我國(guó)城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖編制方法探索

洪水類型有河流洪水（River Floods）、沿海洪水（Coastal Floods）、山洪（Flash Floods）、城市洪水（Urban Floods）等，各類洪水的形成機(jī)理和特點(diǎn)不一樣。城市洪水定義為：由強(qiáng)降雨、颶風(fēng)、河流洪水、基礎(chǔ)設(shè)施失效等原因造成排水系統(tǒng)不堪負(fù)荷，進(jìn)而導(dǎo)致在城市地面產(chǎn)生積水災(zāi)害的現(xiàn)象。我國(guó)《城市內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》（GB 51222-2017）和《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014-2021）均給出了城市內(nèi)澇的定義，與城市洪水的內(nèi)涵一致。

美國(guó)的國(guó)家洪水保險(xiǎn)計(jì)劃(NFIP)是由1968年的國(guó)家洪水保險(xiǎn)法(NFIA)創(chuàng)建，由聯(lián)邦應(yīng)急管理局（FEMA）負(fù)責(zé)管理實(shí)施。NFIP包含洪水保險(xiǎn)、洪泛區(qū)管理和洪水保險(xiǎn)稅率地圖（Flood Insurance Rate Map, FIRM）三個(gè)部分。FIRM是美國(guó)洪水保險(xiǎn)計(jì)劃組成的重要支撐。在NFIP框架下，F(xiàn)IRM繪制的重點(diǎn)是河流洪水和沿海洪水，而對(duì)城市內(nèi)澇的重視程度明顯較低。

城市內(nèi)澇問題已成為制約我國(guó)城市發(fā)展的瓶頸。2021年7月20日河南罕見暴雨中，僅鄭州死亡失蹤人數(shù)就達(dá)到380人，直接經(jīng)濟(jì)損失409億。2021年04月發(fā)布的《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)城市內(nèi)澇治理的實(shí)施意見》（國(guó)辦發(fā)〔2021〕11號(hào)），要求城市編制內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖，探索劃定洪澇風(fēng)險(xiǎn)控制線和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；到2035年，各城市總體消除防治標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)降雨條件下的城市內(nèi)澇現(xiàn)象。截至目前，我國(guó)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖的編制水平仍有待加強(qiáng)。

NFIP在發(fā)展中不斷完善（見圖1），形成了較為完善的體系，目前應(yīng)用的洪水地圖主要有洪水保險(xiǎn)稅率地圖和洪水風(fēng)險(xiǎn)地圖（Flood Risk Map）。

圖1 國(guó)家洪水保險(xiǎn)計(jì)劃發(fā)展歷程

2.1 洪水保險(xiǎn)稅率地圖（FIRM）

FEMA是繪制FIRM的主要機(jī)構(gòu)，面向公眾公開FIRM，供NFIP參與者使用。FIRM為洪泛區(qū)管理、洪水保險(xiǎn)評(píng)級(jí)和確定洪水保險(xiǎn)費(fèi)率提供依據(jù)和參考。美國(guó)自20世紀(jì)80年代開始制作使用紙質(zhì)版的洪水地圖，當(dāng)時(shí)被稱為洪水災(zāi)害邊界地圖（Flood Hazard Boundary Map, FHBM）。自2004年以來，F(xiàn)EMA啟動(dòng)了FIRM電子化，以應(yīng)對(duì)定期更新和修訂的需求。FEMA創(chuàng)建了地圖服務(wù)中心，供查看、打印或購(gòu)買關(guān)注區(qū)域的FIRM。大部分FIRM編制應(yīng)用了美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)水文工程中心的HEC-HMS（水文模型）和HEC-RAS（水力模型），HEC-HMS用于模擬流域系統(tǒng)的降水-徑流過程，HEC-RAS用于計(jì)算河道的過水剖面信息。

FIRM主要顯示100年重現(xiàn)期洪水淹沒范圍（Special Flood Hazard Area, SFHA）和基準(zhǔn)洪水高程(Base Flood Elevation, BFE)。公眾可通過地址查詢獲取每個(gè)定位點(diǎn)的洪水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并以此為根據(jù)選擇相應(yīng)的洪水保險(xiǎn)產(chǎn)品（見圖2）。FIRM上的SFHA稱為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，該區(qū)域每年有1%或更高的概率受到洪水影響，以字母“A”或“V”開頭。中低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，即非特殊洪水災(zāi)害區(qū)(NSFHA)，以字母“X”、“B”或“C”開頭。還有一些洪水危險(xiǎn)未確定的區(qū)域，標(biāo)記為D區(qū)。

