焦点提醒：我国城市内涝风险图编制方式摸索 导 读 美国的洪水地图履历了50多年的成长，在洪水安全打算中阐扬侧重要感化。虽然美国的洪水地图首要针对河道和沿海洪水，与城市内涝风险图的偏重点分歧，但其在评估方式、模子选用和治理利用等方面，对我国城市内涝风险图的编制具有必然的鉴戒意义。总结了美国洪水地图的成长过程，并连系国表里城市内涝研究，摸索我国城市内涝风险图的编制方式，旨在为我国编制高质量的城市内涝风险图供给指点。 援用本文：赵丰昌，王晨，����APP李俊奇，等. 我国城市内涝风险图编制方式摸索［J］. 给水排水，2023，49（5）：17-24. 01 概 述 洪水类型有河道洪水（River Floods）、沿海洪水（Coastal Floods）、山洪（Flash Floods）、城市洪水（Urban Floods）等，各类洪水的构成机理和特点纷歧样。城市洪水界说为：由强降雨、飓风、河道洪水、根本举措措施掉效等缘由形成排水系统不胜负荷，进而致使在城市地面发生积水患害的现象。我国《城市内涝防治手艺规范》（GB 51222-2017）和《室外排水设想尺度》（GB 50014-2021）均给出了城市内涝的界说，与城市洪水的内在分歧。 美国的国度洪水安全打算(NFIP)是由1968年的国度洪水安全法(NFIA)建立，由联邦应急治理局（FEMA）担任治理实行。NFIP包括洪水安全、洪泛区治理和洪水安全税率地图（Flood Insurance Rate Map, FIRM）三个部门。FIRM是美国洪水安全打算构成的主要支持。在NFIP框架下，FIRM绘制的重点是河道洪水和沿海洪水，而对城市内涝的正视水平较着较低。 城市内涝问题已成为限制我国城市成长的瓶颈。2021年7月20日河南罕有暴雨中，仅郑州灭亡掉踪人数就到达380人，间接经济丧失409亿。2021年04月发布的《国务院办公厅关在增强城市内涝管理的实行定见》（国办发〔2021〕11号），要求城市编制内涝风险图，摸索规定洪涝风险节制线和灾难风险区；到2035年，各城市整体消弭防治本准内降雨前提下的城市内涝现象。截至今朝，我国内涝风险图的编制程度仍有待增强。 02 美国洪水地图成长 NFIP在成长中不竭完美（见图1），构成了较为完美的系统，今朝利用的洪水地图首要有洪水安全税率地图和洪水风险地图（Flood Risk Map）。 图1 国度洪水安全打算成长过程 2.1 洪水安全税率地图（FIRM） FEMA是绘制FIRM的首要机构，面向公家公然FIRM，供NFIP介入者利用。FIRM为洪泛区治理、洪水安全评级和肯定洪水安全费率供给根据和参考。美国自20世纪80年月最先建造利用纸质版的洪水地图，那时被称为洪水患害鸿沟地图（Flood Hazard Boundary Map, FHBM）。自2004年以来，FEMA启动了FIRM电子化，以应对按期更新和修订的需求。FEMA建立了地图办事中间，供查看、打印或采办存眷区域的FIRM。年夜部门FIRM编制利用了美国陆兵工程兵团水文项目中间的HEC-HMS（水文模子）和HEC-RAS（水力模子），HEC-HMS用在摹拟流域系统的降水-径流进程，HEC-RAS用在计较河流的过水剖面消息。 FIRM首要显示100年重现期洪水沉没规模（Special Flood Hazard Area, SFHA）和基准洪水高程(Base Flood Elevation, BFE)。公家可经由过程地址查询获得每一个定位点的洪水风险品级，并以此为按照选择响应的洪水安全产物（见图2）。FIRM上的SFHA称为高风险区，该区域每一年有1%或更高的几率遭到洪水影响，以字母“A”或“V”开首。中低风险区，即非非凡洪水患害区(NSFHA)，以字母“X”、“B”或“C”开首。还一些洪水危险未肯定的区域，标识表记标帜为D区。 