城市暴雨内涝灾害风险评估与应对研究综述

城市暴雨内涝灾害风险评估与应对研究综述一、城市暴雨内涝灾害的成因解析（一）气候因素驱动全球气候变暖背景下，极端降雨事件的发生频率和强度显著上升。根据IPCC第六次评估报告，过去50年中，全球强降水事件的数量增加了约7%，且在中高纬度地区更为明显。以我国为例，2023年夏季，华北、黄淮等地遭遇极端暴雨过程，部分地区单日降雨量突破历史极值，远超城市排水系统的设计标准。这种短时间内的强降雨，使得城市地表径流量急剧增加，远超管网的排水能力，进而引发内涝。同时，气候模式的改变也导致降雨的时空分布更加不均。部分地区呈现出“旱涝急转”的特征，前期干旱使得土壤板结，下渗能力下降，后期集中降雨时，雨水迅速形成地表径流，加重了城市内涝的风险。此外，城市化进程中的热岛效应也对局部降雨产生影响，城市中心区域的气温高于周边郊区，形成热力环流，促使对流云团的形成和发展，增加了局地暴雨的发生概率。（二）城市下垫面变化城市化进程中，大量自然地表被硬化，如混凝土、沥青路面等，使得地表的透水性大幅降低。自然状态下，土壤的下渗率可达每小时几十毫米，而硬化路面的下渗率几乎为零。这导致降雨时，雨水无法及时渗入地下，大部分形成地表径流，汇集到城市的排水管网中。据统计，我国城市建成区的硬化地面比例已超过60%，部分大城市甚至达到80%以上，这使得城市的产流系数显著提高，内涝风险随之增加。此外，城市建设过程中，大量的湖泊、湿地、河道等自然水体被填埋或侵占，调蓄洪水的能力大幅下降。例如，武汉在过去几十年中，湖泊面积减少了约40%，调蓄容积减少了数亿立方米。这些自然水体原本可以像“海绵”一样，在降雨时储存大量雨水，缓解内涝压力，但随着其面积的减少，城市的防洪排涝体系失去了重要的自然调蓄环节。（三）排水系统缺陷我国城市排水系统的建设标准普遍偏低，大部分城市的排水管网设计重现期仅为1-3年，部分老城区甚至低于1年。而发达国家的城市排水系统设计重现期通常在5-10年，部分重要区域可达20年以上。较低的设计标准使得排水管网在面对强降雨时，极易出现排水不畅的情况，导致雨水在街道、低洼地区积聚，形成内涝。同时，排水管网的老化和维护不善也是导致内涝的重要原因。许多城市的排水管网建成时间较长，管道锈蚀、破损、淤积等问题严重，过水能力下降。据调查，我国约有30%的城市排水管网存在不同程度的淤积，部分管道的过水能力仅为设计能力的50%以下。此外，排水系统的规划不合理，管网布局混乱，不同区域的排水标准不统一，也影响了整体的排水效率。二、城市暴雨内涝灾害风险评估方法（一）指标体系法指标体系法是通过选取一系列与内涝风险相关的指标，构建评估模型，对城市内涝风险进行量化评估。常用的指标包括气象指标（如降雨量、降雨强度、降雨历时等）、下垫面指标（如硬化地面比例、绿地覆盖率、水体面积等）、排水系统指标（如管网密度、排水能力、设计重现期等）以及社会经济指标（如人口密度、GDP、建筑物价值等）。在构建指标体系时，需要对各个指标进行权重赋值，常用的方法有层次分析法、熵权法、主成分分析法等。层次分析法通过专家打分的方式，确定各指标的相对重要性，计算权重；熵权法则根据指标的变异程度，客观地确定权重，避免了主观因素的影响。通过权重赋值和指标量化，可以计算出城市不同区域的内涝风险指数，从而划分风险等级。指标体系法的优点是简单易懂，数据获取相对容易，能够快速对城市内涝风险进行初步评估。但该方法也存在一定的局限性，如指标的选取和权重的确定具有一定的主观性，难以全面反映内涝风险的复杂机制。