圖2 美國(guó)某區(qū)域的洪水保險(xiǎn)稅率地圖（來源：FEMA官網(wǎng)）

2.2 洪水風(fēng)險(xiǎn)地圖（FRM）

2009年FEMA開始進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)測(cè)繪、評(píng)估和規(guī)劃(Risk MAP)，以提高社區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。Risk MAP由FEMA和地方聯(lián)合實(shí)施，提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，并可降低生命和財(cái)產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)補(bǔ)充、完善FIRM的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。RISK MAP項(xiàng)目成果包括：洪水風(fēng)險(xiǎn)圖(FRM，見圖3)、洪水風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告(FRR)、洪水風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)(FRD)。相比于FIRM，F(xiàn)RM增加了洪水損傷評(píng)估，其應(yīng)用不受法定正當(dāng)程序要求的約束，但是使用受到FEMA審查。FRM表達(dá)區(qū)域內(nèi)的洪水風(fēng)險(xiǎn)，包含F(xiàn)IRM使用以來的風(fēng)險(xiǎn)變化、洪水深度和分析網(wǎng)格、洪水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分、洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)等信息。FRD采用地理信息系統(tǒng)(GIS)格式，存儲(chǔ)洪水風(fēng)險(xiǎn)分析過程中的洪水風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具備良好的可視化。

圖3 美國(guó)某區(qū)域洪水風(fēng)險(xiǎn)圖（來源：FEMA官網(wǎng)）

2.3 洪水地圖的啟示

美國(guó)的洪水地圖和我國(guó)城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖雖然側(cè)重點(diǎn)不同，但都是為評(píng)估洪澇風(fēng)險(xiǎn)而制定的工具，它們之間存在聯(lián)系。盡管美國(guó)洪水地圖存在一些不足，如洪水風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)弱、地圖覆蓋度低、洪水類型不全、地圖更新不及時(shí)等，但這些不足已被認(rèn)識(shí)并正積極修正。洪水地圖經(jīng)過50多年的發(fā)展，在評(píng)估方法、模型選用、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、標(biāo)準(zhǔn)建立和成果管理等方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)可以為我國(guó)城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖的編制提供一定的借鑒。

目前我國(guó)對(duì)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估主要參考《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50014)規(guī)定的地面積水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用積水深度、積水時(shí)間、淹沒范圍等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。例如，北京在2022年7月發(fā)布了內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分布圖，根據(jù)不同積水深度將區(qū)域劃分為四級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，分別以藍(lán)、黃、橙、紅四色表示。然而，目前我國(guó)尚未建立利用內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)圖編制的體系。現(xiàn)有編制的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖仍存在以下問題：①內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)象不明確，目前主要評(píng)估交通安全和建筑物底層進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)，但內(nèi)澇造成的損失主要集中在人、車輛和建筑物等方面；②內(nèi)澇致災(zāi)因子選取不全面：僅考慮積水深度、積水時(shí)間、淹沒范圍，而忽略流速（或流速×水深）的影響；③基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)：使用的地形數(shù)據(jù)不夠精細(xì)，無法表征實(shí)際的地表構(gòu)成；④風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分不明確：致災(zāi)因子與受災(zāi)對(duì)象之間的脆弱性關(guān)系缺乏本地化研究；⑤模擬過程不符合實(shí)際：現(xiàn)有的排水模型模擬過程與真實(shí)的水文水力過程差異較大。

3.1 內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的定義

根據(jù)洪水風(fēng)險(xiǎn)定義，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)指：內(nèi)澇事件發(fā)生的概率和對(duì)應(yīng)的受災(zāi)對(duì)象（包括人和財(cái)產(chǎn)等）潛在不利后果的組合。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖編制的前提，應(yīng)包括致災(zāi)因子、暴露度和脆弱性等關(guān)鍵要素，并需重點(diǎn)關(guān)注受災(zāi)對(duì)象的暴露度和脆弱性之間的關(guān)系（見圖4）。值得注意的是，若受災(zāi)對(duì)象不在致災(zāi)因子的影響范圍內(nèi)，即使其脆弱性很高，其風(fēng)險(xiǎn)也可能很低。內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)（R）可按式（1）和式（2）計(jì)算：

式中 C——潛在的不利后果，與受災(zāi)對(duì)象暴露度和脆弱性有關(guān)，可用財(cái)產(chǎn)和人表征量化損失（如水深—建筑物損失曲線等）；