图2 美国某区域的洪水安全税率地图（来历：FEMA官网） 2.2 洪水风险地图（FRM） 2009年FEMA最先进行风险测绘、评估和计划(Risk MAP)，以提高社区洪水风险辨认。Risk MAP由FEMA和处所结合实行，供给高质量的数据，并可下降生命和财富风险，同时弥补、完美FIRM的相干数据消息。RISK MAP项目功效包罗：洪水风险图(FRM，见图3)、洪水风险陈述(FRR)、洪水风险数据库(FRD)。比拟在FIRM，FRM增添了洪水毁伤评估，其利用不受法定合法法式要求的束缚，可是利用遭到FEMA审查。FRM表达区域内的洪水风险，包括FIRM利用以来的风险转变、洪水深度和阐发网格、洪水风险品级划分、洪水风险评估数据等消息。FRD采取地舆消息系统(GIS)格局，存储洪水风险阐发进程中的洪水风险数据，这些数据具有杰出的可视化。 图3 美国某区域洪水风险图（来历：FEMA官网） 2.3 洪水地图的启迪 美国的洪水地图和我国城市内涝风险图固然偏重点分歧，但都是为评估洪涝风险而制订的东西，它们之间具有联系。虽然美国洪水地图具有一些不足，如洪水风险表达弱、地图笼盖度低、洪水类型不全、地图更新不实时等，但这些不足已被熟悉并正积极批改。洪水地图颠末50多年的成长，在评估方式、模子选用、风险评估、尺度成立和功效治理等方面堆集了贵重的经验，这些经验能够为我国城市内涝风险图的编制供给必然的鉴戒。 03 我国内涝风险地图编制方式摸索 今朝我国对内涝风险的评估首要参考《室外排水设想尺度》(GB 50014)划定的地面积水设想尺度，采取积水深度、积水时候、沉没规模等目标进行评估。例如，北京在2022年7月发布了内涝风险散布图，按照分歧积水深度将区域划分为四级风险，别离以蓝、黄、橙、红四色暗示。但是，今朝我国还没有成立操纵内涝风险评估系统指点风险图编制的系统。现有编制的内涝风险图仍具有以下问题：①内涝风险评估对象不明白，今朝首要评估交通平安和建筑物底层进水风险，但内涝酿成的丧失首要集中在人、车辆和建筑物等方面；②内涝致灾因子拔取不周全：仅斟酌积水深度、积水时候、沉没规模，而疏忽流速（或流速×水深）的影响；③根本数据不精准：利用的地形数据不敷邃密，没法表征现实的地表组成；④风险品级划分不明白：致灾因子与受灾对象之间的懦弱性关系缺少当地化研究；⑤摹拟进程不合适现实：现有的排水模子摹拟进程与实在的水文水力进程差别较年夜。 3.1 内涝风险的界说 按照洪水风险界说，内涝风险指：内涝事务产生的几率和对应的受灾对象（包罗人和财富等）潜伏晦气后果的组合。风险评估是内涝风险图编制的条件，应包罗致灾因子、表露度和懦弱性等要害要素，并需重点存眷受灾对象的表露度和懦弱性之间的关系（见图4）。值得留意的是，若受灾对象不在致灾因子的影响规模内，即便其懦弱性很高，其风险也可能很低。内涝风险（R）可按式（1）和式（2）计较： 式中 C——潜伏的晦气后果，与受灾对象表露度和懦弱性相关，可用财富和人表征量化丧失（如水深—建筑物丧失曲线等）； P——风险进程产生的几率； E——表露度； V——懦弱性。 图4 内涝风险各要素关系 3.2 编制内涝风险图意义 编制内涝风险图具有多重意义和感化：①提高城市居平易近对内涝风险认知，有助在制订恰当的防止办法，在必然水平上下降内涝风险对城市的影响；②帮忙治理者在极端降雨到临前做出有用的决议计划，以庇护生命财富平安；③指点内涝风险治理、地盘操纵计划和应急治理等部分制订针对性有用的相干政策，从而更好地应对内涝风险的挑战。 3.3 城市内涝评估方式 内涝风险图编制历程也是风险评估的进程。因为风险评估目标、数据可得性等方面差别，衍生了分歧的评估方式，包罗汗青灾情数理统计法、目标系统法和情形摹拟法，前两种方式在内涝风险评估中具有较着的局限性。