基于多模型耦合的城市雨水系統(tǒng)工況模擬與內(nèi)澇風險精準評估研究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球氣候變化和城市化進程的加速，城市面臨的內(nèi)澇問題日益嚴峻。近年來，極端降雨事件頻繁發(fā)生，城市雨水系統(tǒng)承受著前所未有的壓力。城市內(nèi)澇不僅會導致交通癱瘓、基礎設施損壞，還可能對居民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，給社會經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大損失。據(jù)住建部2010年對32個省的351個城市的內(nèi)澇情況調(diào)研顯示，自2008年起，有213個城市發(fā)生過不同程度的積水內(nèi)澇，占調(diào)查城市的62%；內(nèi)澇災害一年超過3次以上的城市就有137個，甚至連干旱少雨的西安、沈陽等西部和北部城市也未能幸免。2016年長江中下游、華南、華北等地區(qū)多數(shù)城市經(jīng)歷了嚴重內(nèi)澇；同年6月19日，武漢、九江、景德鎮(zhèn)、瀘州等多地同時告急；8月底，受臺風獅子山影響，東北延吉等多個城市內(nèi)澇嚴重。這些頻繁發(fā)生的城市內(nèi)澇事件，凸顯了城市雨水系統(tǒng)在應對極端降雨時的脆弱性，也警示著我們加強城市雨水系統(tǒng)研究的緊迫性。城市雨水系統(tǒng)作為城市基礎設施的重要組成部分，其工況直接關系到城市的排水防澇能力。傳統(tǒng)的城市雨水系統(tǒng)設計往往基于一定的降雨重現(xiàn)期和排水標準，但在氣候變化和城市快速發(fā)展的背景下，這些標準可能已無法滿足實際需求。城市下墊面的改變，如大量的土地被硬化，植被覆蓋減少，導致地表徑流系數(shù)增大，雨水匯流速度加快，增加了雨水系統(tǒng)的負荷。同時，城市建設過程中排水設施建設力度不夠、規(guī)劃設計不合理以及運營維護管理不及時等問題，也使得城市雨水系統(tǒng)在應對強降雨時顯得力不從心。因此，深入了解城市雨水系統(tǒng)的工況，對其進行準確的模擬分析，成為解決城市內(nèi)澇問題的關鍵一步。城市雨水系統(tǒng)工況模擬能夠通過建立數(shù)學模型，對雨水在城市中的產(chǎn)生、徑流、收集、輸送等過程進行定量描述和分析。通過模擬，可以直觀地了解不同降雨條件下城市雨水系統(tǒng)的運行狀態(tài)，包括管網(wǎng)水流情況、積水區(qū)域分布、積水深度和時間等信息。這些信息為城市雨水系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、運行管理以及內(nèi)澇風險評估提供了科學依據(jù)，有助于優(yōu)化雨水系統(tǒng)的布局和參數(shù)，提高其排水能力和效率。內(nèi)澇風險評價則是在工況模擬的基礎上，綜合考慮致災因子（如積水深度、積水時間等）、承災體（如人口、經(jīng)濟、交通等）和孕災環(huán)境（如水文、氣象、地質(zhì)、地貌條件）等因素，對城市內(nèi)澇可能造成的損失和影響進行評估和預測。通過內(nèi)澇風險評價，可以確定城市內(nèi)澇的高風險區(qū)域和敏感區(qū)域，為制定針對性的防災減災措施提供參考。例如，對于內(nèi)澇風險較高的區(qū)域，可以加強排水設施建設，提高排水標準；對于重要的承災體，如醫(yī)院、學校、交通樞紐等，可以制定特殊的應急預案，確保在發(fā)生內(nèi)澇時能夠保障其正常運行和人員安全。本研究對城市規(guī)劃、排水系統(tǒng)設計以及城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。在城市規(guī)劃方面，通過雨水系統(tǒng)工況模擬與內(nèi)澇風險評價，可以為城市土地利用規(guī)劃提供科學指導。合理規(guī)劃城市的綠地、水體、道路和建筑物布局，增加城市的透水面積，優(yōu)化雨水的自然調(diào)蓄空間，從而減少地表徑流的產(chǎn)生，降低內(nèi)澇風險。在排水系統(tǒng)設計方面，模擬和評價結(jié)果可以幫助設計師優(yōu)化排水管網(wǎng)的布局和管徑，合理設置雨水泵站和調(diào)蓄設施，提高排水系統(tǒng)的整體性能和可靠性。此外，本研究還有助于提高城市的應急管理能力，通過提前識別內(nèi)澇風險區(qū)域和制定應急預案，能夠在災害發(fā)生時快速響應，有效減少災害損失，保障城市的安全和可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀城市雨水系統(tǒng)工況模擬與內(nèi)澇風險評價作為城市水文學和城市規(guī)劃領域的重要研究方向，受到了國內(nèi)外學者的廣泛關注。隨著城市化進程的加速和氣候變化的影響，城市內(nèi)澇問題日益嚴重，推動了相關研究的不斷深入。下面將分別從城市雨水系統(tǒng)模擬技術和內(nèi)澇風險評價方法兩個方面對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行綜述。1.2.1城市雨水系統(tǒng)模擬技術國外對城市雨水系統(tǒng)模擬的研究起步較早，20世紀60年代起就已開始相關探索。早期的模擬主要基于簡單的經(jīng)驗公式和概念模型，隨著計算機技術的發(fā)展，逐漸向復雜的數(shù)學模型和數(shù)值模擬轉(zhuǎn)變。目前，國外已開發(fā)出多種成熟的城市雨水系統(tǒng)模擬軟件，在城市排水規(guī)劃、設計和管理中發(fā)揮了重要作用。美國環(huán)境保護署（EPA）開發(fā)的暴雨洪水管理模型（SWMM），可對城市降雨、產(chǎn)流、匯流以及管網(wǎng)水流等過程進行模擬，能夠分析不同降雨條件下城市雨水系統(tǒng)的運行狀況，還可用于評估城市雨水管理措施的效果，如低影響開發(fā)設施對徑流的削減作用。該模型具有開放性和靈活性，用戶可根據(jù)研究區(qū)域的特點進行參數(shù)設置和模型擴展，應用范圍廣泛，已在全球多個城市的雨水系統(tǒng)研究中得到應用。英國HRWallingford公司研發(fā)的InfoWorksICM是一款綜合性的城市排水與水環(huán)境模擬軟件，它不僅能模擬城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)，還能對河流水動力、水質(zhì)以及地下水等進行耦合模擬，全面反映城市水循環(huán)過程。InfoWorksICM具備強大的數(shù)據(jù)處理和可視化功能，能夠直觀展示模擬結(jié)果，幫助決策者更好地理解城市雨水系統(tǒng)的運行機制和問題所在，常用于城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃、設計和改造項目中。國內(nèi)對城市雨水系統(tǒng)模擬的研究相對較晚，但近年來發(fā)展迅速。隨著城市化進程的加快和城市內(nèi)澇問題的凸顯，國內(nèi)學者開始重視城市雨水系統(tǒng)模擬技術的研究和應用。在引進國外先進模擬軟件的基礎上，結(jié)合國內(nèi)城市的特點和需求，進行了二次開發(fā)和應用研究。一些學者利用SWMM模型對國內(nèi)城市的雨水系統(tǒng)進行模擬分析，研究不同降雨情景下城市內(nèi)澇的發(fā)生規(guī)律和影響因素，為城市排水規(guī)劃和內(nèi)澇防治提供了科學依據(jù)。例如，有研究運用SWMM模型對北京市某區(qū)域的雨水系統(tǒng)進行模擬，分析了管網(wǎng)節(jié)點的溢流情況和地表積水深度分布，提出了優(yōu)化排水管網(wǎng)布局和增加調(diào)蓄設施的建議。此外，國內(nèi)也在自主研發(fā)城市雨水系統(tǒng)模擬軟件方面取得了一定進展，一些科研機構(gòu)和高校開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的模擬軟件，這些軟件在功能和性能上逐漸接近國外同類軟件，為我國城市雨水系統(tǒng)的研究和管理提供了更多選擇。1.2.2內(nèi)澇風險評價方法國外在城市內(nèi)澇風險評價方面的研究較為深入，形成了多種評價方法和體系。早期的內(nèi)澇風險評價主要基于歷史災情數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析洪水發(fā)生的頻率、強度和損失等指標，對風險進行評估。隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）等技術的發(fā)展，內(nèi)澇風險評價方法逐漸向基于多源數(shù)據(jù)和模型的綜合評價轉(zhuǎn)變。目前，常用的內(nèi)澇風險評價方法包括基于指標體系的評價方法、基于水文水動力模型的評價方法以及基于機器學習的評價方法等?；谥笜梭w系的評價方法是通過選取一系列反映內(nèi)澇風險的指標，如地形地貌、土地利用、降雨強度、排水能力等，構(gòu)建評價指標體系，采用層次分析法（AHP）、模糊綜合評價法等方法確定各指標的權重，進而對城市內(nèi)澇風險進行綜合評價。這種方法簡單易行，能夠直觀反映內(nèi)澇風險的影響因素，但指標的選取和權重的確定存在一定的主觀性?；谒乃畡恿δＰ偷脑u價方法是利用水文水動力模型對城市降雨徑流和內(nèi)澇過程進行模擬，獲取內(nèi)澇的淹沒范圍、水深、流速等信息，結(jié)合承災體的分布和脆弱性，評估內(nèi)澇風險。該方法能夠準確模擬內(nèi)澇的發(fā)生發(fā)展過程，評價結(jié)果較為可靠，但模型的構(gòu)建和參數(shù)率定較為復雜，需要大量的數(shù)據(jù)支持?；跈C器學習的評價方法則是利用機器學習算法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機等，對歷史內(nèi)澇數(shù)據(jù)和相關影響因素進行學習和訓練，建立內(nèi)澇風險預測模型，實現(xiàn)對內(nèi)澇風險的快速評估和預測。這種方法具有較強的適應性和預測能力，但模型的訓練需要大量的數(shù)據(jù)，且對數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求較高。國內(nèi)在城市內(nèi)澇風險評價方面的研究也取得了豐碩的成果。學者們結(jié)合國內(nèi)城市的特點和實際情況，對國外的評價方法進行了改進和創(chuàng)新，提出了一系列適合我國城市的內(nèi)澇風險評價方法。