城市洪涝下承灾体暴露性及行人失稳风险分析
发布时间：2021-08-15 21:53
为减少城市洪涝灾害造成的人员伤亡和财产损失,以MIKE 21水力学模型为基础,建立武汉市南湖区域雨洪模型。首先,模拟由暴雨强度公式和芝加哥雨型合成的不同重现期、历时120 min、雨峰系数为0.4的降雨洪涝过程;然后,运用地理信息系统（GIS）空间分析技术,从积水深度和降雨时间等维度分析道路、建筑物等承灾体的暴露性;最后,选取20年一遇降雨道路上的积水点,对一定范围内的行人作失稳风险分析。结果表明:区域内承灾体的暴露性与暴雨重现期的变化呈正相关,同时,暴露性的最大值集中在降雨后的60～80 min;降雨后的45～110 min行人会发生长达65 min的失稳风险,需提前发布预警信息,做好防范措施。
【文章来源】：中国安全科学学报. 2020,30(10)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
研究区域
3)设计净雨。根据武汉市《室外排水设计规范》[15]，设计基于暴雨强度公式和芝加哥雨型的不同重现期短历时降雨，并按照径流系数扣损降雨的方式，得到各重现期不同下埑面的净降雨过程，图2为20年一遇120 min净降雨过程线。4)管道排水能力。由于研究区域内排水管网规划较早，难以获取完整的雨水管线资料，现采用概化的方式计算区域内管网的排水能力。按照满流条件，雨水管网的流量为:
从情景模拟分析的角度考虑，城市暴雨洪涝灾害风险是指一定区域由一定发生概率的降水导致的地表积水对不同承灾体的危险程度。因此，研究洪水中承灾体的暴露性，将有助于决策者正确认知洪涝风险。利用上述模型，将不同重现期雨峰系数0.4、历时为120 min的降雨作为入流条件输入模型，计算区域内的积水分布情况，并将计算结果转化为承灾体风险分析所需要的数据。利用GIS的空间分析功能，从积水深度和降雨时间2个维度对承灾体的暴露性展开分析。由于建筑物有一定的阻水作用，在研究建筑物暴露性时，将其概化成与地表齐平的建筑用地进行淹没分析。首先根据各重现期降雨区域内的最大积水深度(图3)研究不同水深下承灾体的暴露性;再研究降雨历时内不同时刻道路、建筑物等承灾体的暴露性。分别统计不同积水深度(表1)和不同时刻(表2)下道路、建筑物受淹面积。根据《城镇洪涝防治技术规范》[17]，低于0.15m的积水不构成交通影响或其他危害;0.15～0.3 m的道路积水会对行人和交通产生影响，但不会造成人员伤亡;当积水超过0.15 m时，会造成建筑物内雍水。研究发现:1年一遇降雨道路积水主要在0.15 m以下，部分建筑物内会存在积水，但积水面积和深度较小;大于0.3 m的地表积水主要集中在城市个别低洼地带，降雨结束后可基本实现退水，不会影响城市的正常运转，即认为该情境下的降雨基本不会给城市带来风险。5年一遇降雨地表积水分布范围较1年一遇降雨有明显增加，出现了0.5 m以上的道路积水，但仅占道路总面积的3.2%，会影响到部分道路的正常通行;建筑物积水占建筑物总面积的0.6%，只需在城市局部地区做好防范措施，也可给予适当的人为干预及时将积水排除，该情境下的降雨城市相对安全。10年一遇降雨道路、建筑物积水面积较5年一遇降雨分别增加了12%和16%，城市内涝程度进一步恶化。当遭遇20年一遇降雨时，此时易对行人造成伤亡大于0.3 m的道路积水占道路总面积的12%，大部分道路行人和车辆均无法通行;建筑物内大量雍水，且退水缓慢，会造成大量的财产损失和人员伤亡，严重阻碍了城市的正常运行，需要进一步进行风险评估。通过研究道路、建筑物等承灾体的暴露性得到以下结论:(1)从降雨时间维度看，在降雨开始后的60～80 min，承灾体的暴露性会达到最大值，且暴雨重现期越大，最大值(拐点)出现的时间越晚。