而情形摹拟法例基在成熟的水文水力学模子建立，摹拟分歧降雨情形下的地表径流进程，获得水深、流速等致灾因子，然后根据摹拟成果和风险分级尺度划份内涝风险区域。跟着计较机手艺的不竭成长，情形摹拟法已成为研究城市内涝风险评估的首要方式。 3.4 情形摹拟的1维（1D）-2维（2D）耦合方式 与河道洪水摹拟分歧，城市内涝摹拟要斟酌地下排水管网的排水能力。排水管网是城市排水系统中的主要构成部门，它作为雨水径流的运输和贮存单位，在降雨时代从头分派地表径流，对内涝风险评估成果的影响很是年夜。疏忽管网会致使对地表水深、流速、沉没规模和延续时候等身分的毛病摹拟。为正确反应城市区域的水文水力特征，城市内涝模子需斟酌排水管网举措措施对径流路径和水流特征的影响，特别是排水管网进水节点与地表间的流量耦合关系。今朝，在城市排水系统建模中普遍利用了基在分歧理论的一二维耦合方式。 3.4.1 地表间接降雨法 此方式将降雨间接利用在摹拟区域内的每一个网格单位来摹拟降雨-径流进程（见图5a）。在此方式中，管网流量会被转换为有用降水或径流的丧失量，以替换1D摹拟进程。有两种方式替换1D摹拟进程：一种是在输入降雨前提时扣除管网排水流量，另外一种是将管网排水流量附加至泥土入渗项中。国内今朝正在测验考试利用HEC-RAS软件进行城市区域的邃密化地表二维建模，并初步获得了较好的成果。 图5 分歧耦合方式 3.4.2 1D向2D耦正当 此方式假定所有规定的集水区发生的径流（经由过程水文计较）起首进入管网，跨越其排水能力的流量经由过程模子接口（查抄井或雨水口）溢出，在地表排放（水动力径流计较）并可经由过程模子接口回流到收集（见图5b）。在此方式中，1D管道的溢出水量作为2D地表漫流的输入鸿沟前提，来摹拟地表上的径流进程。我国今朝经常使用此方式进行内涝研究，比力有代表性的软件有Infoworks ICM等。此方式摹拟成果一般显现交叉的“带状”形态（见图6），这是由于地表积水首要来自市政道路上管网的溢流，而实在环境应当是所有排水不顺畅区域都可能积水。 图6 Infoworks ICM摹拟成果（“带状”形态） 3.4.3 2D向1D耦正当 此方式采取间接降雨的体例摹拟地表径流，经由过程模子接口将地表径流导入地下排水管网，即所有排水管网的进水均来历在地表漫流模子的输出。在水力过载的环境下，地下管网再次将溢流的水流导回地表（见图5c）。TUFLOW是一款能够耦合1D和2D水文模子的软件，它的流量互换方式是动态的，取决在1D/2D毗连位置的流量前提和地形坡度。今朝该方式在国外获得普遍利用（见图7），也是我国城市内涝摹拟的重点研究标的目的。 图7 TUFLOW摹拟成果形态 3.4.4 周全耦合 此方式将排水管网和地表模子连系利用，配合计较摹拟区径流量（见图5d）。与管网进水口间接相连的集水区（屋顶、道路等）的径流进入管网，而其它区域的径流则经由过程地表排水处置，两种径流可经由过程模子接口进行双向互换。虽然该方式最接近现实环境，但在现实利用中仍处在低级阶段，是内涝风险摹拟亟待冲破的标的目的。 分析比力成果注解，分歧的耦合方式对内涝情形摹拟的成果具有严重影响（见表1）。是以，在进行内涝风险摹拟时，应分析斟酌城市的现实环境和需求，并连系现有的数据根本，选择适合的耦合方式。 表1 各类耦合方式对照 3.5 数字高程模子精度选择 地形数据分辩率被普遍认为是影响水动力摹拟成果靠得住性的最主要身分。数字高程模子（DEM）是数字地形模子（DTM）和数字概况模子（DSM）统称，是生成内涝风险图的根本数据，其分辩率对全部摹拟成果的正确性相当主要（见图8）。 图8 1 m网格（左）和10 m（右）网格的摹拟成果对照 但是，美国地质查询拜访局(USGS)国度海拔数据集作为FEMA建造洪水图的首要数据来历，其数据精度唯一20~30m空间分辩率，这已没法知足FEMA的现代化洪水地图需求（需要2~3m精度）。城市区域的下垫面比天然流域加倍复杂。