例如，有研究將層次分析法與模糊綜合評價法相結(jié)合，構(gòu)建了城市內(nèi)澇風險評價指標體系，對城市內(nèi)澇風險進行了評價，并根據(jù)評價結(jié)果提出了相應的防治措施。還有研究利用GIS技術和水文水動力模型，對城市內(nèi)澇進行模擬分析，在此基礎上結(jié)合社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，對城市內(nèi)澇的風險進行了評估和區(qū)劃，為城市內(nèi)澇防治規(guī)劃提供了科學依據(jù)。此外，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術的發(fā)展，國內(nèi)也開始將這些新技術應用于城市內(nèi)澇風險評價中，探索更加準確、高效的評價方法。1.2.3研究不足盡管國內(nèi)外在城市雨水系統(tǒng)工況模擬與內(nèi)澇風險評價方面取得了顯著進展，但仍存在一些不足之處。在模擬技術方面，現(xiàn)有模型對復雜城市下墊面條件和城市雨水系統(tǒng)中各種非線性過程的模擬能力有待提高。例如，對于城市中大量存在的不規(guī)則地形、建筑物密集區(qū)域以及不同排水體制的混合等情況，模型的模擬精度和可靠性可能受到影響。同時，模型的參數(shù)率定和驗證過程較為復雜，需要大量的實測數(shù)據(jù)支持，而實際中往往難以獲取足夠準確和全面的數(shù)據(jù)，這也限制了模型的應用效果。在風險評價方面，雖然已經(jīng)提出了多種評價方法，但不同方法之間的兼容性和可比性較差，缺乏統(tǒng)一的評價標準和規(guī)范。此外，目前的風險評價方法在考慮承災體的動態(tài)變化和社會經(jīng)濟因素的影響方面還存在不足，難以準確評估內(nèi)澇災害對城市社會經(jīng)濟系統(tǒng)的綜合影響。同時，對于內(nèi)澇風險的不確定性分析還不夠深入，無法為城市內(nèi)澇防治決策提供全面的風險信息。在數(shù)據(jù)方面，城市雨水系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)的獲取和整合難度較大，數(shù)據(jù)的準確性、時效性和完整性也有待提高。不同部門和機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)共享機制不完善，導致數(shù)據(jù)重復采集和浪費，同時也影響了研究的效率和質(zhì)量。此外，對于一些新興技術，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等在城市雨水系統(tǒng)模擬與內(nèi)澇風險評價中的應用還處于探索階段，相關技術的成熟度和穩(wěn)定性有待進一步提高。綜上所述，城市雨水系統(tǒng)工況模擬與內(nèi)澇風險評價是一個具有重要理論和實踐意義的研究領域。雖然國內(nèi)外在該領域已經(jīng)取得了一定的成果，但仍有許多問題需要進一步研究和解決。未來的研究應致力于改進模擬技術和風險評價方法，提高模型的精度和可靠性，加強數(shù)據(jù)的獲取和整合，推動新興技術的應用，為城市內(nèi)澇防治提供更加科學、有效的支持。1.3研究目標與內(nèi)容本研究旨在通過對城市雨水系統(tǒng)工況的深入模擬和內(nèi)澇風險的科學評價，構(gòu)建一套全面、準確、實用的城市雨水系統(tǒng)模擬與內(nèi)澇風險評價體系，為城市排水防澇規(guī)劃、設計、管理以及防災減災決策提供有力的技術支持和科學依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下：城市雨水系統(tǒng)模型構(gòu)建：收集研究區(qū)域的地形地貌、土地利用、氣象水文、排水管網(wǎng)等基礎數(shù)據(jù)，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術對數(shù)據(jù)進行處理和分析，構(gòu)建高精度的數(shù)字高程模型（DEM）。根據(jù)研究區(qū)域的特點和需求，選擇合適的城市雨水系統(tǒng)模擬軟件，如SWMM、InfoWorksICM等，建立城市雨水系統(tǒng)模型。模型應能夠準確模擬城市降雨、產(chǎn)流、匯流以及管網(wǎng)水流等過程，考慮不同排水體制（如合流制、分流制）和排水設施（如雨水泵站、調(diào)蓄池）的影響。對建立的模型進行參數(shù)率定和驗證，通過與實測數(shù)據(jù)的對比分析，調(diào)整模型參數(shù)，提高模型的模擬精度和可靠性。利用驗證后的模型，對不同降雨情景下城市雨水系統(tǒng)的運行工況進行模擬分析，包括管網(wǎng)節(jié)點的流量、壓力、溢流情況，以及地表的積水深度、積水范圍和積水時間等。內(nèi)澇風險評價指標體系構(gòu)建：分析城市內(nèi)澇的形成機制和影響因素，從致災因子、承災體和孕災環(huán)境三個方面選取評價指標，構(gòu)建城市內(nèi)澇風險評價指標體系。致災因子指標包括積水深度、積水時間、淹沒范圍、流速等；承災體指標包括人口密度、經(jīng)濟密度、建筑密度、交通密度、重要設施分布等；孕災環(huán)境指標包括地形地貌（如高程、坡度、坡向）、土地利用類型、土壤類型、水文地質(zhì)條件、氣象條件（如降雨強度、頻率）等。采用層次分析法（AHP）、主成分分析法（PCA）等方法確定各評價指標的權重，綜合考慮各指標的重要性，反映城市內(nèi)澇風險的實際情況。內(nèi)澇風險評價方法研究：基于構(gòu)建的指標體系和確定的權重，采用模糊綜合評價法、灰色關聯(lián)分析法、風險矩陣法等方法對城市內(nèi)澇風險進行評價，得到城市內(nèi)澇風險等級分布圖。比較不同評價方法的優(yōu)缺點和適用范圍，結(jié)合研究區(qū)域的特點和數(shù)據(jù)情況，選擇最合適的評價方法，提高內(nèi)澇風險評價的準確性和可靠性。利用地理信息系統(tǒng)（GIS）強大的空間分析功能，將內(nèi)澇風險評價結(jié)果與城市空間數(shù)據(jù)進行疊加分析，直觀展示城市內(nèi)澇風險的空間分布特征，確定高風險區(qū)域和敏感區(qū)域。內(nèi)澇風險應對策略研究：根據(jù)內(nèi)澇風險評價結(jié)果，針對不同風險等級的區(qū)域，提出相應的工程性和非工程性應對策略。工程性措施包括優(yōu)化排水管網(wǎng)布局、加大排水管道管徑、增設雨水泵站和調(diào)蓄設施、建設海綿城市設施（如透水鋪裝、雨水花園、下沉式綠地等），提高城市排水防澇能力；非工程性措施包括加強城市規(guī)劃管理、制定應急預案、建立預警系統(tǒng)、開展公眾教育等，提高城市應對內(nèi)澇災害的能力和水平。對提出的應對策略進行效果評估，利用模擬模型預測實施應對策略后城市雨水系統(tǒng)的運行工況和內(nèi)澇風險變化情況，分析應對策略的有效性和可行性，為城市內(nèi)澇防治決策提供科學依據(jù)。1.4研究方法與技術路線本研究綜合運用多種研究方法，以確保研究的科學性、全面性和有效性。具體研究方法如下：數(shù)據(jù)收集與整理：通過實地調(diào)研、文獻查閱、網(wǎng)絡搜索以及與相關部門合作等方式，廣泛收集研究區(qū)域的地形地貌、土地利用、氣象水文、排水管網(wǎng)等基礎數(shù)據(jù)。對收集到的數(shù)據(jù)進行整理、分析和預處理，確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性，為后續(xù)的模型構(gòu)建和分析提供可靠的數(shù)據(jù)支持。例如，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術對地形數(shù)據(jù)進行處理，生成高精度的數(shù)字高程模型（DEM），用于模擬雨水的地表徑流和積水情況；收集多年的氣象數(shù)據(jù)，包括降雨量、降雨強度、降雨歷時等，分析降雨的時空分布特征，為設定不同的降雨情景提供依據(jù)。模型構(gòu)建與模擬分析：根據(jù)研究區(qū)域的特點和需求，選擇合適的城市雨水系統(tǒng)模擬軟件，如SWMM、InfoWorksICM等，建立城市雨水系統(tǒng)模型。在模型構(gòu)建過程中，充分考慮城市雨水系統(tǒng)的各個組成部分和運行過程，包括降雨、產(chǎn)流、匯流以及管網(wǎng)水流等。通過對模型進行參數(shù)率定和驗證，確保模型能夠準確模擬城市雨水系統(tǒng)的實際運行工況。利用驗證后的模型，對不同降雨情景下城市雨水系統(tǒng)的運行工況進行模擬分析，獲取管網(wǎng)節(jié)點的流量、壓力、溢流情況，以及地表的積水深度、積水范圍和積水時間等信息，為內(nèi)澇風險評價提供數(shù)據(jù)基礎。指標體系構(gòu)建與權重確定：分析城市內(nèi)澇的形成機制和影響因素，從致災因子、承災體和孕災環(huán)境三個方面選取評價指標，構(gòu)建城市內(nèi)澇風險評價指標體系。采用層次分析法（AHP）、主成分分析法（PCA）等方法確定各評價指標的權重，綜合考慮各指標的重要性，反映城市內(nèi)澇風險的實際情況。例如，運用層次分析法時，通過專家問卷調(diào)查等方式，構(gòu)建判斷矩陣，計算各指標的相對權重；利用主成分分析法，對原始數(shù)據(jù)進行降維處理，提取主要成分，確定各成分的權重，從而得到各評價指標的綜合權重。風險評價方法應用與比較：基于構(gòu)建的指標體系和確定的權重，采用模糊綜合評價法、灰色關聯(lián)分析法、風險矩陣法等方法對城市內(nèi)澇風險進行評價，得到城市內(nèi)澇風險等級分布圖。比較不同評價方法的優(yōu)缺點和適用范圍，結(jié)合研究區(qū)域的特點和數(shù)據(jù)情況，選擇最合適的評價方法，提高內(nèi)澇風險評價的準確性和可靠性。例如，模糊綜合評價法能夠處理評價過程中的模糊性和不確定性，但計算過程相對復雜；灰色關聯(lián)分析法對數(shù)據(jù)要求較低，能夠快速確定各因素之間的關聯(lián)程度，但評價結(jié)果可能存在一定的主觀性。通過對比分析，選擇最適合本研究區(qū)域的評價方法，或者將多種方法相結(jié)合，提高評價結(jié)果的可信度。案例分析與實證研究：選取典型城市或區(qū)域作為研究案例，運用上述研究方法對其城市雨水系統(tǒng)工況進行模擬分析，并對內(nèi)澇風險進行評價。通過對案例的實證研究，驗證研究方法和模型的有效性和實用性，同時為實際城市內(nèi)澇防治提供參考和借鑒。在案例分析過程中，深入分析城市內(nèi)澇的成因、特點和規(guī)律，結(jié)合當?shù)氐膶嶋H情況，提出針對性的內(nèi)澇風險應對策略，并評估其實施效果。