P——危害過程發(fā)生的概率；

E——暴露度；

V——脆弱性。

圖4 內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)各要素關(guān)系

3.2 編制內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖意義

編制內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖具有多重意義和作用：①提高城市居民對(duì)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知，有助于制定適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，在一定程度上降低內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)對(duì)城市的影響；②幫助管理者在極端降雨來臨前做出有效的決策，以保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全；③指導(dǎo)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)管理、土地利用規(guī)劃和應(yīng)急管理等部門制定針對(duì)性有效的相關(guān)政策，從而更好地應(yīng)對(duì)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的挑戰(zhàn)。

3.3 城市內(nèi)澇評(píng)估方法

內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖編制進(jìn)程也是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的過程。由于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估目的、數(shù)據(jù)可得性等方面差異，衍生了不同的評(píng)估方法，包括歷史災(zāi)情數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、指標(biāo)體系法和情景模擬法，前兩種方法在內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中具有明顯的局限性。而情景模擬法則基于成熟的水文水力學(xué)模型構(gòu)建，模擬不同降雨情景下的地表徑流過程，得到水深、流速等致災(zāi)因子，然后依據(jù)模擬結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，情景模擬法已成為研究城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要方法。

3.4 情景模擬的1維（1D）-2維（2D）耦合方法

與河流洪水模擬不同，城市內(nèi)澇模擬要考慮地下排水管網(wǎng)的排水能力。排水管網(wǎng)是城市排水系統(tǒng)中的重要組成部分，它作為雨水徑流的運(yùn)輸和儲(chǔ)存單元，在降雨期間重新分配地表徑流，對(duì)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的影響非常大。忽略管網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致對(duì)地表水深、流速、淹沒范圍和持續(xù)時(shí)間等因素的錯(cuò)誤模擬。為準(zhǔn)確反映城市區(qū)域的水文水力特性，城市內(nèi)澇模型需考慮排水管網(wǎng)設(shè)施對(duì)徑流路徑和水流特性的影響，尤其是排水管網(wǎng)進(jìn)水節(jié)點(diǎn)與地表間的流量耦合關(guān)系。目前，在城市排水系統(tǒng)建模中廣泛使用了基于不同理論的一二維耦合方法。

3.4.1 地表直接降雨法

此方法將降雨直接應(yīng)用于模擬區(qū)域內(nèi)的每個(gè)網(wǎng)格單元來模擬降雨-徑流過程（見圖5a）。在此方法中，管網(wǎng)流量會(huì)被轉(zhuǎn)換為有效降水或徑流的損失量，以替代1D模擬過程。有兩種方法替代1D模擬過程：一種是在輸入降雨條件時(shí)扣除管網(wǎng)排水流量，另一種是將管網(wǎng)排水流量附加至土壤入滲項(xiàng)中。國(guó)內(nèi)目前正在嘗試使用HEC-RAS軟件進(jìn)行城市區(qū)域的精細(xì)化地表二維建模，并初步取得了較好的結(jié)果。

圖5 不同耦合方法

3.4.2 1D向2D耦合法

此方法假定所有劃定的集水區(qū)產(chǎn)生的徑流（通過水文計(jì)算）首先進(jìn)入管網(wǎng)，超過其排水能力的流量通過模型接口（檢查井或雨水口）溢出，在地表排放（水動(dòng)力徑流計(jì)算）并可通過模型接口回流到網(wǎng)絡(luò)（見圖5b）。在此方法中，1D管道的溢出水量作為2D地表漫流的輸入邊界條件，來模擬地表上的徑流過程。我國(guó)目前常用此方法進(jìn)行內(nèi)澇研究，比較有代表性的軟件有Infoworks ICM等。此方法模擬結(jié)果一般呈現(xiàn)交織的“帶狀”形態(tài)（見圖6），這是因?yàn)榈乇矸e水主要來自市政道路上管網(wǎng)的溢流，而真實(shí)情況應(yīng)該是所有排水不暢區(qū)域都可能積水。

