研究地勢(shì)平坦區(qū)域，洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)
發(fā)布時(shí)間：2016/10/19 點(diǎn)擊量：
一、研究區(qū)域基本情況
1.1區(qū)域自然條件
研究區(qū)域地勢(shì)平坦，由于地形平坦且坡降小，受潮汐影響，地區(qū)的雨水需通過(guò)泵站提升排入河道，最終匯入黃浦江，乘落潮排出。地區(qū)全年總降雨量的60%集中在5～9月。每年平均有兩個(gè)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(zāi)害。
1.2排水防澇情況
上海為典型的平原感潮河網(wǎng)地區(qū)，但河道疏密不均。楊樹(shù)浦港-虬江水系，由楊樹(shù)浦港、虬江和東走馬塘3條河道組成。
除上述外圍泵閘，區(qū)域內(nèi)還有油氣站、界泓浜、虬江等用于調(diào)水的節(jié)制閘。因歷史原因，虬江有約2.64 km為地下箱涵。
區(qū)域水利規(guī)劃防澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇（1963年9月暴雨雨型及相應(yīng)同步實(shí)測(cè)潮型）。目前，區(qū)域水系和泵閘建設(shè)基本達(dá)到規(guī)劃要求，但堤防存在薄弱段。
二、數(shù)學(xué)模型建立與率定驗(yàn)證
本研究采用InfoWorks ICM v5.0進(jìn)行建模和內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分析，在同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)和河網(wǎng)的建模和聯(lián)動(dòng)模擬。
2.1模型建立
管網(wǎng)模型建立過(guò)程涉及管網(wǎng)屬性（尺寸、高程）的輸入、匯水區(qū)的劃分、數(shù)字地面高程的建立、地面二維網(wǎng)格化、泵閘等控制性構(gòu)筑物的概化仿真、旱流與降雨等邊界條件的確定等。建模時(shí)，整合了研究區(qū)域內(nèi)的地理數(shù)據(jù)、城市規(guī)劃數(shù)據(jù)、排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)等詳細(xì)信息作為管網(wǎng)模型基礎(chǔ)。SCADA運(yùn)行記錄、泵站手工運(yùn)行記錄、歷史積水記錄表等資料整理作為計(jì)算條件。
最終建立的排水管網(wǎng)河網(wǎng)一體化模型服務(wù)面積約43 km²，計(jì)算管段1萬(wàn)余根，管徑150～3 000，排水系統(tǒng)22個(gè)，排水泵站23座，水泵合計(jì)130臺(tái)，概化河段31條，河道泵閘2座，節(jié)制閘3座，二維計(jì)算網(wǎng)格36萬(wàn)個(gè)。
2.2模型率定驗(yàn)證
雨水排水管網(wǎng)模型的關(guān)鍵參數(shù)主要是降雨產(chǎn)匯流模型的相關(guān)參數(shù)，本研究產(chǎn)流模型對(duì)不透水表面選用固定徑流系數(shù)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(kù)法；河網(wǎng)模型的主要水動(dòng)力參數(shù)是糙率系數(shù)。
三、區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
二級(jí)排水格局下，區(qū)域內(nèi)澇的發(fā)生不僅受到管網(wǎng)和排水泵站能力的制約，還受到河道調(diào)蓄規(guī)模、外排能力和潮位等條件的制約。
為全面評(píng)估研究區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，分別采用短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨、歷史暴雨及其潮位組合進(jìn)行模擬計(jì)算。模擬均采用率定好的排水管網(wǎng)河網(wǎng)動(dòng)態(tài)耦合模型，含現(xiàn)狀管網(wǎng)、市政排水泵站、水系和河道泵閘。
3.1短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨及典型潮位組合
設(shè)計(jì)暴雨主要涉及雨強(qiáng)、歷時(shí)和雨峰。采用《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的芝加哥雨型，上海地區(qū)采用雨峰r=0.4，歷時(shí)2h，1年一遇對(duì)應(yīng)最大小時(shí)雨強(qiáng)36 mm，5年一遇和100年一遇分別對(duì)應(yīng)最大小時(shí)雨強(qiáng)58 mm和98 mm。
管網(wǎng)河網(wǎng)中泵閘的控制方式為：市政排水泵站根據(jù)現(xiàn)狀控制水位階梯啟閉；河道泵閘控制方式為自排加抽排，當(dāng)內(nèi)河水位高于外河潮位時(shí)開(kāi)閘自排，否則關(guān)閘擋潮并開(kāi)啟河道排澇泵站抽排。