本研究的技術路線如圖1-1所示。首先，明確研究目標和內(nèi)容，收集相關基礎數(shù)據(jù)。然后，利用GIS技術對數(shù)據(jù)進行處理和分析，構(gòu)建城市雨水系統(tǒng)模型，并進行參數(shù)率定和驗證。在此基礎上，對不同降雨情景下城市雨水系統(tǒng)的運行工況進行模擬分析，獲取內(nèi)澇相關數(shù)據(jù)。接著，構(gòu)建內(nèi)澇風險評價指標體系，確定指標權重，采用合適的評價方法對城市內(nèi)澇風險進行評價，得到風險等級分布圖。最后，根據(jù)風險評價結(jié)果，提出內(nèi)澇風險應對策略，并進行效果評估，為城市排水防澇規(guī)劃、設計、管理以及防災減災決策提供科學依據(jù)。[此處插入技術路線圖1-1][此處插入技術路線圖1-1]二、城市雨水系統(tǒng)工況模擬技術與方法2.1模擬技術概述2.1.1常用模擬軟件介紹城市雨水系統(tǒng)工況模擬軟件是實現(xiàn)對城市雨水系統(tǒng)運行狀態(tài)進行定量分析的重要工具。目前，國內(nèi)外開發(fā)了多種不同類型的模擬軟件，這些軟件在功能、適用場景和優(yōu)缺點等方面存在一定差異，下面將對一些常用的模擬軟件進行介紹。SWMM（StormWaterManagementModel）：SWMM是美國環(huán)境保護署（EPA）開發(fā)的一款應用廣泛的城市雨水系統(tǒng)模擬軟件。該軟件可對城市降雨、產(chǎn)流、匯流以及管網(wǎng)水流等過程進行動態(tài)模擬，適用于城市區(qū)域的徑流水量和水質(zhì)的單一事件或者長期（連續(xù)）模擬。在徑流模擬方面，它針對接受降水、產(chǎn)生徑流和污染物負荷的子匯水面積集合進行操作，能夠準確計算不同下墊面條件下的徑流量。在演算部分，通過管道、渠道、蓄水/處理設施、水泵和調(diào)節(jié)器等組成的系統(tǒng)輸送徑流，并跟蹤模擬時段內(nèi)每一子匯水面積產(chǎn)生的徑流水量和水質(zhì)，以及每一管渠內(nèi)的流量、水深和水質(zhì)。SWMM具有開放性和靈活性，用戶可根據(jù)研究區(qū)域的特點自行設置參數(shù)，進行模型擴展，其模型結(jié)構(gòu)相對簡單，易于理解和掌握，在城市雨水管網(wǎng)規(guī)劃、設計和改造，以及低影響開發(fā)設施效果評估等方面應用廣泛。例如，在評估某城市建設雨水花園、透水鋪裝等低影響開發(fā)設施對徑流的削減作用時，可利用SWMM建立模型，對比設施建設前后雨水系統(tǒng)的運行狀況。然而，SWMM也存在一定的局限性，它主要側(cè)重于一維管網(wǎng)水流模擬，對于復雜地形和大面積淹沒等二維水流問題的模擬能力相對較弱；同時，在模擬大規(guī)模城市雨水系統(tǒng)時，數(shù)據(jù)處理和計算時間可能較長。InfoWorksICM（IntegratedCatchmentModelling）：InfoWorksICM是英國HRWallingford公司研發(fā)的一款綜合性城市排水與水環(huán)境模擬軟件。該軟件功能強大，不僅能模擬城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)，還可對河流水動力、水質(zhì)以及地下水等進行耦合模擬，全面反映城市水循環(huán)過程。它以數(shù)據(jù)庫為架構(gòu)，旨在支持大型模型，模型團隊可共享數(shù)據(jù)庫，長久有效存儲模型項目成果。InfoWorksICM將城市排水管網(wǎng)及河道一維水力模型與區(qū)域二維雨洪淹沒模型相結(jié)合，在城市雨洪模擬方面表現(xiàn)出色，能夠準確模擬不同降雨條件下城市內(nèi)澇的淹沒范圍、水深和流速等情況。例如，在對某城市的暴雨內(nèi)澇進行模擬時，利用InfoWorksICM構(gòu)建的模型可以清晰展示內(nèi)澇在城市中的蔓延過程，為城市防洪減災決策提供詳細的數(shù)據(jù)支持。此外，該軟件具備強大的數(shù)據(jù)處理和可視化功能，能夠直觀展示模擬結(jié)果，幫助決策者更好地理解城市雨水系統(tǒng)的運行機制和問題所在。但其軟件價格相對較高，對硬件配置要求也較高，模型構(gòu)建和參數(shù)率定過程較為復雜，需要專業(yè)的技術人員進行操作，這在一定程度上限制了其應用范圍。MIKE系列模型：MIKE系列模型是由丹麥水力研究所（DHI）研發(fā)的，包括MIKE21、MIKEUrban、MIKEFLOOD等多個模塊，被廣泛用于城市徑流、管道水流和暴雨事件模擬。MIKE21主要用于二維水動力模擬，能夠精確模擬復雜地形下的水流運動，如河道、海岸等區(qū)域的水流情況；MIKEUrban專注于城市排水系統(tǒng)的模擬，可對管網(wǎng)水流、地表徑流等進行分析；MIKEFLOOD則實現(xiàn)了一維和二維模型的耦合，可用于模擬城市雨洪過程中的洪水演進和淹沒情況。該系列模型在處理復雜水力問題方面具有優(yōu)勢，能夠考慮多種因素的影響，如地形、糙率、邊界條件等，模擬結(jié)果較為準確。在模擬某沿海城市遭受風暴潮和暴雨共同影響下的城市內(nèi)澇時，MIKE系列模型可以綜合考慮海洋潮汐、風暴潮增水以及城市雨水系統(tǒng)的排水能力，為城市制定防洪防潮措施提供科學依據(jù)。然而，MIKE系列模型的操作相對復雜，學習成本較高，不同模塊之間的數(shù)據(jù)交互和整合需要一定的技術經(jīng)驗，且模型的計算時間較長，對計算機性能要求較高。EFDC（EnvironmentalFluidDynamicsCode）：EFDC是一款三維環(huán)境流體動力學模型，可用于模擬湖泊、河流、河口和海洋等水體的水動力、水質(zhì)、泥沙輸運和生態(tài)過程。雖然它并非專門為城市雨水系統(tǒng)設計，但在城市水環(huán)境模擬中也有應用，特別是在研究城市雨水與受納水體之間的相互作用時具有一定優(yōu)勢。EFDC能夠考慮水體的三維特性，如溫度、鹽度等因素對水流和物質(zhì)輸運的影響，通過建立城市雨水排放口與受納水體的耦合模型，可以分析雨水排放對受納水體水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的影響。在研究某城市雨水排放對附近河流的水質(zhì)影響時，利用EFDC模型可以模擬雨水中污染物在河流中的擴散和遷移過程，為制定合理的雨水排放和水質(zhì)保護措施提供依據(jù)。然而，EFDC模型的輸入數(shù)據(jù)要求較高，需要詳細的地形、水文和水質(zhì)等數(shù)據(jù)，模型的設置和運行較為復雜，對于城市雨水系統(tǒng)這種相對較小尺度的模擬，可能存在計算資源浪費的問題。2.1.2模擬技術發(fā)展趨勢隨著計算機技術、信息技術和水文水資源學科的不斷發(fā)展，城市雨水系統(tǒng)工況模擬技術也呈現(xiàn)出一系列新的發(fā)展趨勢，這些趨勢將有助于提高模擬的精度和效率，拓展模擬的應用范圍，為城市雨水系統(tǒng)的規(guī)劃、設計和管理提供更有力的支持。精細化：未來的模擬技術將更加注重對城市雨水系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的精細化描述和模擬。一方面，對城市下墊面條件的刻畫將更加細致，考慮到不同土地利用類型、建筑物分布、地形地貌等因素對雨水徑流的影響。例如，利用高分辨率的遙感影像和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術，獲取更加準確的城市下墊面信息，將其融入到模擬模型中，提高模型對地表徑流的模擬精度。另一方面，對雨水系統(tǒng)中各種水力過程的模擬將更加深入，考慮到水流的紊動、能量損失、管道摩阻等因素，使模擬結(jié)果更加接近實際情況。在模擬雨水在管網(wǎng)中的流動時，采用更加精確的水力學方程和算法，考慮管道的粗糙度、坡度、管徑變化等因素對水流的影響，提高對管網(wǎng)水流狀態(tài)的模擬準確性。此外，還將關注雨水系統(tǒng)中污染物的產(chǎn)生、遷移和轉(zhuǎn)化過程，實現(xiàn)對雨水水質(zhì)的精細化模擬，為城市水環(huán)境治理提供更詳細的信息。智能化：智能化是城市雨水系統(tǒng)模擬技術發(fā)展的重要方向之一。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術的快速發(fā)展，這些技術將逐漸應用于城市雨水系統(tǒng)模擬中，實現(xiàn)模擬過程的智能化。通過物聯(lián)網(wǎng)技術，實時采集城市雨水系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)，如降雨量、水位、流量、水質(zhì)等，將這些數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)侥M模型中，實現(xiàn)模型的實時更新和校準，提高模擬的準確性和時效性。利用大數(shù)據(jù)技術，對大量的歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，提取有用的信息，為模擬模型的參數(shù)率定、模型驗證和預測提供支持。人工智能技術，如機器學習、深度學習等，將被應用于模擬模型的構(gòu)建和優(yōu)化中，使模型能夠自動學習和適應不同的降雨條件和系統(tǒng)工況，提高模型的預測能力和適應性。通過深度學習算法訓練模型，使其能夠根據(jù)歷史降雨數(shù)據(jù)和雨水系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，預測未來不同降雨情景下的雨水系統(tǒng)運行狀態(tài)，為城市排水防澇決策提供科學依據(jù)。多模型耦合：城市雨水系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，涉及到水文、水力、水質(zhì)、生態(tài)等多個方面，單一的模擬模型往往難以全面準確地描述和模擬其運行過程。因此，多模型耦合將成為未來模擬技術發(fā)展的必然趨勢。通過將不同類型的模型進行耦合，如將水文模型、水動力模型、水質(zhì)模型、生態(tài)模型等進行有機結(jié)合，實現(xiàn)對城市雨水系統(tǒng)多過程、多尺度的綜合模擬。在模擬城市雨水系統(tǒng)時，將水文模型用于計算降雨徑流過程，水動力模型用于模擬管網(wǎng)水流和地表水流，水質(zhì)模型用于分析雨水中污染物的遷移和轉(zhuǎn)化，生態(tài)模型用于評估雨水系統(tǒng)對城市生態(tài)環(huán)境的影響，通過多模型耦合，全面反映城市雨水系統(tǒng)的運行機制和環(huán)境效應。