圖6 Infoworks ICM模擬結(jié)果（“帶狀”形態(tài)）

3.4.3 2D向1D耦合法

此方法采用直接降雨的方式模擬地表徑流，通過模型接口將地表徑流導(dǎo)入地下排水管網(wǎng)，即所有排水管網(wǎng)的進(jìn)水均來源于地表漫流模型的輸出。在水力過載的情況下，地下管網(wǎng)再次將溢流的水流導(dǎo)回地表（見圖5c）。TUFLOW是一款可以耦合1D和2D水文模型的軟件，它的流量交換方法是動(dòng)態(tài)的，取決于1D/2D連接位置的流量條件和地形坡度。目前該方法在國(guó)外得到廣泛應(yīng)用（見圖7），也是我國(guó)城市內(nèi)澇模擬的重點(diǎn)研究方向。

圖7 TUFLOW模擬結(jié)果形態(tài)

3.4.4 全面耦合

此方法將排水管網(wǎng)和地表模型結(jié)合使用，共同計(jì)算模擬區(qū)徑流量（見圖5d）。與管網(wǎng)進(jìn)水口直接相連的集水區(qū)（屋頂、道路等）的徑流進(jìn)入管網(wǎng)，而其它區(qū)域的徑流則通過地表排水處理，兩種徑流可通過模型接口進(jìn)行雙向交換。盡管該方法最接近實(shí)際情況，但在實(shí)際應(yīng)用中仍處于初級(jí)階段，是內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)模擬亟待突破的方向。

綜合比較結(jié)果表明，不同的耦合方法對(duì)于內(nèi)澇情景模擬的結(jié)果具有重大影響（見表1）。因此，在進(jìn)行內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)模擬時(shí)，應(yīng)綜合考慮城市的實(shí)際情況和需求，并結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，選擇適宜的耦合方法。

表1 各種耦合方法對(duì)比

3.5 數(shù)字高程模型精度選擇

地形數(shù)據(jù)分辨率被廣泛認(rèn)為是影響水動(dòng)力模擬結(jié)果可靠性的最重要因素。數(shù)字高程模型（DEM）是數(shù)字地形模型（DTM）和數(shù)字表面模型（DSM）統(tǒng)稱，是生成內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其分辨率對(duì)整個(gè)模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要（見圖8）。

圖8 1 m網(wǎng)格（左）和10 m（右）網(wǎng)格的模擬結(jié)果對(duì)比

然而，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)國(guó)家海拔數(shù)據(jù)集作為FEMA制作洪水圖的主要數(shù)據(jù)來源，其數(shù)據(jù)精度僅有20~30m空間分辨率，這已無法滿足FEMA的現(xiàn)代化洪水地圖需求（需要2~3m精度）。城市區(qū)域的下墊面比自然流域更加復(fù)雜。為了更好的模擬地表徑流過程，城市區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)模擬所使用的高程數(shù)據(jù)精度比流域洪水風(fēng)險(xiǎn)模擬的更高。在獲取地形數(shù)據(jù)后，需要對(duì)城市區(qū)域的涵洞、地下通道、道路路緣石、溝渠等水力構(gòu)筑物高程進(jìn)行處理和校正（見圖9），這是整個(gè)城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)建模的重要內(nèi)容。不同分辨率的地形數(shù)據(jù)刻畫的建筑物輪廓與實(shí)際建筑物輪廓對(duì)比的結(jié)果（見圖10）表明：分辨率值大于1m的地形數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確刻畫出建筑物的實(shí)際輪廓。

圖9 DEM地形校正

圖10 不同分辨率的地形數(shù)據(jù)與建筑物輪廓的契合度

一般認(rèn)為精度高于1m地形數(shù)據(jù)才能較好刻畫出排水路徑和水力設(shè)施的確切位置和形狀。建議在城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖制作時(shí)，使用精度高于1m的DEM。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，高精度的城市地形數(shù)據(jù)已經(jīng)更加容易獲取，精細(xì)的水力動(dòng)力模擬也越來越經(jīng)濟(jì)。

3.6 降雨重現(xiàn)期的選取

在FEMA洪水地圖和一些學(xué)者的研究中，主要考慮100年一遇的洪水頻率。目前國(guó)內(nèi)城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)研究也開始關(guān)注100年降雨重現(xiàn)期，但是單一重現(xiàn)期的選擇減弱了風(fēng)險(xiǎn)地圖的應(yīng)用性。降雨重現(xiàn)期與內(nèi)澇發(fā)生的概率有關(guān)，但重現(xiàn)期選擇的標(biāo)準(zhǔn)仍然是隨意的。重現(xiàn)期的選擇應(yīng)考慮水文水力過程和社會(huì)對(duì)該過程的響應(yīng)。我國(guó)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》根據(jù)城市類型和人口規(guī)模劃定了不同的內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（20~100年一遇），因此國(guó)內(nèi)的許多內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖僅考慮內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的風(fēng)險(xiǎn)情景。建議在設(shè)計(jì)降雨情景時(shí)，結(jié)合各城市發(fā)展現(xiàn)狀，綜合考慮內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（20~100年）、小概率降雨（100年和200年）和極端降雨（500年及以上）多個(gè)情景，以更全面地評(píng)估城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