(2)设计降雨为历时120min、雨峰0.4的暴雨，第48 min雨峰出现后，虽然降雨强度有所减弱，但积水范围和积水深度继续增大，导致承灾体暴露性也随之增大，说明该地区的排水能力较弱。特别在遭遇短历时强降雨时，积水区域难以实现快速退水，极易产生内涝。(3)5年一遇、10年一遇、20年一遇降雨承灾体的受淹面积较1年一遇降雨各增加了91%、116%、142%，即区域内承灾体的暴露性与暴雨重现期的变化呈现正相关，灾害风险也逐步增加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MIKE模型在城市及流域水文——环境模拟中的应用进展[J]. 穆聪,李家科,邓朝显,李亚娇,张蓓,邓陈宁. 水资源与水工程学报. 2019(02)
[2]基于积水特征和暴露脆弱性的城市内涝风险评估[J]. 王成坤,黄纪萍,曾胜,叶淦升,林春生. 中国给水排水. 2019(05)
[3]基于GIS的公路洪灾危险性空间模糊综合评价[J]. 李梦梅,牟凤云,林孝松,龙秋月,崔梦瑞. 中国安全科学学报. 2018(11)
[4]基于MIKE11模型与GIS的平原感潮城市洪涝灾害研究[J]. 诸葛绪霞,吕军,任锦亮. 水利技术监督. 2018(05)
[5]我国城市内涝防治现状及问题分析[J]. 周宏,刘俊,高成,欧淑芳. 灾害学. 2018(03)
[6]雨洪灾害情境下城市韧性评估模型[J]. 陈长坤,陈以琴,施波,徐童. 中国安全科学学报. 2018(04)
[7]MIKE 21模型及其在城市内涝模拟中的应用[J]. 麻蓉,白涛,黄强,杨旺旺. 自然灾害学报. 2017(04)
[8]城市内涝积水点分布模拟及治理策略初探[J]. 满霞玉,李丽,顾雯,石晓丹,申瑞凤. 水电能源科学. 2017(03)
[9]城市地下空间水灾试验与数值模拟研究综述[J]. 吴建松,许声弟,张辉. 中国安全科学学报. 2016(09)
[10]洪水中人体稳定性条件的理论分析及试验研究[J]. 夏军强,古安川,舒彩文,果鹏. 灾害学. 2014(02)
博士论文
[1]堤坝溃决水流数学模型及其应用研究[D]. 张大伟.清华大学 2008
本文编号：3345000
【文章来源】：中国安全科学学报. 2020,30(10)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
研究区域
3)设计净雨。根据武汉市《室外排水设计规范》[15]，设计基于暴雨强度公式和芝加哥雨型的不同重现期短历时降雨，并按照径流系数扣损降雨的方式，得到各重现期不同下埑面的净降雨过程，图2为20年一遇120 min净降雨过程线。4)管道排水能力。由于研究区域内排水管网规划较早，难以获取完整的雨水管线资料，现采用概化的方式计算区域内管网的排水能力。按照满流条件，雨水管网的流量为:
从情景模拟分析的角度考虑，城市暴雨洪涝灾害风险是指一定区域由一定发生概率的降水导致的地表积水对不同承灾体的危险程度。因此，研究洪水中承灾体的暴露性，将有助于决策者正确认知洪涝风险。利用上述模型，将不同重现期雨峰系数0.4、历时为120 min的降雨作为入流条件输入模型，计算区域内的积水分布情况，并将计算结果转化为承灾体风险分析所需要的数据。利用GIS的空间分析功能，从积水深度和降雨时间2个维度对承灾体的暴露性展开分析。由于建筑物有一定的阻水作用，在研究建筑物暴露性时，将其概化成与地表齐平的建筑用地进行淹没分析。首先根据各重现期降雨区域内的最大积水深度(图3)研究不同水深下承灾体的暴露性;再研究降雨历时内不同时刻道路、建筑物等承灾体的暴露性。分别统计不同积水深度(表1)和不同时刻(表2)下道路、建筑物受淹面积。