此外，還將加強不同專業(yè)領域模型之間的耦合，如將城市規(guī)劃模型、地理信息系統(tǒng)（GIS）模型與雨水系統(tǒng)模擬模型進行耦合，實現(xiàn)城市雨水系統(tǒng)與城市規(guī)劃、土地利用等方面的協(xié)同分析，為城市可持續(xù)發(fā)展提供更全面的決策支持?？梢暬c交互性增強：為了更好地展示模擬結(jié)果，幫助決策者理解和應用模擬成果，未來的模擬技術將更加注重可視化和交互性的增強。利用虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）等技術，將模擬結(jié)果以更加直觀、生動的方式呈現(xiàn)出來，使決策者能夠身臨其境地感受城市雨水系統(tǒng)在不同降雨條件下的運行狀態(tài)。通過VR技術，構(gòu)建城市雨水系統(tǒng)的三維虛擬場景，用戶可以在場景中自由瀏覽，查看不同區(qū)域的積水深度、水流速度等信息，更加直觀地了解內(nèi)澇的發(fā)生和發(fā)展過程。同時，增強模擬軟件的交互性，用戶可以通過界面實時調(diào)整模擬參數(shù)，如降雨強度、排水管網(wǎng)管徑等，即時查看模擬結(jié)果的變化，實現(xiàn)對不同方案的快速評估和比較。在模擬軟件中設置參數(shù)調(diào)整界面，用戶可以根據(jù)實際需求調(diào)整排水管網(wǎng)的布局和參數(shù)，軟件即時顯示調(diào)整后的模擬結(jié)果，幫助用戶快速找到最優(yōu)的排水方案。這將有助于提高決策的科學性和效率，促進城市雨水系統(tǒng)的科學管理和優(yōu)化。2.2模擬方法與流程2.2.1數(shù)據(jù)采集與預處理數(shù)據(jù)是城市雨水系統(tǒng)工況模擬的基礎，其準確性和完整性直接影響模擬結(jié)果的可靠性。為了構(gòu)建精確的模擬模型，需要收集多方面的數(shù)據(jù)，并對其進行嚴格的預處理。地形數(shù)據(jù)是描述城市地表形態(tài)的重要信息，對于模擬雨水的地表徑流和積水分布起著關鍵作用。通常可通過全球定位系統(tǒng)（GPS）實地測量獲取高精度的地形控制點數(shù)據(jù)，利用全站儀、水準儀等測量儀器對特定區(qū)域的地形進行詳細測量，得到地形的三維坐標信息。同時，也可從地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般由衛(wèi)星遙感、航空攝影測量等技術生成，具有覆蓋范圍廣、分辨率較高的特點。例如，一些城市的地理空間數(shù)據(jù)平臺提供了不同分辨率的DEM數(shù)據(jù)，可根據(jù)研究區(qū)域的大小和模擬精度要求進行選擇。在獲取地形數(shù)據(jù)后，需對其進行預處理，包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、坐標系統(tǒng)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)平滑處理等，以消除數(shù)據(jù)中的噪聲和誤差，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。降雨數(shù)據(jù)是驅(qū)動城市雨水系統(tǒng)模擬的重要輸入，其準確性直接影響模擬結(jié)果的真實性?？蓮臍庀蟛块T獲取降雨數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常包括降雨量、降雨強度、降雨歷時、降雨時間間隔等信息，一般通過雨量站的監(jiān)測記錄得到。隨著氣象監(jiān)測技術的發(fā)展，現(xiàn)在還可以利用天氣雷達、衛(wèi)星遙感等技術獲取更全面、更準確的降雨信息。例如，天氣雷達能夠?qū)崟r監(jiān)測降雨的空間分布和強度變化，通過反演算法可得到高時空分辨率的降雨數(shù)據(jù)。在獲取降雨數(shù)據(jù)后，需對其進行質(zhì)量控制和分析，檢查數(shù)據(jù)的完整性和準確性，剔除異常值和錯誤數(shù)據(jù)。同時，還需根據(jù)模擬的時間步長和精度要求，對降雨數(shù)據(jù)進行插值和離散化處理，使其能夠滿足模擬模型的輸入要求。排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)是城市雨水系統(tǒng)的核心組成部分，包括管網(wǎng)的布局、管徑、坡度、管材、節(jié)點位置等信息?？赏ㄟ^城市排水部門、市政工程設計單位等獲取排水管網(wǎng)的圖紙和相關資料，這些資料一般以CAD圖紙、GIS數(shù)據(jù)等形式存在。在獲取管網(wǎng)數(shù)據(jù)后，需對其進行數(shù)字化處理，將圖紙上的管網(wǎng)信息轉(zhuǎn)換為計算機可識別的數(shù)字格式，如Shapefile格式、GeoJSON格式等。同時，還需對管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行拓撲檢查和修正，確保管網(wǎng)的連接關系正確，不存在拓撲錯誤，如管網(wǎng)的斷頭、重疊、交叉等問題。此外，還需根據(jù)實際情況對管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行補充和完善，如獲取管網(wǎng)的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)（如流量、水位等），這些數(shù)據(jù)可通過安裝在管網(wǎng)上的流量計、水位計等監(jiān)測設備實時采集得到。土地利用數(shù)據(jù)反映了城市地表的覆蓋類型，不同的土地利用類型具有不同的下墊面特性，如透水率、糙率等，這些特性會影響雨水的產(chǎn)流和匯流過程?？蓮耐恋刭Y源管理部門、城市規(guī)劃部門等獲取土地利用數(shù)據(jù)，一般以土地利用現(xiàn)狀圖的形式存在。同時，也可利用遙感影像解譯技術獲取最新的土地利用信息，通過對高分辨率遙感影像的分析和分類，識別出不同的土地利用類型。在獲取土地利用數(shù)據(jù)后，需對其進行分類和編碼，將不同的土地利用類型按照一定的標準進行分類，如分為建設用地、綠地、水體、農(nóng)田等，并賦予相應的編碼，以便在模擬模型中進行識別和處理。此外，還需根據(jù)土地利用類型的特點，確定其對應的下墊面參數(shù)，如透水率、糙率等，這些參數(shù)可通過實地測量、實驗研究或參考相關文獻資料獲取。土壤數(shù)據(jù)對于模擬雨水的下滲過程至關重要，包括土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤孔隙度、土壤滲透率等信息。可通過土壤調(diào)查部門、農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)等獲取土壤數(shù)據(jù)，一般以土壤分布圖、土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)等形式存在。在獲取土壤數(shù)據(jù)后，需對其進行整理和分析，將土壤數(shù)據(jù)與研究區(qū)域進行匹配，確定不同區(qū)域的土壤類型和相關參數(shù)。同時，還需根據(jù)土壤的特性，選擇合適的下滲模型和參數(shù)，如霍頓下滲公式、格林-安普特下滲模型等，這些模型和參數(shù)可根據(jù)實際情況進行調(diào)整和優(yōu)化，以提高模擬的精度。2.2.2模型構(gòu)建與參數(shù)設置在完成數(shù)據(jù)采集與預處理后，接下來的關鍵步驟是構(gòu)建城市雨水系統(tǒng)模型，并合理設置模型參數(shù)。模型構(gòu)建的準確性和參數(shù)設置的合理性直接決定了模擬結(jié)果的可靠性和精度。首先，需要根據(jù)研究區(qū)域的特點和模擬目的，選擇合適的模擬軟件，如前文所述的SWMM、InfoWorksICM、MIKE系列模型等。以SWMM模型為例，其模型結(jié)構(gòu)主要由子匯水面積、管網(wǎng)、蓄水/處理設施、水泵和調(diào)節(jié)器等部分組成。在構(gòu)建模型時，需將研究區(qū)域劃分為若干個子匯水面積，每個子匯水面積根據(jù)地形、土地利用等因素確定其產(chǎn)流和匯流特性。通過設置子匯水面積的參數(shù)，如不透水面積比例、曼寧糙率、洼蓄深度等，來描述雨水在地表的產(chǎn)流和匯流過程。管網(wǎng)部分則根據(jù)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，建立管網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，包括管道的連接關系、管徑、坡度等參數(shù)，以模擬雨水在管網(wǎng)中的流動過程。蓄水/處理設施如雨水調(diào)蓄池、沉淀池等，通過設置其容積、有效水深、進出水流量等參數(shù)，來模擬設施對雨水的儲存和處理作用。水泵和調(diào)節(jié)器用于控制管網(wǎng)中的水流，通過設置其開啟水位、流量、揚程等參數(shù)，來實現(xiàn)對雨水系統(tǒng)的調(diào)控。模型參數(shù)設置是模型構(gòu)建的重要環(huán)節(jié)，參數(shù)的準確性直接影響模擬結(jié)果的精度。模型參數(shù)可分為固定參數(shù)和可調(diào)參數(shù)。固定參數(shù)如管網(wǎng)的管徑、坡度、管材等，這些參數(shù)可根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)或設計資料直接確定?？烧{(diào)參數(shù)如曼寧糙率、下滲率、地表洼蓄深度等，這些參數(shù)通常需要通過參數(shù)率定來確定。參數(shù)率定是一個反復調(diào)整參數(shù)值，使模型模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)盡可能吻合的過程。一般采用試錯法、優(yōu)化算法等方法進行參數(shù)率定。試錯法是通過人工經(jīng)驗不斷調(diào)整參數(shù)值，觀察模擬結(jié)果的變化，直到模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)達到滿意的吻合程度。優(yōu)化算法則是利用數(shù)學優(yōu)化理論，通過計算機程序自動搜索最優(yōu)的參數(shù)組合，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等。