（二）水文水力学模型法水文水力学模型法是基于水文和水力学原理，模拟城市暴雨内涝的形成过程。常用的模型包括SWMM（StormWaterManagementModel）、MIKEURBAN、InfoWorksICM等。这些模型可以模拟降雨、产流、汇流、管网排水以及地表积水等过程，能够较为准确地预测内涝的发生时间、范围和深度。以SWMM模型为例，它可以对城市的排水管网、河道、湖泊等进行详细的建模，考虑不同下垫面的产流特性、管网的水力特性以及雨水的调蓄和排放过程。通过输入降雨数据、下垫面数据、排水系统数据等，模型可以模拟出不同降雨情景下的内涝情况，为城市内涝风险评估提供科学依据。水文水力学模型法的优点是能够深入分析内涝的形成机制，模拟结果较为准确，可为城市排水系统的规划、设计和管理提供详细的技术支持。但该方法需要大量的基础数据，如地形数据、管网数据、水文数据等，建模过程复杂，计算成本较高，对操作人员的专业要求也较高。（三）情景模拟法情景模拟法是通过设定不同的降雨情景，如历史极端降雨、未来气候变化情景下的降雨等，模拟城市内涝的发生情况，评估不同情景下的内涝风险。情景设定通常基于历史降雨数据、气候模式预测结果以及城市发展规划等。在情景模拟过程中，结合水文水力学模型，对不同情景下的内涝范围、积水深度、淹没时间等进行预测分析。例如，针对某城市设定50年一遇、100年一遇的降雨情景，模拟内涝的发生情况，评估城市在不同重现期降雨下的风险承受能力。同时，还可以模拟城市发展过程中，下垫面变化、排水系统改造等对未来内涝风险的影响，为城市的可持续发展提供决策支持。情景模拟法的优点是能够考虑未来的不确定性，为城市的长远规划提供参考。但情景设定的合理性直接影响评估结果的准确性，需要充分考虑各种可能的因素，如气候变化的不确定性、城市发展的多样性等。三、城市暴雨内涝灾害的应对策略（一）工程性措施1.排水系统升级改造加大对城市排水系统的投入，提高排水管网的设计标准，逐步将排水管网的设计重现期提高到5-10年，重要区域提高到20年以上。对老化、破损的排水管道进行更新改造，清理管网淤积，提高管网的过水能力。同时，优化排水管网的布局，构建“源头减排、管网排放、蓄排并举、超标应急”的排水防涝工程体系。例如，上海近年来实施了大规模的排水系统升级改造工程，新建了一批深层调蓄隧道，如合流污水治理三期工程中的调蓄隧道，总容积达到数百万立方米。这些调蓄隧道可以在降雨时储存大量雨水，待降雨结束后，再将雨水逐步排入污水处理厂或河道，有效缓解了城市内涝的压力。2.海绵城市建设海绵城市建设是通过构建低影响开发雨水系统，实现雨水的自然积存、自然渗透、自然净化。主要措施包括建设透水铺装、下沉式绿地、生物滞留池、雨水花园、渗滤塘等。这些设施可以增加雨水的下渗量，减少地表径流，同时对雨水进行净化处理，补充地下水。以深圳为例，该市积极推进海绵城市建设，在城市规划中要求新建项目的年径流总量控制率达到70%以上。通过建设大量的透水路面、下沉式绿地等设施，有效减少了地表径流量，降低了内涝风险。据统计，深圳海绵城市建设区域的内涝发生率较其他区域降低了约50%。3.自然水体保护与修复加强对城市湖泊、湿地、河道等自然水体的保护和修复，恢复其调蓄洪水的能力。严格禁止填埋和侵占自然水体，对已被填埋的水体进行生态修复，扩大调蓄容积。同时，实施河道清淤、拓宽、疏浚等工程，提高河道的行洪能力。例如，杭州通过实施西湖综合保护工程，恢复和扩大了西湖的水域面积，增加了调蓄容积。同时，对城市周边的河道进行综合治理，提高了河道的行洪能力，有效缓解了城市内涝的压力。