3.7 致災(zāi)因子的選取

在國(guó)內(nèi)，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估大多以水深和積水時(shí)間作為劃分內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，這是由于缺乏致災(zāi)因子與受災(zāi)對(duì)象之間的脆弱性機(jī)理研究，導(dǎo)致無法合理評(píng)估內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)程度的影響因素主要包括流速、深度、流速和水深的組合。在發(fā)生內(nèi)澇時(shí)，不僅水深會(huì)對(duì)受災(zāi)對(duì)象造成破壞，水流的沖擊力也會(huì)導(dǎo)致人、車輛、建筑物等對(duì)象發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。研究表明，考慮水深和流速的致災(zāi)因子的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是十分必要的。建議結(jié)合城市發(fā)展現(xiàn)狀，因地制宜開展致災(zāi)因子與受災(zāi)對(duì)象之間的脆弱性研究，并在內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖編制過程中進(jìn)行綜合考慮。

3.8 受災(zāi)對(duì)象脆弱性分析

脆弱性分析目的是得到致災(zāi)因子與受災(zāi)對(duì)象的損傷程度的關(guān)系曲線。通常，這種曲線（函數(shù)）通過試驗(yàn)研究和歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得，進(jìn)而可在此基礎(chǔ)上建立損失估計(jì)模型，如美國(guó)的HAZUS模型，德國(guó)的FLEMO模型，瑞士的CLIMADA模型等。

受內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)影響的對(duì)象包含行人、汽車、學(xué)校、地鐵站、地下通道、地下商場(chǎng)、地下停車場(chǎng)等。然而，在進(jìn)行內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)研究時(shí)我們不可能評(píng)估所有受災(zāi)對(duì)象的脆弱性關(guān)系，現(xiàn)階段應(yīng)選取主要的受災(zāi)對(duì)象進(jìn)行研究，其他對(duì)象可予以考慮。許多學(xué)者對(duì)受災(zāi)對(duì)象的脆弱性進(jìn)行了研究，包括使用積水深度×速度組合對(duì)行人和汽車穩(wěn)定性關(guān)系進(jìn)行研究，以及水深與建筑物的受損關(guān)系進(jìn)行研究。

3.8.1 內(nèi)澇對(duì)行人和汽車不穩(wěn)定研究

行人失穩(wěn)的兩種公認(rèn)的水動(dòng)力機(jī)制是傾覆失穩(wěn)（由力矩作用引起）和滑動(dòng)失穩(wěn)（由摩擦作用引起）�；瑒�(dòng)失穩(wěn)多發(fā)生在高速淺水區(qū)，而傾覆失穩(wěn)多發(fā)生在深水區(qū)。傾覆失穩(wěn)發(fā)生在迎面流產(chǎn)生的力矩超過人體重量的力矩時(shí)，并與人體受到的浮力、位置和重量分布有關(guān)系。當(dāng)水平力大于人的腳與地面之間的摩擦阻力時(shí)，發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)，這個(gè)穩(wěn)定性參數(shù)與重量、浮力、地面條件有關(guān)系。

車輛失穩(wěn)的主要水動(dòng)力機(jī)制包括浮動(dòng)和滑動(dòng)。當(dāng)向上的浮力超過位于水中車輛的重量時(shí)，發(fā)生漂浮，這種車輛失穩(wěn)現(xiàn)象常發(fā)生在低流速、高水深的情景。當(dāng)汽車受到的水平力大于水平摩擦力時(shí)，就會(huì)發(fā)生滑動(dòng)（平移或側(cè)翻），摩擦力與汽車質(zhì)量、浮力以及輪胎與路面之間的摩擦系數(shù)有關(guān)。

3.8.2 內(nèi)澇對(duì)建筑物損傷曲線的研究

SMITH繪制了建筑物基于水深×流速組合的關(guān)系曲線，然而在城市內(nèi)澇中，建筑物結(jié)構(gòu)損壞和內(nèi)部損失主要與水深相關(guān)。因此，在城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)研究時(shí)，可忽略流速影響，使用水深-損傷曲線來評(píng)估建筑物損的損失。目前，有兩種主要的損傷關(guān)系表達(dá)方式可供選擇：一種是相對(duì)函數(shù)，表示損失的規(guī)模占建筑物總價(jià)值的百分比；另一種是絕對(duì)函數(shù)，表示損失的絕對(duì)價(jià)值。