在參數(shù)率定過程中，需要選擇合適的目標函數(shù)來衡量模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)的吻合程度，常用的目標函數(shù)有均方根誤差（RMSE）、平均絕對誤差（MAE）、納什-薩特克利夫效率系數(shù)（NSE）等。參數(shù)驗證是確保模型可靠性的重要步驟，通過將模型模擬結(jié)果與另一組獨立的實測數(shù)據(jù)進行對比分析，檢驗模型在不同條件下的模擬能力。如果模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)在合理的誤差范圍內(nèi)相符，則說明模型參數(shù)設置合理，模型具有較好的可靠性；反之，則需要重新檢查數(shù)據(jù)、調(diào)整參數(shù)或改進模型結(jié)構(gòu)。例如，在對某城市雨水系統(tǒng)進行模擬時，利用歷史降雨事件的實測數(shù)據(jù)對模型進行參數(shù)率定，然后選取另一場不同強度和歷時的降雨事件的實測數(shù)據(jù)進行參數(shù)驗證。通過對比模擬結(jié)果與驗證數(shù)據(jù)的管網(wǎng)流量、節(jié)點水位、地表積水深度等指標，發(fā)現(xiàn)模型模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)的誤差在可接受范圍內(nèi)，從而驗證了模型的可靠性。2.2.3模擬結(jié)果分析與驗證模擬結(jié)果分析與驗證是城市雨水系統(tǒng)工況模擬的重要環(huán)節(jié)，通過對模擬結(jié)果的深入分析和與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比驗證，可以評估模擬模型的準確性和可靠性，為城市雨水系統(tǒng)的規(guī)劃、設計和管理提供科學依據(jù)。在模擬結(jié)果分析方面，可視化展示是一種直觀有效的方式。利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術，可以將模擬得到的管網(wǎng)水流情況、積水區(qū)域分布、積水深度和時間等信息以地圖、圖表、三維模型等形式進行可視化展示。通過GIS地圖，可以清晰地看到不同區(qū)域的積水深度和范圍，以及積水隨時間的變化情況，從而直觀地了解城市內(nèi)澇的發(fā)生發(fā)展過程。利用三維模型，可以構(gòu)建城市的虛擬場景，將模擬結(jié)果以更加逼真的方式呈現(xiàn)出來，使決策者能夠身臨其境地感受城市雨水系統(tǒng)在不同降雨條件下的運行狀態(tài)。還可以通過繪制圖表，如流量過程線、水位變化曲線等，來展示管網(wǎng)節(jié)點的流量、壓力和水位等隨時間的變化情況，分析其變化規(guī)律和趨勢。統(tǒng)計分析也是模擬結(jié)果分析的重要手段。通過對模擬結(jié)果進行統(tǒng)計分析，可以得到一些關鍵指標的統(tǒng)計特征，如積水深度的最大值、最小值、平均值、標準差等，以及積水范圍的面積、周長等。這些統(tǒng)計指標可以幫助我們定量地了解城市內(nèi)澇的嚴重程度和影響范圍。可以計算不同重現(xiàn)期降雨條件下的積水深度和范圍的統(tǒng)計指標，對比分析不同降雨強度對城市內(nèi)澇的影響。還可以進行相關性分析，研究不同因素（如降雨量、降雨強度、管網(wǎng)排水能力等）與內(nèi)澇指標（如積水深度、積水時間等）之間的相關性，找出影響城市內(nèi)澇的主要因素。為了確保模擬結(jié)果的準確性和可靠性，需要將模擬結(jié)果與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比驗證。實際監(jiān)測數(shù)據(jù)可以通過在城市雨水系統(tǒng)中布置的監(jiān)測設備獲取，如雨量計、水位計、流量計等。將模擬得到的管網(wǎng)流量、節(jié)點水位、地表積水深度等結(jié)果與相應的實測數(shù)據(jù)進行對比，計算兩者之間的誤差，如絕對誤差、相對誤差、均方根誤差等。如果誤差在合理范圍內(nèi)，則說明模擬結(jié)果與實際情況相符，模型具有較好的準確性和可靠性；如果誤差較大，則需要分析原因，檢查模型的構(gòu)建、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)輸入等環(huán)節(jié)是否存在問題，對模型進行修正和改進。在某城市的雨水系統(tǒng)模擬中，將模擬得到的管網(wǎng)節(jié)點水位與實測水位進行對比，發(fā)現(xiàn)大部分節(jié)點的模擬水位與實測水位的相對誤差在10%以內(nèi)，說明模型的模擬結(jié)果較為準確，能夠較好地反映實際情況。但也發(fā)現(xiàn)個別節(jié)點的誤差較大，經(jīng)過進一步分析，發(fā)現(xiàn)是由于該節(jié)點附近的排水管網(wǎng)存在局部堵塞，導致實際水流情況與模型假設不一致，通過對模型進行修正，考慮了管網(wǎng)堵塞的影響后，模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)的吻合度得到了提高。三、內(nèi)澇風險評價指標與模型3.1內(nèi)澇風險影響因素分析城市內(nèi)澇風險受到多種因素的綜合影響，這些因素相互作用，共同決定了城市內(nèi)澇發(fā)生的可能性和嚴重程度。深入分析內(nèi)澇風險的影響因素，對于準確評估內(nèi)澇風險、制定有效的防治措施具有重要意義。下面將從自然因素和人為因素兩個方面進行詳細探討。3.1.1自然因素降雨強度：降雨是城市內(nèi)澇形成的直接原因，降雨強度對城市內(nèi)澇的發(fā)生和發(fā)展起著關鍵作用。高強度的降雨在短時間內(nèi)會產(chǎn)生大量的地表徑流，超過城市雨水系統(tǒng)的排水能力，從而導致內(nèi)澇的發(fā)生。當降雨量超過雨水管網(wǎng)的設計排水能力時，管網(wǎng)中的水流會出現(xiàn)溢流，進而造成地表積水。降雨強度的變化還會影響地表徑流的匯流速度和時間，高強度降雨使得地表徑流迅速形成，匯流時間縮短，增加了雨水系統(tǒng)的瞬時負荷，容易引發(fā)內(nèi)澇。研究表明，隨著降雨強度的增加，城市內(nèi)澇的積水深度和范圍也會相應增大。例如，在一些極端降雨事件中，短時間內(nèi)的降雨量可能超過城市雨水系統(tǒng)的承受能力數(shù)倍，導致城市大面積積水，交通癱瘓，給居民生活和城市運行帶來嚴重影響。地形地貌：地形地貌是影響城市內(nèi)澇的重要自然因素之一，它直接決定了雨水的匯流路徑和排水條件。地勢低洼的區(qū)域容易形成積水，因為在降雨過程中，周圍高處的雨水會向低洼處匯集，而如果排水不暢，就會導致積水長時間滯留。城市中的山谷、盆地等地形，往往是內(nèi)澇的高發(fā)區(qū)域。地形的坡度也會影響地表徑流的流速和匯流時間，坡度較大的區(qū)域，地表徑流流速較快，匯流時間較短，容易造成水流集中，增加內(nèi)澇的風險；而坡度較小的區(qū)域，地表徑流流速較慢，匯流時間較長，但如果排水能力不足，也容易出現(xiàn)積水。地形的起伏和變化還會影響雨水的分布，復雜的地形可能導致局部區(qū)域的降雨量差異較大，進而影響內(nèi)澇的發(fā)生情況。土壤類型：土壤類型對城市內(nèi)澇的影響主要體現(xiàn)在雨水的下滲能力上。不同類型的土壤具有不同的孔隙度和滲透率，從而影響雨水的下滲速度和下滲量。砂質(zhì)土壤孔隙較大，滲透率高，雨水能夠較快地滲入地下，減少地表徑流的產(chǎn)生，降低內(nèi)澇的風險；而粘性土壤孔隙較小，滲透率低，雨水下滲困難，容易形成地表徑流，增加內(nèi)澇的可能性。土壤的前期含水量也會影響其下滲能力，前期含水量較高的土壤，下滲能力會明顯下降，在降雨時更容易產(chǎn)生地表徑流。例如，在連續(xù)降雨后，土壤已經(jīng)處于飽和狀態(tài)，此時再遭遇強降雨，就會導致大量雨水無法下滲，只能形成地表徑流，引發(fā)內(nèi)澇。3.1.2人為因素城市化進程：隨著城市化進程的加速，城市土地利用發(fā)生了顯著變化，大量的自然土地被開發(fā)為建設用地，城市下墊面性質(zhì)改變，不透水面積增加，如建筑物、道路、廣場等。不透水表面阻止了雨水的自然下滲，使得地表徑流系數(shù)增大，雨水迅速匯集，增加了城市雨水系統(tǒng)的負荷，從而加大了內(nèi)澇的風險。城市的擴張還可能導致原有水系被破壞，河道被填埋、截斷，排水通道受阻，影響了雨水的自然排泄能力。城市化過程中人口和經(jīng)濟活動的高度集中，也使得城市對洪澇災害的脆弱性增加，一旦發(fā)生內(nèi)澇，可能造成更大的損失。例如，在一些大城市的中心城區(qū)，由于土地開發(fā)強度高，不透水面積比例大，內(nèi)澇問題尤為嚴重。排水系統(tǒng)建設與管理：排水系統(tǒng)是城市應對內(nèi)澇的關鍵設施，其建設水平和管理狀況直接影響城市的排水能力。排水管網(wǎng)的布局不合理、管徑過小、排水能力不足，是導致城市內(nèi)澇的重要原因之一。在城市建設過程中，由于規(guī)劃不合理或資金投入不足，一些地區(qū)的排水管網(wǎng)未能與城市發(fā)展同步建設，存在管網(wǎng)老化、排水能力滯后等問題。排水設施的維護管理不到位，如管道堵塞、泵站故障等，也會降低排水系統(tǒng)的運行效率，影響其正常排水功能。排水系統(tǒng)的設計標準往往基于一定的降雨重現(xiàn)期，而在氣候變化和城市發(fā)展的背景下，實際降雨強度可能超過設計標準，導致排水系統(tǒng)無法應對，從而引發(fā)內(nèi)澇。人類活動：人類活動對城市內(nèi)澇風險也有不可忽視的影響。一些不合理的人類活動，如隨意傾倒垃圾、施工棄土等，可能導致排水管道堵塞，影響排水暢通。在城市建設中，過度開采地下水會導致地面沉降，降低城市的排水能力，增加內(nèi)澇的風險。城市中的一些景觀建設，如大面積的硬質(zhì)鋪裝、不合理的綠地設計等，也可能不利于雨水的自然滲透和排放。此外，城市中交通擁堵、建筑物密集等情況，會阻礙雨水的擴散和排泄，進一步加劇內(nèi)澇的危害。3.2內(nèi)澇風險評價指標體系構(gòu)建3.2.1評價指標選取原則內(nèi)澇風險評價指標的選取是構(gòu)建科學合理評價體系的基礎，直接關系到評價結(jié)果的準確性和可靠性。為確保評價指標能夠全面、準確地反映城市內(nèi)澇風險，在選取指標時應遵循以下原則：科學性原則：評價指標應基于科學的理論和方法，能夠客觀、準確地反映城市內(nèi)澇風險的本質(zhì)特征和影響因素。