此外，还可以建设人工湿地、生态缓冲带等，增强水体的自净能力，改善水环境质量。（二）非工程性措施1.完善预警预报系统建立精细化的城市暴雨内涝预警预报系统，提高预警的准确性和时效性。利用气象雷达、雨量站、水位站等监测设备，实时获取降雨、水位等数据，结合水文水力学模型，对内涝的发生时间、范围和深度进行预测。通过手机短信、微信、广播、电视等多种渠道，及时向公众发布预警信息，提醒市民采取防范措施。例如，北京建立了城市内涝监测预警系统，通过分布在全市的雨量站、水位站等监测设备，实时采集数据。当监测到降雨量达到预警阈值时，系统自动发布预警信息，相关部门可以及时启动应急响应，采取交通管制、人员疏散等措施，减少内涝造成的损失。2.加强应急管理制定完善的城市暴雨内涝应急预案，明确各部门的职责和分工，建立健全应急联动机制。加强应急队伍建设，提高应急处置能力，配备必要的应急救援设备，如排水泵、冲锋舟、救生衣等。定期组织应急演练，提高各部门之间的协同作战能力和公众的应急避险意识。例如，广州每年都会组织多次城市内涝应急演练，模拟不同的内涝情景，检验应急预案的可行性和应急队伍的处置能力。通过演练，不断完善应急预案，提高应急处置效率，确保在发生内涝灾害时，能够迅速、有效地开展救援工作，减少人员伤亡和财产损失。3.优化城市规划在城市规划中，充分考虑暴雨内涝风险，合理布局城市功能区。避免在低洼地区建设重要的公共设施、居民区等，将易涝区域规划为绿地、公园、停车场等，提高城市的调蓄能力。同时，加强对城市建设项目的审批管理，严格执行雨水控制与利用标准，确保新建项目符合海绵城市建设要求。例如，成都在城市规划中，将城市内的低洼区域规划为湿地公园、生态绿地等，既增加了城市的生态空间，又提高了城市的调蓄能力。此外，还通过优化城市道路布局，建设环形、放射状的道路网络，提高城市的排水和通行能力，减少内涝对城市交通的影响。四、城市暴雨内涝灾害研究的未来趋势（一）多学科交叉融合未来城市暴雨内涝灾害的研究将更加注重多学科的交叉融合，涉及气象学、水文学、地理学、城市规划学、环境科学、社会学等多个学科。通过多学科的协同研究，深入揭示城市暴雨内涝的形成机制和演化规律，为风险评估和应对策略的制定提供更加科学的依据。例如，气象学与水文学的交叉融合，可以提高降雨预报的准确性和精细化程度，为内涝模拟提供更加可靠的输入数据；城市规划学与水文学的结合，可以在城市规划中更好地考虑内涝风险，优化城市布局和排水系统设计；社会学的研究可以了解公众对城市内涝灾害的认知和应对行为，为制定应急管理措施提供参考。（二）智能化技术应用随着人工智能、大数据、物联网等技术的不断发展，智能化技术将在城市暴雨内涝灾害的研究和应对中得到广泛应用。通过建立智能化的监测预警系统，实时采集降雨、水位、流量等数据，利用人工智能算法进行分析和预测，提高预警的准确性和时效性。例如，利用大数据技术对历史内涝数据进行分析，挖掘内涝发生的规律和影响因素，为风险评估和应对策略的制定提供支持；利用物联网技术实现对排水管网、泵站等设施的实时监测和远程控制，提高排水系统的运行效率和管理水平。此外，还可以利用虚拟现实、增强现实等技术，开展内涝应急演练和公众教育，提高公众的应急避险能力。（三）气候变化适应研究全球气候变化背景下，城市暴雨内涝灾害的发生频率和强度将进一步增加，因此，未来的研究将更加注重气候变化适应。通过开展气候变化情景下的城市内涝风险评估，预测未来不同气候变化情景下的内涝风险，制定相应的适应策略。例如，利用气候模式预测未来的降雨变化趋势，结合城市