为了更好的摹拟地表径流进程，城市区域内涝风险摹拟所利用的高程数据精度比流域洪水风险摹拟的更高。在获得地形数据后，需要对城市区域的涵洞、地下通道、道路路缘石、水沟等水力修建物高程进行处置和校订（见图9），这是全部城市内涝风险建模的主要内容。分歧分辩率的地形数据描绘的建筑物轮廓与现实建筑物轮廓对照的成果（见图10）注解：分辩率值年夜在1m的地形数据没法正确描绘出建筑物的现实轮廓。 图9 DEM地形校订 图10 分歧分辩率的地形数据与建筑物轮廓的契合度 一般认为精度高在1m地形数据才能较好描绘出排水路径和水力举措措施简直切位置和外形。建议在城市内涝风险图建造时，利用精度高在1m的DEM。跟着计较机科学的成长，高精度的城市地形数据已加倍轻易获得，邃密的水力动力摹拟也愈来愈经济。 3.6 降雨重现期的拔取 在FEMA洪水地图和一些学者的研究中，首要斟酌100年一遇的洪水频次。今朝国内城市内涝风险研究也最先存眷100年降雨重现期，可是单一重现期的选择削弱了风险地图的利用性。降雨重现期与内涝产生的几率相关，但重现期选择的尺度依然是随便的。重现期的选择招考虑水文水力进程和社会对该进程的响应。我国《室外排水设想尺度》按照城市类型和生齿范围规定了分歧的内涝防治设想重现期（20~100年一遇），是以国内的很多内涝风险图仅斟酌内涝防治设想重现期的风险情形。建议在设想降雨情形时，连系各城市成长近况，分析斟酌内涝防治设想重现期（20~100年）、小几率降雨（100年和200年）和极端降雨（500年和以上）多个情形，以更周全地评估城市内涝风险。 3.7 致灾因子的拔取 在国内，内涝风险评估年夜多以水深和积水时候作为划份内涝风险区的尺度，这是因为缺少致灾因子与受灾对象之间的懦弱性机理研究，致使没法公道评估内涝风险。内涝风险水平的影响身分首要包罗流速、深度、流速和水深的组合。在产生内涝时，不但水深会对受灾对象形成粉碎，水流的冲击力也会致使人、车辆、建筑物等对象产生不不变现象。研究注解，斟酌水深和流速的致灾因子的内涝风险评估是十分需要的。建议连系城市成长近况，随机应变展开致灾因子与受灾对象之间的懦弱性研究，并在内涝风险图编制进程中进行分析斟酌。 3.8 受灾对象懦弱性阐发 懦弱性阐发目标是获得致灾因子与受灾对象的毁伤水平的关系曲线。凡是，这类曲线（函数）经由过程实验研究和汗青经验数据取得，进而可在此根本上成立丧失估量模子，如美国的HAZUS模子，德国的FLEMO模子，瑞士的CLIMADA模子等。 受内涝风险影响的对象包括行人、汽车、黉舍、地铁站、地下通道、地下商场、地下泊车场等。但是，在进行内涝风险研究时我们不成能评估所有受灾对象的懦弱性关系，现阶段应拔取首要的受灾对象进行研究，其他对象可予以斟酌。很多学者对受灾对象的懦弱性进行了研究，包罗利用积水深度×速度组合对行人和汽车不变性关系进行研究，和水深与建筑物的受损关系进行研究。 3.8.1 内涝对行人和汽车不不变研究 行人掉稳的两种公认的水动力机制是倾覆掉稳（由力矩感化引发）和滑动掉稳（由磨擦感化引发）。滑动掉稳多产生在高速浅水区，而倾覆掉稳多产生在深水区。倾覆掉稳产生在迎面流发生的力矩跨越人体分量的力矩时，并与人体遭到的浮力、位置和分量散布相关系。当程度力年夜在人的脚与地面之间的磨擦阻力时，产生滑动掉稳，这个不变性参数与分量、浮力、地面前提相关系。 车辆掉稳的首要水动力机制包罗浮动和滑动。当向上的浮力跨越位在水中车辆的分量时，产生漂浮，这类车辆掉稳现象常产生在低流速、高水深的情形。当汽车遭到的程度力年夜在程度磨擦力时，就会产生滑动（平移或侧翻），磨擦力与汽车质量、浮力和轮胎与路面之间的磨擦系数相关。 3.8.2 内涝对建筑物毁伤曲线的研究 SMITH绘制了建筑物基在水深×流速组合的关系曲线，但是在城市内涝中，建筑物布局破坏和内部丧失首要与水深相干。