指標的定義、計算方法和數(shù)據(jù)來源應具有明確的科學依據(jù)，避免主觀隨意性。在選取致災因子指標時，如積水深度、積水時間等，應根據(jù)水文學、水力學等學科的原理和方法進行定義和計算，確保指標能夠準確反映內(nèi)澇災害的強度和持續(xù)時間。同時，指標的選取應考慮到城市雨水系統(tǒng)的運行機制和內(nèi)澇形成的物理過程，使評價指標體系具有堅實的科學基礎。系統(tǒng)性原則：城市內(nèi)澇風險是一個復雜的系統(tǒng)，受到多種因素的綜合影響。因此，評價指標應具有系統(tǒng)性，能夠全面涵蓋內(nèi)澇風險的各個方面，包括致災因子、承災體和孕災環(huán)境等。致災因子指標反映了內(nèi)澇災害的發(fā)生和發(fā)展程度，承災體指標體現(xiàn)了城市對內(nèi)澇災害的暴露程度和易損性，孕災環(huán)境指標則描述了內(nèi)澇災害發(fā)生的背景條件。通過綜合考慮這些方面的指標，能夠全面、系統(tǒng)地評價城市內(nèi)澇風險。在構(gòu)建評價指標體系時，應避免遺漏重要的影響因素，確保指標體系的完整性和系統(tǒng)性?？刹僮餍栽瓌t：評價指標應具有可操作性，能夠通過實際觀測、調(diào)查或數(shù)據(jù)收集獲得，并且指標的數(shù)據(jù)處理和計算方法應簡單易行。在實際應用中，能夠方便地獲取和處理指標數(shù)據(jù)，是保證評價工作順利進行的關鍵。選取的指標應盡可能基于現(xiàn)有的監(jiān)測數(shù)據(jù)、統(tǒng)計資料或易于獲取的信息，避免使用過于復雜或難以獲取的數(shù)據(jù)。同時，指標的計算方法應簡單明了，便于理解和應用。在確定積水深度指標時，可以利用現(xiàn)有的水位監(jiān)測數(shù)據(jù)進行計算，而不是采用復雜的數(shù)值模擬方法，以提高指標的可操作性。獨立性原則：評價指標之間應具有一定的獨立性，避免指標之間存在過多的相關性或重疊性。如果指標之間相關性過高，會導致信息重復，影響評價結(jié)果的準確性。在選取指標時，應通過相關性分析等方法，對候選指標進行篩選，去除相關性過高的指標，確保每個指標都能夠提供獨立的信息。在考慮地形地貌因素時，選擇了高程、坡度等指標，這些指標雖然都與地形有關，但它們分別從不同的角度描述地形特征，具有一定的獨立性，能夠更全面地反映地形對城市內(nèi)澇風險的影響。動態(tài)性原則：城市內(nèi)澇風險是一個動態(tài)變化的過程，受到氣候變化、城市化進程、排水系統(tǒng)改造等多種因素的影響。因此，評價指標應具有動態(tài)性，能夠反映內(nèi)澇風險的變化趨勢。隨著城市的發(fā)展和環(huán)境的變化，及時調(diào)整和更新評價指標，以保證評價結(jié)果的時效性和適應性。在氣候變化的背景下，降雨模式可能發(fā)生改變，因此需要密切關注降雨強度、頻率等指標的變化，并及時將其納入評價指標體系中。隨著城市排水系統(tǒng)的改造和升級，排水能力等指標也會發(fā)生變化，需要相應地調(diào)整評價指標，以準確反映城市內(nèi)澇風險的動態(tài)變化。3.2.2具體評價指標確定根據(jù)上述評價指標選取原則，從致災因子、承災體和孕災環(huán)境三個方面選取以下具體評價指標，構(gòu)建城市內(nèi)澇風險評價指標體系。致災因子指標：積水深度：積水深度是衡量城市內(nèi)澇嚴重程度的關鍵指標之一，直接反映了內(nèi)澇對城市區(qū)域的淹沒程度。積水深度越大，對城市基礎設施、建筑物和居民生活的影響就越嚴重。其計算方法通常是通過在城市內(nèi)設置的水位監(jiān)測點，獲取不同位置的水位數(shù)據(jù)，減去地面高程數(shù)據(jù)，即可得到相應位置的積水深度。在某城市的內(nèi)澇模擬中，利用安裝在低洼地區(qū)的水位計測量水位，結(jié)合該地區(qū)的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，計算出不同區(qū)域的積水深度，為評估內(nèi)澇風險提供了重要依據(jù)。積水時間：積水時間指的是城市區(qū)域內(nèi)積水持續(xù)的時長，它反映了內(nèi)澇災害的持續(xù)影響時間。積水時間越長，對城市交通、地下設施、建筑物基礎等的損害風險就越高。通過監(jiān)測積水開始時間和消退時間，兩者之差即為積水時間。在實際監(jiān)測中，可以利用視頻監(jiān)控設備、水位自動監(jiān)測儀等，記錄積水的出現(xiàn)和消退過程，從而準確獲取積水時間。例如，在一次暴雨內(nèi)澇事件中，通過對某路段的視頻監(jiān)控，確定積水于上午9點開始出現(xiàn)，下午3點消退，積水時間為6小時，為評估該路段的內(nèi)澇風險提供了時間維度的信息。淹沒范圍：淹沒范圍是指城市內(nèi)澇發(fā)生時被積水淹沒的區(qū)域面積，它直觀地反映了內(nèi)澇災害的影響范圍?？梢岳玫乩硇畔⑾到y(tǒng)（GIS）技術，結(jié)合遙感影像、DEM數(shù)據(jù)以及排水管網(wǎng)模型模擬結(jié)果，確定內(nèi)澇的淹沒范圍。通過對不同降雨情景下的模擬結(jié)果進行分析，繪制出淹沒范圍圖，清晰地展示內(nèi)澇可能影響的區(qū)域，為城市規(guī)劃和應急管理提供決策支持。在某城市的內(nèi)澇風險評估中，利用高分辨率的遙感影像和排水管網(wǎng)模型，準確劃定了不同重現(xiàn)期降雨條件下的內(nèi)澇淹沒范圍，為制定針對性的防治措施提供了依據(jù)。流速：流速是指內(nèi)澇積水在地表或管渠中流動的速度，它對城市內(nèi)澇的危害程度有重要影響。較高的流速不僅會加劇對城市基礎設施的沖刷和破壞，還會增加行人在積水中行走的危險。流速的計算可以根據(jù)水力學原理，利用曼寧公式等進行估算。在實際應用中，也可以通過在積水區(qū)域設置流速儀等監(jiān)測設備，直接測量流速。在模擬某城市內(nèi)澇時，根據(jù)曼寧公式，結(jié)合該區(qū)域的地形坡度、管網(wǎng)糙率等參數(shù)，計算出不同區(qū)域的積水流速，分析流速對城市內(nèi)澇風險的影響。承災體指標：人口密度：人口密度反映了城市內(nèi)澇災害發(fā)生時人口的暴露程度，人口密度越高的區(qū)域，內(nèi)澇對人員生命安全和生活的影響就越大。人口密度可以通過統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)的常住人口數(shù)量，并除以該區(qū)域的面積得到。在進行城市內(nèi)澇風險評估時，利用人口普查數(shù)據(jù)或相關統(tǒng)計資料，獲取不同區(qū)域的人口密度信息，結(jié)合內(nèi)澇模擬結(jié)果，分析內(nèi)澇對不同人口密度區(qū)域的影響程度。例如，在評估某城市商業(yè)區(qū)的內(nèi)澇風險時，考慮到該區(qū)域人口密度大，一旦發(fā)生內(nèi)澇，可能造成大量人員被困和疏散困難，因此將人口密度作為重要的評估指標。經(jīng)濟密度：經(jīng)濟密度是指單位面積上的經(jīng)濟總量，它體現(xiàn)了城市內(nèi)澇災害對經(jīng)濟活動的影響程度。經(jīng)濟密度越高的區(qū)域，內(nèi)澇造成的經(jīng)濟損失可能越大。經(jīng)濟密度的計算通常是將區(qū)域內(nèi)的GDP、工業(yè)總產(chǎn)值等經(jīng)濟指標除以該區(qū)域的面積。在城市內(nèi)澇風險評價中，通過收集各區(qū)域的經(jīng)濟數(shù)據(jù)，計算經(jīng)濟密度，評估內(nèi)澇對不同經(jīng)濟發(fā)展水平區(qū)域的經(jīng)濟損失風險。在分析某城市工業(yè)園區(qū)的內(nèi)澇風險時，由于該區(qū)域經(jīng)濟密度高，擁有眾多企業(yè)和生產(chǎn)設施，內(nèi)澇可能導致企業(yè)停產(chǎn)、設備損壞等嚴重經(jīng)濟損失，因此經(jīng)濟密度是評估該區(qū)域內(nèi)澇風險的重要因素之一。建筑密度：建筑密度是指一定區(qū)域內(nèi)建筑物的基底面積之和與該區(qū)域總面積的比值，它反映了城市內(nèi)澇災害對建筑物的影響程度。建筑密度越高，內(nèi)澇對建筑物的浸泡、沖刷等損害風險就越大。通過對城市建筑分布圖的分析，計算不同區(qū)域的建筑密度。在評估城市內(nèi)澇風險時，結(jié)合建筑密度和內(nèi)澇模擬結(jié)果，分析內(nèi)澇對建筑物的破壞風險。在某城市老城區(qū)，建筑密度較大，且部分建筑年代久遠，結(jié)構(gòu)相對脆弱，一旦發(fā)生內(nèi)澇，建筑物更容易受到損害，因此建筑密度是評估該區(qū)域內(nèi)澇風險的關鍵指標之一。交通密度：交通密度反映了城市內(nèi)澇災害對交通系統(tǒng)的影響程度，交通密度越高，內(nèi)澇對交通的阻斷和癱瘓影響就越大。交通密度可以通過統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)道路長度、公交線路數(shù)量、車流量等指標，并結(jié)合區(qū)域面積進行計算。在城市內(nèi)澇風險評價中，利用交通部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，獲取不同區(qū)域的交通密度信息，分析內(nèi)澇對交通系統(tǒng)的影響。例如，在評估某城市交通樞紐區(qū)域的內(nèi)澇風險時，考慮到該區(qū)域交通密度大，是城市交通的關鍵節(jié)點，內(nèi)澇可能導致交通大面積癱瘓，影響城市的正常運行，因此交通密度是評估該區(qū)域內(nèi)澇風險的重要指標。重要設施分布：重要設施如醫(yī)院、學校、電力設施、通信基站等，在城市運行和居民生活中起著至關重要的作用。它們一旦受到內(nèi)澇影響，可能會引發(fā)嚴重的連鎖反應，對城市的安全和穩(wěn)定造成威脅。在評價指標體系中，應考慮重要設施的分布情況，分析內(nèi)澇對這些設施的影響風險。通過對城市重要設施分布圖的分析，確定不同區(qū)域內(nèi)重要設施的數(shù)量和位置，結(jié)合內(nèi)澇模擬結(jié)果，評估內(nèi)澇對重要設施的影響程度。在某城市的內(nèi)澇風險評估中，特別關注了醫(yī)院、學校等重要設施所在區(qū)域的內(nèi)澇風險，為制定針對性的防護和應急措施提供了依據(jù)。孕災環(huán)境指標：地形地貌指標：地形地貌對城市內(nèi)澇的發(fā)生和發(fā)展有著重要影響，主要包括高程、坡度、坡向等指標。高程決定了雨水的匯流方向和積水的可能性，地勢低洼的區(qū)域容易積水，是內(nèi)澇的高發(fā)區(qū)。