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深圳坪山高精度内涝风险模拟分析

发布于：2022-11-02 11:10:02 来自：给排水工程/市政给排水 [复制转发]

引言： 近年来，城市极端暴雨事件显著增多，城市内涝事件所造成的灾害与受到的关注也明显逐年增加。河南“ 7 · 20 ”暴雨事件发生后，各城市在提升自身排水系统能力的同时，也注意到城市应系统建立具有弹性的应急和风险管控能力。

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城市区域超标降雨内涝防治的难点

在城市地区发生暴雨、超标降雨或排水管网系统意外失效的情况下，雨水将沿着道路路面流动，汇流到下游地面水系。顺畅的地表径流通道能够保障城市的行水安全，对于人口密集、建筑和道路网络极其复杂的城市地区，其地形特征给超标暴雨下的内涝防治造成了不少难点。

（1）城市内部地形竖向系统复杂，面临洪、涝交织的双重风险

结合多个城市汛期内涝点的观察与调研来看，有一些城市汛期主要因河道漫堤、顶托造成洪涝风险，特征涝区沿河道分布。除此以外，不少城市在超标暴雨下，其内涝风险不完全是由于河道水位上升所致，很多是由于周边区域竖向控制无序，超标暴雨形成的径流从地面漫流至低洼点造成的内涝问题。这类内涝积水点与城市竖向紧密相关，很难通过提升河道防洪能力降低风险。

（2）模型精度不足以准确预判风险，难以指导详细应急预案的编制

近年来，随着模型的普遍使用，不少地区已经建立了包括地表漫流的二维模型，以模拟高重现期下暴雨漫流的状况。但由于地形数据的精度不高， 1 0 ～ 3 0 m精度的地形数据很难完整地表达出道路漫流的真实情景。

而在城市内部，无论是指导竖向规划，还是指导超标暴雨的布防、预案都必须精确到具体点位，才能有效应对。 提升超标降雨下城市内涝的应对能力，对应的措施既包括应对超标暴雨的构筑物和工程，也应包括预警、撤离、阻断交通等非工程措施。上述措施都需要聚焦到关键片区和点位进行布防，并且需要提前了解地表径流的流速、深度、汇水路径等关键信息。

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基于点云数据模拟城市内涝风险的分析方法

（1）雷达点云数据获取

通过传统地面测绘、卫星遥感等方式获得的地表高程数据，在城市地表漫流过程模拟中均存在一定的缺陷，尤其是难以表达整个道路面及关键阻水结构的高程变化。通过点云测绘，能够得到每平方米 4～1 0 个点不等的雷达高程点数据。通过该方法，能够获取精度高、反映城市地表漫流系统要素的高程数据。

这些要素至少包括： ① 建筑外轮廓与高程数据； ② 地面高程数据； ③ 城市道路边界和详细高程数据； ④ 下凹桥区下层或易积水区域的高程数据； ⑤ 城市河道边界及堤顶高程等。

图 1 12.5 m合成孔径雷达数据

图 2 0 .5 m点云地形数据

（2）确定高重现期暴雨排水分区划分

对于比较平坦的城市区域，在超标暴雨下，随着一些低洼区域被逐步填满，汇水分区可能会产生比较大的变化。这类型问题在起伏较多的下穿桥区、地下隧道时有发生。通过获取精细地形数据，可以对城市详细的排水分区进行重新的梳理和模拟。

（3）确定地表径流路径及道路行泄风险

地表径流路径是排水系统的重要组成部分，包括道路、沟渠、河道等。当管网系统满负荷后，城市主要依靠地表径流路径组织排放，道路路网在其中起到最主要的作用。在城市建设过程中，应将道路作为大排水通道加以规划、设计、建设。由于城市早期建设改造难度大、新城建设中相关规范标准有待完善等客观情况，国内城市路网普遍缺乏系统性的大排水系统设计和工程实践，因此超标降雨条件下发生的道路行泄容易引发诸多道路洪水和积涝问题，危及城市交通安全。因此也需要通过地面系统的分析 ,了解超标暴雨发生时道路径流排放的流向，以及可能出现道路车辆、人员危害的风险区域。

图 3 地表径流路径分析与道路风险预测

（4）高精度内涝风险模拟

判定积水区域的深度和面积是内涝模拟最重要的成果之一。更高精度的内涝模拟结果可以辅助判断：

a.受影响区域的公共设施服务能力，例如避难场所标高、地下构筑物入口标高等；

b.确定受影响区域的主要社区；

c.预演避难与撤离线路，提前采取交通阻断、避险等措施。

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实践案例 ——深圳市坪山区田坑水流域内涝风险模拟分析结果与应用

