研究地勢平坦區域，洪澇災害風險
發布時間：2016/10/19 點擊量：
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，由于地形平坦且坡降小，受潮汐影響，地區的雨水需通過泵站提升排入河道，最終匯入黃浦江，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
上海為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、虬江和東走馬塘3條河道組成。
除上述外圍泵閘，區域內還有油氣站、界泓浜、虬江等用于調水的節制閘。因歷史原因，虬江有約2.64 km為地下箱涵。
區域水利規劃防澇標準為20年一遇（1963年9月暴雨雨型及相應同步實測潮型）。目前，區域水系和泵閘建設基本達到規劃要求，但堤防存在薄弱段。
二、數學模型建立與率定驗證
本研究采用InfoWorks ICM v5.0進行建模和內澇風險分析，在同一平臺實現排水管網和河網的建模和聯動模擬。
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、匯水區的劃分、數字地面高程的建立、地面二維網格化、泵閘等控制性構筑物的概化仿真、旱流與降雨等邊界條件的確定等。建模時，整合了研究區域內的地理數據、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為管網模型基礎。SCADA運行記錄、泵站手工運行記錄、歷史積水記錄表等資料整理作為計算條件。
最終建立的排水管網河網一體化模型服務面積約43 km²，計算管段1萬余根，管徑150～3 000，排水系統22個，排水泵站23座，水泵合計130臺，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。
2.2模型率定驗證
雨水排水管網模型的關鍵參數主要是降雨產匯流模型的相關參數，本研究產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，匯流模型采用SWMM非線形水庫法；河網模型的主要水動力參數是糙率系數。
三、區域內澇風險評估
二級排水格局下，區域內澇的發生不僅受到管網和排水泵站能力的制約，還受到河道調蓄規模、外排能力和潮位等條件的制約。
為全面評估研究區域內澇風險，分別采用短歷時設計暴雨、歷史暴雨及其潮位組合進行模擬計算。模擬均采用率定好的排水管網河網動態耦合模型，含現狀管網、市政排水泵站、水系和河道泵閘。
3.1短歷時設計暴雨及典型潮位組合
設計暴雨主要涉及雨強、歷時和雨峰。采用《室外排水設計規范》推薦的芝加哥雨型，上海地區采用雨峰r=0.4，歷時2h，1年一遇對應最大小時雨強36 mm，5年一遇和100年一遇分別對應最大小時雨強58 mm和98 mm。
管網河網中泵閘的控制方式為：市政排水泵站根據現狀控制水位階梯啟閉；河道泵閘控制方式為自排加抽排，當內河水位高于外河潮位時開閘自排，否則關閘擋潮并開啟河道排澇泵站抽排。
該工況反映了在河道常水位時，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內澇風險。
模擬結果表明：隨著暴雨重現期增大，積水程度明顯上升。
內河最高水位受外河高潮位的影響較大，計算工況為雨峰和高潮峰同時出現的最不利情況，根據模擬，若同樣的設計暴雨出現在落潮期，則內河平均最高水位下降到3.52～3.85 m，地面積水情況也有小幅下降（1%～5%）。總體而言，短時強降雨對河網防澇的壓力不大。
3.2歷史實測同步暴雨潮位組合
收集整理了歷史上發生典型災害的暴雨記錄進行模擬，包括長歷時臺風暴雨（“麥莎”、“海葵”）和短歷時強暴雨（“803”、“913”）及其同步實測潮位。
模擬采取的邊界條件為同步實測外河潮位，泵閘的控制方式同上。內河初始水位為實際預降水位2m。
結果顯示，“麥莎”臺風暴雨引起的積水風險最高，由于“麥莎”臺風歷時長，對區域的積水風險威脅要大于5年一遇短歷時強降雨。“913”暴雨積水總量、積水面積和積水路段高于海葵臺風，但由于“海葵”臺風歷時長，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”的短歷時暴雨對河網的影響很小，而類似“麥莎”的臺風暴雨總降雨量大，且高潮位同雨峰接近，內河水位最高，河道堤防薄弱段具有漫溢風險。
3.3瓶頸分析
從管網來看，在遭遇1年一遇短歷時暴雨時，部分地區已出現積水，主要出現在管道未達標地區。在長歷時暴雨中，由于土壤滲透能力飽和，管網本身調蓄能力減小，即使按照正常情況開啟市政雨水泵站排江，仍出現嚴重積水，區域本身排水能力偏弱。
從河網來看，在常水位下遭遇短歷時集中降雨時基本不發生漫溢；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市政泵站應急停機的內澇風險評估
為確保防汛墻不潰決、不漫溢，市防汛部門制定了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了模擬。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%；由于市政泵站應急停機，內河平均水位保持在4 m以下，較不停機時下降5%。預案有效降低了河道水位，避免河道漫溢，降低了區域整體的內澇風險。
3.5影響研究區域內澇風險的因素分析
影響研究區域內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、管網初始預抽空狀態及河道水位預降等。對“麥莎”暴雨采用不同的運行調度模式進行了模擬分析，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%，管網初始預抽空狀態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%，其他貢獻來自于降雨及管網特性。對于短歷時強降雨，對積水的貢獻則主要來自于降雨及管網特性（包括預抽空狀態）。
本文來源：折帶過濾機http://baqjwx.cn/
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