟污染物在管网中的输移转化，预测城市污水溢流和污染状况。该模型可以模拟对比多组设计数据，精度较高。SWMM（暴雨洪水管理模型）是1971年由梅特卡夫有限公司联合美国水资源有限公司和佛罗里达大学研发的，是应用城市降雨径流水质、水量模拟最广泛的模型之一。该模型可输入单一降水事件和长期降雨时间序列，其原理分为降雨、地表产汇流及管网汇流等四个过程。模型不受节点、管段和子汇水区数目的限制，具有参数较容易获取、使用方法简单、模拟效果较好的优点[2]。

本文从城市内涝灾害的形成入手，参照已有研究，从致灾特征、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力4个方面出发，分别选取研究区域50年内，年均暴雨内涝频次、典型短历时强降雨及长历时降雨数据、城市洼地深度、植被覆盖度以及河网密度、城市现状下垫面情况、道路密度、城市管网排涝能力、区域避难场所个数、医疗救助能力、群众抗灾能力等因子，在已有洼地积涝提取模型的基础上，采用GIS空间分析技术和SWMM模型模拟，定量评估青海某市主城区暴雨内涝灾害风险，提取不同子汇水区内涝灾害风险的均值作为研究变量。

2.1 案例选取

以某市中心城区范围内的老旧城区为案例，该流域面积为3.46km2。该流域内部地形多样，北部上游为山体，地势起伏较大，中下游地势平坦。本流域所在区域正处于城市开发建设阶段，分布有大型医院、学校、交通主干路等重要基础设施，也有小型工业厂房、城中村等。地形、地貌及建设情况较为复杂，同时根据对研究片区的排水管渠等设施实测资料分析，本研究片区排水防涝设施薄弱，主要排洪渠道——东梅排洪渠宽度在4m左右，与规划要求差距较大，并存在局部段过水断面被侵占的问题，同时片区城中村区域雨水管道设施不完善，存在局部雨水沿街面漫流及积水严重的问题[3]。该片区在研究城市内涝方面具有一定的代表性。

2.2 城市内涝灾害风险评估

从城市内涝灾害的形成入手，参照已有研究，从致灾特征、孕灾环境敏感性、承灾体易损性、防灾减灾能力4个方面出发，分别选取研究区年均暴雨内涝频次、城市洼地深度、植被覆盖度以及河网密度、人口密度、地均GDP以及道路密度、城市管网排涝能力、区域避难场所个数、医疗救助能力、群众抗灾能力等因子，在已有洼地积涝提取模型的基础上，采用GIS空间分析技术和模糊综合评价方法，定量评估临安主城区暴雨内涝灾害风险，提取不同子汇水区内涝灾害风险的均值作为研究变量。

2.3 情景模拟结果

考虑到产流域过程要滞后于降雨过程，本次模拟时间设定为24h，模拟步长设定为5min，借助模型的结果分析统计工具得到研究片区在遭遇50年一遇暴雨条件下的积水深度、时间数据。基于模拟结果可知，本片区整体积水严重，主要集中在东梅排洪渠中下游地势低洼位置，该区域出现的积水其深度普遍超过0.3m，时间达到了2h以上，内涝积水严重。其原因在于片区下垫面以不透水地面比例较高，雨水缺乏有效的渗蓄空间；片区内主要的排涝渠道尚未整治，排涝能力严重不足，如遇外江潮洪顶托，内涝情况更为严重。同时北部某大型三甲医院和居住区也出现了一定的积水问题，其主要原因是该位置靠近山体，山洪截蓄设施不完善，导致山洪漫流形成的一定积水。降雨积水的危害性主要来自于积水深度和积水时间两个方面，根据模拟结果，对积水深度和时间进行高、中、低风险分类。

2.4 评估方法构建与结果分析

本次内涝风险评估涉及多个因素，在评估方法的选择上，本次研究采用层次分析法。该方法是一种多重方案或目标决策评价方法，其优势在于经过定性、定量分析结合的方式将复杂问题模型化为一个包含目标层、准则层和指标层的层次结构，并可数量化。按照层次分析法，本次内涝风险评价模型的目标层为内涝风险评价结果，准则层为积水的危险性准则（包含积水的深度和时间两个准则要素）和地块的脆弱性准则，隶属于积水的危险性准则的评价指标主要有积水的深度分类评价指标和积水的时间分类评价指标，隶属于地块的脆弱性准则为地块的脆弱性分类评价指标。确定评价模型层次结构后，需要对各项准则及各层次指标进行赋值权重。各项准则及各层次指标权重可根据专家打分进行初步赋值，并进行一致性检验，当检验特征参数CR不大于0.1时，即说明权重合理，并予以确定，否则需调整权重赋值，直至通过一致性检验。