（1）高精度地面径流流向与内涝风险分析结果

本项目基于激光雷达测量技术获取了深圳市坪山区田坑水流域内约20km ² 范围内0.25～0.5m网格的高精度地形数据，对于流域内的河流、池塘、排水渠道、街道、桥涵等地形地貌和地表排水设施进行精准的识别。

在此基础上，通过现场踏勘与 GIS系统分析，确认流域内的地面高水系统分区、主要行泄通道的路径，以及不同重现期下的内涝风险模拟结果。

图 4 基于激光雷达点云地形数据生成的径流通道与内涝风险模拟结果

（2）流域系列内涝风险评估内容

坪山区田坑水内涝风险评估的成果包括不同重现期及极端降雨条件下的： a.排水分区和径流通道；b.积水点信息和地面流速分析；c.潜在受灾区域分布。

图 5 田坑水流域局部内涝风险评估成果示意

（3）改善策略

根据田坑水的具体问题，通过： a.增加排放能力；b.增加调蓄能力；c.形成行泄通道，提升田坑水汛期应对能力。

首先，在中游河道难以拓宽的情况下，通过增加泵站，降低末端水位线，可提升系统排涝能力。田坑水下游河段防洪标准已提升至 5 0 年一遇，但流域内的同富裕工业区地势低洼，管网排水标准有限，大暴雨时仍会产生内涝，需借助泵站进行抽排。该项目涉及较少的征迁、用地问题，因此已经在 2 022 年实施。

针对田坑水流域中游面临的行泄通道不畅、河道排水能力欠佳等问题带来的洪涝风险，需要打通关键的行泄通道连接点，同时加强河道过流能力，减少河道溢流及高水位顶托对地面排水的影响。具体措施包括： a.改善局部段桥涵形式和修整边坡；b.局部改造，连接沿河道路和河道，局部改造为行泄通道；c.协调规划，增加多功能调蓄空间,减小田坑水中游压力。

图 6 打通 道路 行泄通道关键入河点位

（4）应急预警策略

结合内涝风险图显示的高重现期风险，即刻可以开展增加泵站、建设排水管网、河道边坡修整、行泄通道改造等工作，以及桥涵形式调整、多功能调蓄空间建设涉及规划、设计方案调整、征迁等多部门协调事宜。因此，需要在短期内构建有效的应急系统，最大限度地减少暴雨时的人员伤亡和财产损失，同时也应作为长期超标暴雨的应急体系。

根据高精度内涝风险图的特征，通过提升精度，可以实现如下应急管理策略：

划分确定高风险路段。 评估不同重现期降雨条件下淹水区域的最大水深和流速数据，筛选径流路径上的高风险路段，作为长期排水能力改造和汛期应急管理的重点关注区域。

图 7 面降雨地表漫流模拟

排查隐患社区和登记联系人。 识别有淹水风险的居住和商业地块，以社区为单位登记联系人，建立暴雨与洪涝风险预警预报机制，加强前期防范与管理。

图 8 隐患社区风险等级显示与联络信息查询

核对公共设施竖向。 重点评估如医院、学校、避难场所、地下构筑物等公共设施的竖向条件，识别潜在的积水风险并予以改造建议。评估重点和高风险的交通设施如地铁口、下凹桥区的竖向条件，保障交通设施安全。

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结语

应对不断增多的极端降雨，除了不断提高排水管渠系统的建设与运营水平外，也需要比较准确地识别地表漫流而形成的风险区域，并制定有效的长期或应急解决方案，建设行泄通道或验证现有的地表排水系统是否畅通。

城市区域地形数据的精度对漫流状态评估（如：流向、流速）的影响重大，通常来讲，高精度雷达点云地形数据能够获取比较均匀、准确的地形数据，相对可以完整、细致地表达地块、道路路面的竖向变化，作为城市区域的产汇流分析和水力学模拟的基础。

基于上述判断，田坑水流域通过高精度地形数据开展地形分析和模型模拟，识别地表径流路径，划分高水排水分区，模拟不同重现期暴雨条件下河道行洪能力、地表漫流积水的最大积水深度和流速，识别出关键的风险区域及风险等级，并基于内涝风险图统计关键的受灾区域，提出内涝整治和应急管理的方案建议。

同时，内涝风险图的制作是一个不断矫正和更新的长期工作，随着城市开发建设、整治工程实施、水文水力学模型的完善等，城市内涝风险图也应不定期予以更新。

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