該工況反映了在河道常水位時(shí)，區(qū)域遭遇局部短時(shí)強(qiáng)降雨，無(wú)法在短時(shí)間預(yù)降河道水位前提下的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。
模擬結(jié)果表明：隨著暴雨重現(xiàn)期增大，積水程度明顯上升。
內(nèi)河最高水位受外河高潮位的影響較大，計(jì)算工況為雨峰和高潮峰同時(shí)出現(xiàn)的最不利情況，根據(jù)模擬，若同樣的設(shè)計(jì)暴雨出現(xiàn)在落潮期，則內(nèi)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(shí)強(qiáng)降雨對(duì)河網(wǎng)防澇的壓力不大。
3.2歷史實(shí)測(cè)同步暴雨潮位組合
收集整理了歷史上發(fā)生典型災(zāi)害的暴雨記錄進(jìn)行模擬，包括長(zhǎng)歷時(shí)臺(tái)風(fēng)暴雨（“麥莎”、“海葵”）和短歷時(shí)強(qiáng)暴雨（“803”、“913”）及其同步實(shí)測(cè)潮位。
模擬采取的邊界條件為同步實(shí)測(cè)外河潮位，泵閘的控制方式同上。內(nèi)河初始水位為實(shí)際預(yù)降水位2m。
結(jié)果顯示，“麥莎”臺(tái)風(fēng)暴雨引起的積水風(fēng)險(xiǎn)最高，由于“麥莎”臺(tái)風(fēng)歷時(shí)長(zhǎng)，對(duì)區(qū)域的積水風(fēng)險(xiǎn)威脅要大于5年一遇短歷時(shí)強(qiáng)降雨。“913”暴雨積水總量、積水面積和積水路段高于海葵臺(tái)風(fēng)，但由于“海葵”臺(tái)風(fēng)歷時(shí)長(zhǎng)，其平均積水深度和積水時(shí)間較“913”暴雨更高。“803”暴雨雨強(qiáng)接近2年一遇，積水風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)最低。
。說(shuō)明類(lèi)似“913”的短歷時(shí)暴雨對(duì)河網(wǎng)的影響很小，而類(lèi)似“麥莎”的臺(tái)風(fēng)暴雨總降雨量大，且高潮位同雨峰接近，內(nèi)河水位最高，河道堤防薄弱段具有漫溢風(fēng)險(xiǎn)。
3.3瓶頸分析
從管網(wǎng)來(lái)看，在遭遇1年一遇短歷時(shí)暴雨時(shí)，部分地區(qū)已出現(xiàn)積水，主要出現(xiàn)在管道未達(dá)標(biāo)地區(qū)。在長(zhǎng)歷時(shí)暴雨中，由于土壤滲透能力飽和，管網(wǎng)本身調(diào)蓄能力減小，即使按照正常情況開(kāi)啟市政雨水泵站排江，仍出現(xiàn)嚴(yán)重積水，區(qū)域本身排水能力偏弱。
從河網(wǎng)來(lái)看，在常水位下遭遇短歷時(shí)集中降雨時(shí)基本不發(fā)生漫溢；在已預(yù)降水位時(shí)，遭遇“麥莎”、“海葵”雨型及潮型，面臨地面積水和河道水位過(guò)高、堤防薄弱段漫溢引起的更高風(fēng)險(xiǎn)。
3.4市政泵站應(yīng)急停機(jī)的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
為確保防汛墻不潰決、不漫溢，市防汛部門(mén)制定了楊樹(shù)浦港沿線泵站應(yīng)急調(diào)度預(yù)案。對(duì)“麥莎”暴雨市政泵站應(yīng)急停機(jī)時(shí)積水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明，在市政泵站應(yīng)急停機(jī)的控制模式下，積水面積和路段有小幅增長(zhǎng)，約5%；由于市政泵站應(yīng)急停機(jī)，內(nèi)河平均水位保持在4 m以下，較不停機(jī)時(shí)下降5%。預(yù)案有效降低了河道水位，避免河道漫溢，降低了區(qū)域整體的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。
3.5影響研究區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的因素分析
影響研究區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的主要外在因素包括降雨、潮位、市政泵站和河道泵閘運(yùn)行調(diào)度、管網(wǎng)初始預(yù)抽空狀態(tài)及河道水位預(yù)降等。對(duì)“麥莎”暴雨采用不同的運(yùn)行調(diào)度模式進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果表明，在“麥莎”暴雨時(shí)，河道排放能力限制對(duì)積水面積的貢獻(xiàn)占比約50%，管網(wǎng)初始預(yù)抽空狀態(tài)對(duì)積水面積的貢獻(xiàn)占比約5.7%，河道水位預(yù)降對(duì)積水面積的貢獻(xiàn)占比約11.5%，其他貢獻(xiàn)來(lái)自于降雨及管網(wǎng)特性。對(duì)于短歷時(shí)強(qiáng)降雨，對(duì)積水的貢獻(xiàn)則主要來(lái)自于降雨及管網(wǎng)特性（包括預(yù)抽空狀態(tài)）。
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