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第三节 城市内涝风险评估

基于降水和内涝监测实况,通过开展内涝风险普查获得易涝点历史数据,根据城市内涝致灾临界雨量指标、城市内涝模型和内涝等级划分标准开展城市内涝风险评估。风险评估主要包括内涝影响区域、影响程度、受影响承灾体数量和价值量、评估结论等信息。同时根据内涝等级划分标准,评估内涝程度,达到一定等级标准,发布相应内涝灾害预警报告。

一、城市内涝灾害风险普查

城市内涝灾害风险普查内容包括:

1、地理信息资料。收集城市土地利用及地表覆盖类型,遥感影像资料,道路、路口等基础设施及标高,河流及水体(湖泊、坑塘、沟渠)分布。

2、城市排水系统。需要了解城市排水系统的体制(雨污分流或合流)、组成,管网分布和泵站、闸门、堤防,河道断面及水流走势,排水能力及调度原则等信息。

3、气象和水文资料。需全面了解区域内的气象、水文观测资料情况,并绘制站点分布图。收集区域内气象站的基本情况资料,各站点逐小时的雨量数据,水文(水位、雨量)站的基本情况资料。

4、承灾体资料收集。普查城市区域内易发生内涝的隐患点,收集隐患点周围近地面的电气设备、收水井盖、公交设施(车站、地铁站)、地面(地下)停车场、地下商场或地下建筑、地道或下穿隧道、人群聚集地(学校、医院、车站)特别是脆弱人群(老人、小孩)分布、仓库和企业分布情况等方面的相关信息;调查内涝隐患点周围人口及资产价值、重点关注等信息。将调查的承灾体数据嵌入到GIS图层中去。

5、历史城市内涝灾害普查。普查历次城市内涝过程中各站点逐时降水情况;普查历次城市内涝过程的城市水文数据(河道水位,泵、闸开启状况);调查城市内涝淹没情况,包括淹没点名称、位置、范围、淹没深度、起止时间;调查受影响的主要承灾体的数量和价值量;调查历次城市内涝灾害的灾情损失情况。

内涝损失的评估难度较大,主要是随着社会发展,人民生活水平提高,灾害损失值发生了极大变化。中国水利水电科学研究院陈浩等在1998年对广州珠海地区进行洪涝灾害的灾情评估时,通过历史灾情调查和保险损失赔付案例分析,参考国内有关研究成果,建立了以水深要素为主的洪灾资产直接损失比例关系(表9.5)。此种比例关系也可以用于对内涝灾害损失评估的参考。

表9.5 洪灾资产直接损失比例关系

注:当建筑物内水深<0.03m时,损失率为0.0%;对于有地下室的住宅,住宅及时内家财各等级损失率增加8.0%,地下商场损失率增加15.0%

二、城市内涝风险评估

城市内涝风险评估有两种方法,一种是基于致灾临界雨量和承灾体物理暴露的评估,一种是基于信息扩散技术的暴雨内涝风险评估。

1、基于致涝临界雨量的风险评估

基于致灾临界雨量的风险评估是根据雨量监测和预报,当某隐患点的雨量达到某内涝等级的临界雨量时,便可以发布该隐患点这个等级的内涝预报,再根据内涝风险普查中得到的该隐患点的承灾体的数据,评估受内涝影响的承灾体的数量和价值量等风险。

例. 深圳市星海名城社区内涝风险及防御明白卡

(1)2010年承灾体概况

深圳市星海名城社区面积1.2平方公里,总人口22013人,其中外来人口8733人。主要产业为商业和住宅。

(2)临界面雨量和内涝情况

当日雨量≥110毫米或小时雨量≥50毫米时,星海名城社区会出现二级水浸灾害,主要易涝点及水浸水深如下:

① 星海名城七组团地下车库入口,最深0.6米;

② 一期地下车库,最深0.1-0.2米;

③ 前海路边101岗亭,最深0.7米;

④ 三期地下车库出入口,最深0.1米;

⑤ 北大附中后门,最深0.3米;

⑥ 六期地下停车场门口,最深0.5-0.6米;停车场内,最深0.4米。

⑶ 风险评估

① 六期地下停车场内的髙压设备和风机房易水浸而导电致人伤亡;

② 易水浸的车库4处:星海名城七组团、一期、三期、六期地下车库易水浸,易因车辆受淹造成大的经济损失;

③ 危险水井盖1处:前海路上,靠近星海名城的101岗亭的水井盖易被水冲起,给行人和行车造成危险隐患。

2、基于信息扩散技术的暴雨内涝风险评估

以郭树军等(2012)基于信息扩散技术的暴雨内涝风险模型研究为例:

(1)建立易涝点“雨强-水深”模糊关系

① 整理数据样本

在数据调查阶段,分别通过邯郸市排水公司专业人员,确定了邯郸市主要易涝点的分布位置,基于问卷调查、网络调查、专人观测等方式,收集了不同易涝点的降雨强度和积水深度数据。本节以易涝点“光明大街与农林路交口”的调查结果为例,说明模型的计算过程,表1所示为“雨强-水深”样本序列。

表9.6 “雨强—水深”样本序列

② 计算“雨强-水深”模糊关系矩阵

根据“降雨强度”、“积水深度”历史调查数据,分别构造样本序列X,Y的监控点序列U,V。

U=(16.5, 17.5, 18.5, 19.5, …, 43.5,44.5, 45.5)

V=(12.75, 13.25, 13.75, …, 34.25, 34.75, 35.25)

式中, 序列U的步长,序列V的步长

样本X的扩散系数

样本Y的扩散系数

信息扩散函数为:

(9.31)

以易涝点为单位,分别计算各自的模糊关系矩阵,进而可以估计易涝点在特点降雨强度下时的积水深度大小。表2为易涝点“光明大街与农林路交口”的“雨强-水深”模糊关系矩阵。

表9.7 易涝点“光明大街与农林路交口”的“雨强-水深”模糊关系矩阵

(2)进行易涝点积水风险评估

基于“雨强-水深”模糊关系和潜在风险源情况,能够计算一定降雨强度下的易涝点风险情景情况。

① 计算积水深度

设气象部门对易涝点附近未来一小时内的降雨强度预报值为35毫米,则在“雨强-水深”模糊关系矩阵中,降雨强度35介于模糊关系矩阵中雨强监控点“34.5”和“35.5”之间,构建模糊数矩阵w,如式(9.32)所示,选择每列中的较大模糊数,可构造出一行46列的模糊数序列w’,如式(9.33)所示。

(9.32)

(9.33)

由模糊数序列w’和监控点序列V可构造关于监控点的模糊隶属序列为:

计算重心可得积水深度为

当降雨强度为35毫米时,可能积水深度为26厘米,结合易涝点周围的危险源及承受体分布,分别估计不同承受体的风险结果。

② 评估结论

车辆涉水风险:

当积水深度为26厘米时,机动车通行的风险后果为:“涉水风险较高的车型包括‘微型车、部分小型车’等”。

建筑单元进水风险:

评估道路两侧建筑的风险后果时,分别以易涝点附近每个建筑单元为评估对象,计算积水深度与台阶高度之差,即D =H-X,其中,H表示易涝点的积水深度,X表示建筑单元的台阶高度,从而得出针对评估对象的风险后果(表3)。

表9.8 易涝点“光明大街与农林路交口”附近建筑单元积水风险评估结果