坡度影響地表徑流的流速和匯流時間，坡度較大的區(qū)域地表徑流流速快，匯流時間短，容易造成水流集中，增加內(nèi)澇風險；而坡度較小的區(qū)域地表徑流流速慢，匯流時間長，如果排水不暢，也容易積水。坡向則影響太陽輻射和降水的分布，進而影響土壤濕度和植被生長，間接影響內(nèi)澇風險。通過數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，可以獲取研究區(qū)域的高程、坡度和坡向信息。在城市內(nèi)澇風險評估中，利用這些地形地貌指標，分析不同區(qū)域的內(nèi)澇風險差異。例如，在某城市的地形分析中，發(fā)現(xiàn)一些山谷和盆地地區(qū)高程較低，坡度較小，是內(nèi)澇的高風險區(qū)域，為城市排水規(guī)劃和內(nèi)澇防治提供了重要參考。土地利用類型：不同的土地利用類型具有不同的下墊面特性，如透水率、糙率等，這些特性會影響雨水的產(chǎn)流和匯流過程，從而影響城市內(nèi)澇風險。建設用地如建筑物、道路等不透水面積大，雨水下滲困難，地表徑流系數(shù)大，容易引發(fā)內(nèi)澇；而綠地、水體等具有較好的透水和蓄水能力，能夠有效削減地表徑流，降低內(nèi)澇風險。通過土地利用現(xiàn)狀圖或遙感影像解譯，可以獲取研究區(qū)域的土地利用類型信息。在城市內(nèi)澇風險評價中，根據(jù)不同土地利用類型的下墊面參數(shù)，分析其對雨水產(chǎn)流和匯流的影響，評估不同土地利用區(qū)域的內(nèi)澇風險。在某城市的土地利用分析中，發(fā)現(xiàn)城市中心區(qū)域建設用地比例高，內(nèi)澇風險較大；而城市周邊的綠地和水體較多，內(nèi)澇風險相對較低，為城市土地利用規(guī)劃和內(nèi)澇防治提供了科學依據(jù)。土壤類型：土壤類型對雨水的下滲能力有重要影響，不同類型的土壤孔隙度和滲透率不同，從而影響雨水的下滲速度和下滲量。砂質(zhì)土壤孔隙較大，滲透率高，雨水能夠較快地滲入地下，減少地表徑流的產(chǎn)生，降低內(nèi)澇風險；而粘性土壤孔隙較小，滲透率低，雨水下滲困難，容易形成地表徑流，增加內(nèi)澇的可能性。土壤的前期含水量也會影響其下滲能力，前期含水量較高的土壤，下滲能力會明顯下降。通過土壤調(diào)查數(shù)據(jù)或相關資料，可以獲取研究區(qū)域的土壤類型信息。在城市內(nèi)澇風險評估中，結(jié)合土壤類型和前期含水量等因素，分析土壤對雨水下滲的影響，評估不同土壤區(qū)域的內(nèi)澇風險。在某城市的土壤分析中，發(fā)現(xiàn)一些區(qū)域土壤以粘性土為主，且前期含水量較高，在強降雨時容易產(chǎn)生大量地表徑流，內(nèi)澇風險較大，為城市排水設計和內(nèi)澇防治提供了參考依據(jù)。水文地質(zhì)條件：水文地質(zhì)條件包括地下水位、含水層分布、巖石透水性等，這些因素會影響雨水的下滲和地下水與地表水的相互作用，進而影響城市內(nèi)澇風險。地下水位較高的區(qū)域，雨水下滲困難，容易形成地表積水；含水層分布和巖石透水性則會影響地下水的儲存和流動，對城市內(nèi)澇的發(fā)生和發(fā)展產(chǎn)生影響。通過水文地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)和相關資料，可以獲取研究區(qū)域的水文地質(zhì)信息。在城市內(nèi)澇風險評價中，考慮水文地質(zhì)條件對雨水下滲和地下水與地表水相互作用的影響，評估不同區(qū)域的內(nèi)澇風險。在某城市的水文地質(zhì)分析中，發(fā)現(xiàn)一些區(qū)域地下水位較高，且含水層透水性較差，在強降雨時容易出現(xiàn)地表積水和地下水頂托現(xiàn)象，內(nèi)澇風險較大，為城市排水規(guī)劃和內(nèi)澇防治提供了重要依據(jù)。氣象條件：氣象條件是城市內(nèi)澇發(fā)生的重要致災因素，主要包括降雨強度、頻率、歷時等指標。降雨強度和頻率直接決定了雨水的產(chǎn)生量和內(nèi)澇的發(fā)生可能性，高強度、高頻率的降雨容易導致城市雨水系統(tǒng)超載，引發(fā)內(nèi)澇。降雨歷時則影響地表徑流的累積量和內(nèi)澇的持續(xù)時間。通過氣象部門的監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史資料，可以獲取研究區(qū)域的降雨強度、頻率和歷時等信息。在城市內(nèi)澇風險評估中，利用這些氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合城市雨水系統(tǒng)的排水能力，分析不同降雨條件下的內(nèi)澇風險。在某城市的氣象數(shù)據(jù)分析中，發(fā)現(xiàn)近年來該城市極端降雨事件的頻率和強度呈上升趨勢，對城市內(nèi)澇風險產(chǎn)生了顯著影響，為城市制定應對氣候變化和內(nèi)澇防治措施提供了科學依據(jù)。3.3內(nèi)澇風險評價模型選擇與建立3.3.1常用評價模型介紹層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）：層次分析法是由美國運籌學家薩蒂（T.L.Saaty）在20世紀70年代提出的一種定性與定量相結(jié)合的多準則決策分析方法。該方法將復雜的決策問題分解為多個層次，通過建立層次結(jié)構(gòu)模型，將決策者的主觀判斷進行量化，從而確定各因素的相對重要性權重。在城市內(nèi)澇風險評價中，運用層次分析法，首先將內(nèi)澇風險評價問題分解為目標層（城市內(nèi)澇風險評價）、準則層（致災因子、承災體、孕災環(huán)境等）和指標層（積水深度、人口密度、地形地貌等具體指標）。然后通過專家問卷調(diào)查等方式，構(gòu)建判斷矩陣，計算各指標相對于上一層指標的相對權重。通過一致性檢驗，確保判斷矩陣的合理性。層次分析法的優(yōu)點是能夠?qū)碗s問題條理化、層次化，充分考慮決策者的主觀判斷，適用于多目標、多準則的決策問題。然而，該方法也存在一定的局限性，其權重的確定依賴于專家的主觀判斷，可能存在主觀性和不確定性。判斷矩陣的構(gòu)建需要一定的專業(yè)知識和經(jīng)驗，對于復雜的評價問題，判斷矩陣的一致性檢驗可能較為困難。模糊綜合評價法（FuzzyComprehensiveEvaluation，F(xiàn)CE）：模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學的綜合評價方法，它能夠處理評價過程中的模糊性和不確定性問題。在城市內(nèi)澇風險評價中，由于內(nèi)澇風險的影響因素眾多，且各因素之間的關系復雜，存在許多模糊概念，如“高風險”“低風險”等，模糊綜合評價法能夠很好地處理這些模糊信息。運用模糊綜合評價法，首先確定評價因素集（即內(nèi)澇風險評價指標體系）和評價等級集（如“低風險”“較低風險”“中等風險”“較高風險”“高風險”）。然后根據(jù)各評價指標的實際數(shù)據(jù)，確定各指標對不同評價等級的隸屬度，構(gòu)建隸屬度矩陣。根據(jù)各評價指標的權重（可通過層次分析法等方法確定），與隸屬度矩陣進行模糊合成運算，得到綜合評價結(jié)果。模糊綜合評價法的優(yōu)點是能夠充分考慮評價過程中的模糊性和不確定性，評價結(jié)果較為客觀、全面。但該方法也存在一些問題，隸屬度函數(shù)的確定具有一定的主觀性，不同的確定方法可能會導致評價結(jié)果的差異。對于評價指標較多的情況，計算過程較為復雜，可能會增加計算量和計算難度。灰色關聯(lián)分析法（GreyRelationalAnalysis，GRA）：灰色關聯(lián)分析法是一種多因素統(tǒng)計分析方法，它以各因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)，用灰色關聯(lián)度來描述因素間關系的強弱、大小和次序。在城市內(nèi)澇風險評價中，灰色關聯(lián)分析法可以通過計算各評價指標與內(nèi)澇風險等級之間的灰色關聯(lián)度，來確定各指標對城市內(nèi)澇風險的影響程度。運用灰色關聯(lián)分析法，首先確定參考序列（一般選擇內(nèi)澇風險等級作為參考序列）和比較序列（即各評價指標的數(shù)據(jù)序列）。對參考序列和比較序列進行無量綱化處理，消除數(shù)據(jù)量綱的影響。計算各比較序列與參考序列的關聯(lián)系數(shù)，關聯(lián)系數(shù)越大，說明該指標與內(nèi)澇風險等級的關聯(lián)程度越高。根據(jù)關聯(lián)系數(shù)，計算各評價指標的灰色關聯(lián)度，從而確定各指標的重要性排序?；疑P聯(lián)分析法的優(yōu)點是對數(shù)據(jù)要求較低，不需要數(shù)據(jù)服從特定的分布規(guī)律，計算過程相對簡單，能夠快速確定各因素之間的關聯(lián)程度。但該方法也存在一定的局限性，評價結(jié)果可能受到數(shù)據(jù)無量綱化方法和分辨系數(shù)的影響，存在一定的主觀性。在處理多因素問題時，可能會因為指標之間的相關性而導致信息重疊，影響評價結(jié)果的準確性。風險矩陣法（RiskMatrix）：風險矩陣法是一種簡單直觀的風險評價方法，它通過將風險發(fā)生的可能性和影響程度分別劃分為不同的等級，構(gòu)建風險矩陣，從而對風險進行評價。在城市內(nèi)澇風險評價中，將內(nèi)澇發(fā)生的可能性（如根據(jù)降雨強度、頻率等因素確定）劃分為不同等級，如“極低”“低”“中等”“高”“極高”；將內(nèi)澇造成的影響程度（如根據(jù)積水深度、淹沒范圍、經(jīng)濟損失等因素確定）也劃分為不同等級，如“輕微”“較小”“中等”“嚴重”“災難性”。然后根據(jù)內(nèi)澇發(fā)生的可能性和影響程度在風險矩陣中的位置，確定內(nèi)澇風險等級。風險矩陣法的優(yōu)點是簡單易懂，操作方便，能夠直觀地展示風險的大小和等級，便于決策者快速了解風險狀況。但該方法對風險發(fā)生的可能性和影響程度的劃分相對粗略，缺乏精確的量化分析，評價結(jié)果可能不夠準確。風險矩陣的構(gòu)建和等級劃分具有一定的主觀性，不同的劃分標準可能會導致評價結(jié)果的差異。3.3.2模型建立與應用以[具體城市名稱]為例，運用層次分析法與模糊綜合評價法相結(jié)合的模型進行內(nèi)澇風險評價。首先，構(gòu)建城市內(nèi)澇風險評價指標體系，從致災因子、承災體和孕災環(huán)境三個方面選取如前文所述的具體評價指標。