是以，在城市内涝风险研究时，可疏忽流速影响，利用水深-毁伤曲线来评估建筑物损的丧失。今朝，有两种首要的毁伤关系表达体例可供选择：一种是相对函数，暗示丧失的范围占建筑物总价值的百分比；另外一种是绝对函数，暗示丧失的绝对价值。 建议在进行内涝风险研究时，应连系国表里相干研究，深切研究致灾因子与各受灾对象之间的懦弱性关系，成立合适现实的建筑物丧失评估模子，并加速对行人和车辆（包罗电动汽车）在内涝风险中的力学不变性研究。 3.9 内涝风险品级划分 凡是，内涝风险会按照风险品级进行划分，并用分歧色彩编码的区域来暗示。基在SMITH等的研究功效，可操纵D×V组合来肯定内涝对行人和车辆的影响水平，进而肯定内涝风险的品级，可将其划分为低、中、较高、高四个品级（见表2）。借助ArcMap东西来可视化每一个风险品级（见图11）在给定降雨情形下的风险区域，为决议计划者供给可视化成果。 图11 D×V与受灾对象懦弱性关系（按照 Smith 研究功效重绘） 表2 基在D×V的风险品级划分 3.10 城市内涝风险图编制流程 FEMA进行的洪水风险评估进程首要包括数据搜集、水文水力摹拟、丧失估量、风险图绘制、风险数据库成立等要害环节。借助开辟的HAZUS模子软件，FEMA可以或许对典型建筑进行丧失评估，操纵HAZUS内置的“水深-毁伤关系”模块，计较在洪水深度下建筑物布局和内部财富丧失。评估成果保留在风险数据集中，可操纵GIS东西进行查看和利用。 为制订有用的城市内涝风险图，各城市可参考FEMA的做法，制订完美的编制流程（见图12）。在编制进程中，该当充实斟酌排水管网的感化，并选择合适要求的一二维耦合的城市排水模子。另外，选用高精度的地形数据，阐发致灾因子与受灾对象之前的懦弱性关系。最初，利用科学的方式进行风险品级划分，以构成有用的城市内涝风险图编制功效。 图12 城市内涝风险图编制流程 04 结论与建议 城市内涝管理是我国持久面对的一项主要使命。在编制内涝风险图时，需要处理以下要害问题： ①应晋升高精度数字高程数据的有用利用，以知足城市地表径流摹拟的要求。高精度地形数据已能够便利地获得，但在利用前需要做好数据校订，充实融会地表水力举措措施和建筑物等数据； ②加年夜内涝摹拟软件开辟和审核力度。城市治理机构应审查、测试和接管可以使用的模子软件，并公然发布其合用场景和前提； ③需要增强排水管网和地表之间的流量耦合机理研究，并强化耦合方式的当地合用性； ④应增强致灾因子与受灾对象的懦弱性机理研究。连系城市成长，按照受灾对象的懦弱性研究成果，拔取适合的致灾因子与受灾对象懦弱性关系曲线（函数），并鉴戒或开辟风险评估模子，对受灾对象进行快速正确的评估； ⑤应规范内涝风险图的编制，构成齐备的编制功效，包罗内涝风险陈述、内涝风险图和内涝风险数据库； ⑥有前提的处所应研究天气转变对风险的影响，采取聪明化手段提高城市内涝风险猜测的程度。 微信对原文有点窜。原文题目：我国城市内涝风险图编制方式摸索；作者：赵丰昌、王晨、李俊奇、王耀堂；作者单元：中规院（北京）计划设想无限公司、北京建筑年夜学水情况国度级尝试讲授示范中间。登载在《给水排水》2023年第5期。 . 水务头条是为便利水务同业实时获得水务和环保范畴消息和资讯的免费公益消息分发平台，所分发的内容版权完全归属在来历出处，不代表我们的立场和不雅点，如所分发的内容加害了您的权益，请联系fzr@shuiwujia.com，我们会实时处置。
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1人认为都雅期刊云水谈第6期早报国外经验三星摘要:美国的洪水地图履历了50多年的成长，在洪水安全打算中阐扬侧重要感化。
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