研究地勢平坦區域，洪澇災害風險
發(fā)布時間(jiān)：2016/10/19
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一、研究區域基本情況
1.1區域自然條件
研究區域地勢平坦，由於(yú)地形平坦且坡降小，受潮汐影響，地區的雨水需通過泵站提升排入河道，最終彙入黃浦江，乘落潮排出。地區全年總降雨量的60%集中在5～9月。每年平均有兩個熱帶(dài)氣旋影響上海，受其影響，常伴有暴雨或大暴雨，易引起洪澇災害。
1.2排水防澇情況
上海爲典型的平原感潮河網地區，但河道疏密不均。楊樹浦港-虬江水系，由楊樹浦港、虬江和東(dōng)走馬(mǎ)塘3條河道組成。
除上述外圍泵閘，區域内還有油氣站、界泓浜、虬江等用於(yú)調(diào)水的節制閘。因曆史原因，虬江有約2.64 km爲地下箱涵。
區域水利規劃防澇标準爲20年一遇（1963年9月暴雨雨型及相應同步實測(cè)潮型）。目前，區域水系和泵閘建設基本達(dá)到規劃要求，但堤防存在薄弱段。
二、數(shù)學(xué)模型建立與率定驗證
本研究採(cǎi)用InfoWorks ICM v5.0進行建模和内澇風險分析，在同一平台實現排水管網和河網的建模和聯動(dòng)模拟。
2.1模型建立
管網模型建立過程涉及管網屬性（尺寸、高程）的輸入、彙水區的劃分、數字地面高程的建立、地面二維網格化、泵閘等控制性構築物的概化仿真、旱流與降雨等邊界條件的確(què)定等。建模時，整合瞭(le)研究區域内的地理數據、城市規劃數據、排水管網數據和現場調研數據等詳細信息作爲管網模型基礎。SCADA運行記錄、泵站手工運行記錄、曆史積水記錄表等資料整理作爲計算條件。
最終建立的排水管網河網一體化模型服務面積(jī)約43 km²，計算管段1萬餘根，管徑150～3 000，排水系統22個(gè)，排水泵站23座，水泵合計130台，概化河段31條，河道泵閘2座，節制閘3座，二維計算網格36萬個(gè)。
2.2模型率定驗證
雨水排水管網模型的關鍵參(cān)數主要是降雨産彙流模型的相關參(cān)數，本研究産流模型對不透水表面選用固定徑流系數法，透水性表面選用Green-Ampt滲透公式，彙流模型採(cǎi)用SWMM非線形水庫法；河網模型的主要水動力參(cān)數是糙率系數。
三、區域内澇風險評估
二級排水格局下，區域内澇的發(fā)生不僅受到管網和排水泵站能力的制約，還受到河道調(diào)蓄規模、外排能力和潮位等條件的制約。
爲全面評估研究區域内澇風險，分别採(cǎi)用短曆時設計暴雨、曆史暴雨及其潮位組合進行模拟計算。模拟均採(cǎi)用率定好的排水管網河網動(dòng)态耦合模型，含現狀管網、市政排水泵站、水系和河道泵閘。
3.1短曆(lì)時設計(jì)暴雨及典型潮位組合
設計暴雨主要涉及雨強、曆時和雨峰。採(cǎi)用《室外排水設計規範》推薦的芝加哥雨型，上海地區採(cǎi)用雨峰r=0.4，曆時2h，1年一遇對(duì)應最大小時雨強36 mm，5年一遇和100年一遇分别對(duì)應最大小時雨強58 mm和98 mm。
管網河網中泵閘的控制方式爲：市政排水泵站根據現狀控制水位階梯啓閉；河道泵閘控制方式爲自排加抽排，當内河水位高於(yú)外河潮位時開閘自排，否則關閘擋潮並(bìng)開啓河道排澇泵站抽排。