3 城市内涝风险主流应对策略

3 ．1科学城市规划

城市内涝主要受到城市规划中用地规划和竖向规划的影响。城市用地规划会影响降雨的下垫面，从而影响地面的径流系数及地面集水时间，在暴雨强度及汇水面积相同的情况下，径流系数越大，雨水设计流量就越大。同时，地面集水时间越长，对应设计管渠的暴雨强度越小，即对降雨的汇流有削峰的作用。当地面汇水距离大于90m时，地面集水时间与地面截留系数成反比。不仅如此，城市用地规划中的蓝绿线控制也会通过对水系、湖泊的面积控制而影响城市排涝系统。城市排涝系统中的河道、调蓄区不能突破城市蓝线；具备一定调蓄功能的公共绿地、公园等也受到城市绿线的制约。因此，如果蓝绿线规划过于保守，就会造成城市排涝系统调蓄能力不足，过度依赖电排设施，应对极端降雨的抗风险能力降低。近些年来，全国各地逐渐开始重视并编制海绵城市相关的专项规划，但是在很多开发已经成熟的地区，未按照海绵城市理念建设，造成了城市排涝的先天不足[4]。

同时科学的城市竖向规划也可以有效防止城市内涝灾害发生。城市竖向规划应在合理选择该治涝区的内涝设计水位之后，从排水出口处按照水力坡度推求到雨水收集系统起端处的标高，增加一定的安全高度后作为规划地坪及道路的最低标高。而目前我国一些规划编制方常会直接将治涝区的内涝设计水位加上一定的安全高度作为地块的控制标高，对雨水管渠与水系的衔接问题考虑不足，规划深度不够，当排涝区面积较大时，会造成远离排涝区排出口的地块标高难以满足强降雨时雨水的排出要求。

3.2 做好积水点管网改造建设

做好积水点的改造建设，可以有效减少城市内涝的发生。在积水网点管网改造中，需要先对相关参数进行计算，再对照当前所使用管网系统的参数明确需要改造的部分，然后围绕积水点调查结果，结合周围建筑物、构筑物的建设情况，以及地下管线的埋设情况进行改造设计。待设计方案完成后，再按照现行的规定和标准，结合实际情况，制定合理科学的施工方案，之后以该设计方案和施工方案为依据，展开积水点管网改造建设施工。在施工中，应当注意，由于城市地下环境较为复杂，为了避免施工操作破坏周围的建筑、构筑物地基，以及管线，需运用全站仪、水准仪等专业仪器，严格遵照现行的测量规范、标准，进行测量定位，以精准地确定施工方位，保证此项管网建设工作效果。在此过程中，还要做好施工设计交底，并组织技术负责人、施工班组管理者，围绕设计图纸、施工方案进行充分交底，使其能够准确了解施工方案，减少错误、不当施工操作的出现，深入优化改造建设质量，以有效治理城市内涝问题，提升管网建设水平。此外，也要注意，由于管网改造建设属于隐蔽工程，必须在每一个施工步骤完毕后，进行检查验收，确认无问题后，才能继续开展后续施工环节，由此保证整体建设效果，深入优化内涝治理下管网建设效果。

3.3 建立健全洪涝防治机制

科学的洪涝防治与应对机制可以有效减少洪涝灾害对于经济社会造成的影响。建立机制首先需要加强宣传教育，完善监督。树立对规划管理和实施的监督机制，制止违规行为，维护规划法律地位。随着雨水管理模式的不断发展，城市雨水管理将逐渐步入了新的发展阶段，拉开了城市雨水源头削减、过程控制、末端处理的综合管理帷幕。雨水管理不再是雨水资源利用或内涝防治的某一方面，它包含水文循环、防洪减灾、生态环境、资源利用等方面，是一项复杂的工程，其建设、监督管理也涉及各个相关部门，包括水务、园林、市政、城建、道路、规划等，建立各部门、各行业共同参与城市雨水的统一管理机制，如何建立起多部门协同的洪涝防治体制机制仍然是未来城市防涝需要考虑的方向。

4 结语

综上所述，内涝风险评估及风险区的划分对城市防涝规划、建设、管理有重大影响。城市内涝风险的大小和灾害损失程度不仅取决于降雨积水因素，与受灾区域的用地也有密切关系。在多重因素内涝风险评价中，通过雨洪模型进行暴雨情景模拟，可以得到地面积水的深度、时间等关键数据；层次分析法则可实现积水深度、时间和地块脆弱性等多重因素相耦合，得到相对科学合理的综合评价结果。