建議在進(jìn)行內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)研究時(shí)，應(yīng)結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，深入研究致災(zāi)因子與各受災(zāi)對(duì)象之間的脆弱性關(guān)系，建立符合實(shí)際的建筑物損失評(píng)估模型，并加快對(duì)行人和車輛（包括電動(dòng)汽車）在內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)中的力學(xué)穩(wěn)定性研究。

3.9 內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

通常，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)會(huì)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行劃分，并用不同顏色編碼的區(qū)域來表示�；�于SMITH等的研究成果，可利用D×V組合來確定內(nèi)澇對(duì)行人和車輛的影響程度，進(jìn)而確定內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)，可將其劃分為低、中、較高、高四個(gè)等級(jí)（見表2）。借助ArcMap工具來可視化每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（見圖11）在給定降雨情景下的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，為決策者提供可視化結(jié)果。

圖11 D×V與受災(zāi)對(duì)象脆弱性關(guān)系（根據(jù) Smith 研究成果重繪）

表2 基于D×V的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

3.10 城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖編制流程

FEMA進(jìn)行的洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程主要包含數(shù)據(jù)收集、水文水力模擬、損失估計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)圖繪制、風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)建立等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。借助開發(fā)的HAZUS模型軟件，F(xiàn)EMA能夠?qū)Φ湫徒ㄖ�進(jìn)行損失評(píng)估，利用HAZUS內(nèi)置的“水深-損傷關(guān)系”模塊，計(jì)算在洪水深度下建筑物結(jié)構(gòu)和內(nèi)部財(cái)產(chǎn)損失。評(píng)估結(jié)果保存在風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)集中，可利用GIS工具進(jìn)行查看和應(yīng)用。

為制定有效的城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖，各城市可參考FEMA的做法，制定完善的編制流程（見圖12）。在編制過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮排水管網(wǎng)的作用，并選擇符合要求的一二維耦合的城市排水模型。此外，選用高精度的地形數(shù)據(jù)，分析致災(zāi)因子與受災(zāi)對(duì)象之前的脆弱性關(guān)系。最后，使用科學(xué)的方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，以形成有效的城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖編制成果。

圖12 城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖編制流程

城市內(nèi)澇治理是我國(guó)長(zhǎng)期面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。在編制內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖時(shí)，需要解決以下關(guān)鍵問題：

 ①應(yīng)提升高精度數(shù)字高程數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用，以滿足城市地表徑流模擬的要求。高精度地形數(shù)據(jù)已經(jīng)可以方便地獲取，但在使用前需要做好數(shù)據(jù)校正，充分融合地表水力設(shè)施和建筑物等數(shù)據(jù)； 

②加大內(nèi)澇模擬軟件開發(fā)和審核力度。城市管理機(jī)構(gòu)應(yīng)審查、測(cè)試和接受可使用的模型軟件，并公開發(fā)布其適用場(chǎng)景和條件； 

③需要加強(qiáng)排水管網(wǎng)和地表之間的流量耦合機(jī)理研究，并強(qiáng)化耦合方法的本地適用性；

④應(yīng)加強(qiáng)致災(zāi)因子與受災(zāi)對(duì)象的脆弱性機(jī)理研究。結(jié)合城市發(fā)展，根據(jù)受災(zāi)對(duì)象的脆弱性研究結(jié)果，選取合適的致災(zāi)因子與受災(zāi)對(duì)象脆弱性關(guān)系曲線（函數(shù)），并借鑒或開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)受災(zāi)對(duì)象進(jìn)行快速準(zhǔn)確的評(píng)估；

⑤應(yīng)規(guī)范內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖的編制，形成齊全的編制成果，包括內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告、內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖和內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)； 

⑥有條件的地方應(yīng)研究氣候變化對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響，采用智慧化手段提高城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的水平。

微信對(duì)原文有修改。原文標(biāo)題：我國(guó)城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)圖編制方法探索；作者：趙豐昌、王晨、李俊奇、王耀堂；作者單位：中規(guī)院（北京）規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司、北京建筑大學(xué)水環(huán)境國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。刊登在《給水排水》2023年第5期。