該工況反映瞭(le)在河道常水位時，區域遭遇局部短時強降雨，無法在短時間預降河道水位前提下的内澇風(fēng)險。
模拟結果表明：随著(zhe)暴雨重現期增大，積(jī)水程度明顯上升。
内河最高水位受外河高潮位的影響較大，計算工況爲雨峰和高潮峰同時出現的最不利情況，根據模拟，若同樣的設計暴雨出現在落潮期，則内河平均最高水位下降到3.52～3.85 m，地面積(jī)水情況也有小幅下降（1%～5%）。總體而言，短時強降雨對(duì)河網防澇的壓力不大。
3.2曆(lì)史實測(cè)同步暴雨潮位組合
收集整理瞭(le)曆史上發生典型災害的暴雨記錄進行模拟，包括長曆時台風暴雨（“麥莎”、“海葵”）和短曆時強暴雨（“803”、“913”）及其同步實測(cè)潮位。
模拟採(cǎi)取的邊(biān)界條件爲同步實測外河潮位，泵閘的控制方式同上。内河初始水位爲實際預降水位2m。
結果顯示，“麥莎”台風暴雨引起的積水風險最高，由於(yú)“麥莎”台風曆時長(zhǎng)，對區域的積水風險威脅要大於(yú)5年一遇短曆時強降雨。“913”暴雨積水總量、積水面積和積水路段高於(yú)海葵台風，但由於(yú)“海葵”台風曆時長(zhǎng)，其平均積水深度和積水時間較“913”暴雨更高。“803”暴雨雨強接近2年一遇，積水風險相對最低。
。說明類似“913”的短曆時暴雨對(duì)河網的影響很小，而類似“麥莎”的台風(fēng)暴雨總降雨量大，且高潮位同雨峰接近，内河水位最高，河道堤防薄弱段具有漫溢風(fēng)險。
3.3瓶頸分析
從管網來看，在遭遇1年一遇短曆時暴雨時，部分地區已出現積水，主要出現在管道未達标地區。在長曆時暴雨中，由於(yú)土壤滲透能力飽(bǎo)和，管網本身調蓄能力減小，即使按照正常情況開啓市政雨水泵站排江，仍出現嚴重積水，區域本身排水能力偏弱。
從(cóng)河網來看，在常水位下遭遇短曆時集中降雨時基本不發(fā)生漫溢；在已預降水位時，遭遇“麥莎”、“海葵”雨型及潮型，面臨地面積水和河道水位過高、堤防薄弱段漫溢引起的更高風險。
3.4市政泵站應急停機(jī)的内澇風(fēng)險評估
爲確保防汛牆不潰決、不漫溢，市防汛部門制定瞭(le)楊樹浦港沿線泵站應急調度預案。對“麥莎”暴雨市政泵站應急停機時積水風險進行瞭(le)模拟。結果表明，在市政泵站應急停機的控制模式下，積水面積和路段有小幅增長，約5%；由於(yú)市政泵站應急停機，内河平均水位保持在4 m以下，較不停機時下降5%。預案有效降低瞭(le)河道水位，避免河道漫溢，降低瞭(le)區域整體的内澇風險。
3.5影響研究區域内澇(lào)風(fēng)險的因素分析
影響研究區域内澇風險的主要外在因素包括降雨、潮位、市政泵站和河道泵閘運行調度、管網初始預抽空狀态及河道水位預降等。對“麥莎”暴雨採用不同的運行調度模式進行瞭模拟分析，結果表明，在“麥莎”暴雨時，河道排放能力限制對積水面積的貢獻占比約50%，管網初始預抽空狀态對積水面積的貢獻占比約5.7%，河道水位預降對積水面積的貢獻占比約11.5%，其他貢獻來自於降雨及管網特性。對於短曆時強降雨，對積水的貢獻則主要來自於降雨及管網特性（包括預抽空狀态）。
本文來源：折帶過濾機http://www.maql.cn/
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