根据《城镇洪涝防治技术规范》[17]，低于0.15m的积水不构成交通影响或其他危害;0.15～0.3 m的道路积水会对行人和交通产生影响，但不会造成人员伤亡;当积水超过0.15 m时，会造成建筑物内雍水。研究发现:1年一遇降雨道路积水主要在0.15 m以下，部分建筑物内会存在积水，但积水面积和深度较小;大于0.3 m的地表积水主要集中在城市个别低洼地带，降雨结束后可基本实现退水，不会影响城市的正常运转，即认为该情境下的降雨基本不会给城市带来风险。5年一遇降雨地表积水分布范围较1年一遇降雨有明显增加，出现了0.5 m以上的道路积水，但仅占道路总面积的3.2%，会影响到部分道路的正常通行;建筑物积水占建筑物总面积的0.6%，只需在城市局部地区做好防范措施，也可给予适当的人为干预及时将积水排除，该情境下的降雨城市相对安全。10年一遇降雨道路、建筑物积水面积较5年一遇降雨分别增加了12%和16%，城市内涝程度进一步恶化。当遭遇20年一遇降雨时，此时易对行人造成伤亡大于0.3 m的道路积水占道路总面积的12%，大部分道路行人和车辆均无法通行;建筑物内大量雍水，且退水缓慢，会造成大量的财产损失和人员伤亡，严重阻碍了城市的正常运行，需要进一步进行风险评估。通过研究道路、建筑物等承灾体的暴露性得到以下结论:(1)从降雨时间维度看，在降雨开始后的60～80 min，承灾体的暴露性会达到最大值，且暴雨重现期越大，最大值(拐点)出现的时间越晚。(2)设计降雨为历时120min、雨峰0.4的暴雨，第48 min雨峰出现后，虽然降雨强度有所减弱，但积水范围和积水深度继续增大，导致承灾体暴露性也随之增大，说明该地区的排水能力较弱。特别在遭遇短历时强降雨时，积水区域难以实现快速退水，极易产生内涝。(3)5年一遇、10年一遇、20年一遇降雨承灾体的受淹面积较1年一遇降雨各增加了91%、116%、142%，即区域内承灾体的暴露性与暴雨重现期的变化呈现正相关，灾害风险也逐步增加。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MIKE模型在城市及流域水文——环境模拟中的应用进展[J]. 穆聪,李家科,邓朝显,李亚娇,张蓓,邓陈宁. 水资源与水工程学报. 2019(02)
[2]基于积水特征和暴露脆弱性的城市内涝风险评估[J]. 王成坤,黄纪萍,曾胜,叶淦升,林春生. 中国给水排水. 2019(05)
[3]基于GIS的公路洪灾危险性空间模糊综合评价[J]. 李梦梅,牟凤云,林孝松,龙秋月,崔梦瑞. 中国安全科学学报. 2018(11)
[4]基于MIKE11模型与GIS的平原感潮城市洪涝灾害研究[J]. 诸葛绪霞,吕军,任锦亮. 水利技术监督. 2018(05)
[5]我国城市内涝防治现状及问题分析[J]. 周宏,刘俊,高成,欧淑芳. 灾害学. 2018(03)
[6]雨洪灾害情境下城市韧性评估模型[J]. 陈长坤,陈以琴,施波,徐童. 中国安全科学学报. 2018(04)
[7]MIKE 21模型及其在城市内涝模拟中的应用[J]. 麻蓉,白涛,黄强,杨旺旺. 自然灾害学报. 2017(04)
[8]城市内涝积水点分布模拟及治理策略初探[J]. 满霞玉,李丽,顾雯,石晓丹,申瑞凤. 水电能源科学. 2017(03)
[9]城市地下空间水灾试验与数值模拟研究综述[J]. 吴建松,许声弟,张辉. 中国安全科学学报. 2016(09)
[10]洪水中人体稳定性条件的理论分析及试验研究[J]. 夏军强,古安川,舒彩文,果鹏. 灾害学. 2014(02)
博士论文
[1]堤坝溃决水流数学模型及其应用研究[D]. 张大伟.清华大学 2008
本文编号：3345000
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