利用層次分析法確定各評價指標的權重，邀請相關領域的專家對各層次指標進行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣。以準則層中致災因子、承災體和孕災環(huán)境三個指標為例，假設專家給出的判斷矩陣如下表所示：準則層指標致災因子承災體孕災環(huán)境致災因子132承災體1/311/2孕災環(huán)境1/221通過計算判斷矩陣的特征向量和最大特征值，得到致災因子、承災體和孕災環(huán)境的權重分別為[具體權重值1]、[具體權重值2]、[具體權重值3]。同樣的方法，計算出指標層各具體指標相對于準則層的權重。對各指標的權重進行一致性檢驗，確保權重的合理性。確定評價等級集為{低風險，較低風險，中等風險，較高風險，高風險}，根據(jù)各評價指標的實際數(shù)據(jù)和相關標準，確定各指標對不同評價等級的隸屬度，構(gòu)建隸屬度矩陣。以積水深度指標為例，假設根據(jù)該城市的實際情況和相關研究，確定積水深度與評價等級的隸屬度關系如下：當積水深度小于[具體深度值1]時，隸屬于低風險的隸屬度為1，隸屬于其他等級的隸屬度為0；當積水深度在[具體深度值1]-[具體深度值2]之間時，隸屬于低風險的隸屬度從1逐漸減小到0，隸屬于較低風險的隸屬度從0逐漸增大到1，隸屬于其他等級的隸屬度為0；以此類推。根據(jù)各指標的隸屬度關系，構(gòu)建隸屬度矩陣。根據(jù)層次分析法確定的各指標權重，與隸屬度矩陣進行模糊合成運算，得到綜合評價結(jié)果。假設綜合評價結(jié)果向量為[具體向量值]，該向量表示該城市內(nèi)澇風險對不同評價等級的隸屬程度。根據(jù)最大隸屬度原則，確定該城市的內(nèi)澇風險等級。如果綜合評價結(jié)果向量中，隸屬于中等風險的隸屬度最大，則該城市的內(nèi)澇風險等級為中等風險。利用地理信息系統(tǒng)（GIS）強大的空間分析功能，將內(nèi)澇風險評價結(jié)果與該城市的空間數(shù)據(jù)進行疊加分析，直觀展示城市內(nèi)澇風險的空間分布特征。在GIS軟件中，將該城市的行政區(qū)劃圖、地形地貌圖、土地利用圖等空間數(shù)據(jù)與內(nèi)澇風險評價結(jié)果進行疊加，生成內(nèi)澇風險等級分布圖。從圖中可以清晰地看到，該城市的某些區(qū)域，如地勢低洼的老城區(qū)、河流沿岸的部分區(qū)域，內(nèi)澇風險等級較高；而一些地勢較高、排水系統(tǒng)完善的新城區(qū)，內(nèi)澇風險等級較低。通過對內(nèi)澇風險評價結(jié)果的分析，可以為該城市的排水防澇規(guī)劃、建設和管理提供科學依據(jù)，針對不同風險等級的區(qū)域，采取相應的防治措施，降低內(nèi)澇風險。四、案例分析：[具體城市名稱]城市雨水系統(tǒng)工況模擬與內(nèi)澇風險評價4.1研究區(qū)域概況[具體城市名稱]位于[地理位置描述，如長江三角洲地區(qū)，地處東經(jīng)[X]°-[X]°，北緯[Y]°-[Y]°之間]，是區(qū)域重要的經(jīng)濟、文化和交通中心。其地勢總體呈現(xiàn)[地形地貌特征，如西北高、東南低，地形以平原為主，局部有低山丘陵分布]，地形起伏相對較小，但在城市的[具體方位，如西南部]存在一些地勢低洼區(qū)域，這些區(qū)域在降雨時容易形成匯水中心，增加內(nèi)澇風險。城市內(nèi)水系較為發(fā)達，[主要河流名稱]等河流穿城而過，為城市提供了豐富的水資源，但在暴雨情況下，也可能出現(xiàn)河水倒灌，加劇城市內(nèi)澇問題。該城市屬于[氣候類型，如亞熱帶季風氣候]，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，降水集中在[具體月份，如5-9月]。多年平均降水量約為[X]毫米，且年際變化較大，近年來極端降雨事件時有發(fā)生。例如，[具體年份]的一場暴雨，降雨量在短時間內(nèi)達到了[具體降雨量數(shù)值]，遠超城市雨水系統(tǒng)的設計排水能力，導致城市多處出現(xiàn)嚴重內(nèi)澇，交通癱瘓，居民生活受到極大影響。隨著城市化進程的加速，[具體城市名稱]的城市規(guī)模不斷擴大，人口持續(xù)增長，目前常住人口已超過[X]萬。城市建設快速發(fā)展，城市建成區(qū)面積不斷拓展，大量的土地被開發(fā)為建設用地，城市下墊面性質(zhì)發(fā)生了顯著變化，不透水面積比例大幅增加，如建筑物、道路、廣場等的建設，使得雨水的自然下滲受阻，地表徑流系數(shù)增大，給城市雨水系統(tǒng)帶來了巨大壓力。在城市排水系統(tǒng)方面，[具體城市名稱]的排水體制主要為[合流制/分流制/合流制與分流制并存]。城市排水管網(wǎng)總長度達到[X]公里，但部分管網(wǎng)建設年代較早，存在老化、管徑過小、排水能力不足等問題。一些老舊城區(qū)的排水管網(wǎng)鋪設于[具體年代]，當時的設計標準較低，難以滿足現(xiàn)今城市發(fā)展的需求。在暴雨來臨時，這些區(qū)域的管網(wǎng)容易出現(xiàn)溢流現(xiàn)象，導致地面積水。城市內(nèi)建有[X]座雨水泵站，分布于城市的各個區(qū)域，主要用于提升低洼地區(qū)的雨水排放能力，但部分泵站設備老化，運行效率較低。同時，城市的雨水調(diào)蓄設施相對較少，僅有[X]座雨水調(diào)蓄池，總調(diào)蓄容積為[X]立方米，在應對較大降雨時，調(diào)蓄能力有限。4.2數(shù)據(jù)收集與處理為了準確模擬[具體城市名稱]的城市雨水系統(tǒng)工況并進行內(nèi)澇風險評價，全面、準確的數(shù)據(jù)收集與處理是關鍵。本研究通過多種途徑和方法，廣泛收集了研究區(qū)域的各類數(shù)據(jù)，并對其進行了細致的處理和質(zhì)量控制，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和可用性。地形數(shù)據(jù)是模擬雨水地表徑流和積水分布的基礎。本研究主要從當?shù)氐臏y繪部門獲取了高精度的地形數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以數(shù)字高程模型（DEM）的形式提供，分辨率達到[X]米，能夠精確反映城市地形的起伏變化。同時，利用全球定位系統(tǒng)（GPS）對研究區(qū)域內(nèi)的一些關鍵地形控制點進行了實地測量，以驗證和補充DEM數(shù)據(jù)。在獲取地形數(shù)據(jù)后，運用地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件對其進行處理，包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、坐標系統(tǒng)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)平滑處理等。通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，將不同來源的地形數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為適合模擬軟件輸入的格式；坐標系統(tǒng)統(tǒng)一確保了不同數(shù)據(jù)之間的空間一致性；數(shù)據(jù)平滑處理則去除了數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值，提高了地形數(shù)據(jù)的質(zhì)量，為后續(xù)的模擬分析提供了準確的地形基礎。降雨數(shù)據(jù)是驅(qū)動城市雨水系統(tǒng)模擬的重要輸入。本研究從當?shù)貧庀蟛块T收集了近[X]年的降雨數(shù)據(jù)，包括降雨量、降雨強度、降雨歷時、降雨時間間隔等信息。這些數(shù)據(jù)由分布在城市各個區(qū)域的雨量站實時監(jiān)測記錄得到，具有較高的準確性和可靠性。同時，利用氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和天氣雷達監(jiān)測數(shù)據(jù)，對降雨數(shù)據(jù)進行了補充和驗證，以獲取更全面的降雨信息，特別是在極端降雨事件發(fā)生時的降雨情況。在獲取降雨數(shù)據(jù)后，對其進行了質(zhì)量控制和分析。通過檢查數(shù)據(jù)的完整性和準確性，剔除了異常值和錯誤數(shù)據(jù)。根據(jù)模擬的時間步長和精度要求，對降雨數(shù)據(jù)進行了插值和離散化處理，將連續(xù)的降雨過程按照一定的時間步長進行劃分，使其能夠滿足模擬模型的輸入要求。排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)是城市雨水系統(tǒng)的核心組成部分。本研究通過與城市排水部門、市政工程設計單位等合作，獲取了[具體城市名稱]的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，包括管網(wǎng)的布局、管徑、坡度、管材、節(jié)點位置等信息。這些數(shù)據(jù)以CAD圖紙、GIS數(shù)據(jù)等形式提供，全面反映了城市排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀。在獲取管網(wǎng)數(shù)據(jù)后，利用專業(yè)的GIS軟件對其進行數(shù)字化處理，將CAD圖紙上的管網(wǎng)信息轉(zhuǎn)換為計算機可識別的數(shù)字格式，如Shapefile格式、GeoJSON格式等。對管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行了拓撲檢查和修正，確保管網(wǎng)的連接關系正確，不存在拓撲錯誤，如管網(wǎng)的斷頭、重疊、交叉等問題。還通過實地調(diào)查和監(jiān)測，獲取了管網(wǎng)的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，如流量、水位等，這些數(shù)據(jù)通過安裝在管網(wǎng)上的流量計、水位計等監(jiān)測設備實時采集得到，為模型的參數(shù)率定和驗證提供了重要依據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)反映了城市地表的覆蓋類型，對雨水的產(chǎn)流和匯流過程有著重要影響。本研究從當?shù)赝恋刭Y源管理部門和城市規(guī)劃部門獲取了最新的土地利用數(shù)據(jù)，以土地利用現(xiàn)狀圖的形式呈現(xiàn)。同時，利用高分辨率的遙感影像解譯技術，對土地利用數(shù)據(jù)進行了更新和補充，通過對遙感影像的分析和分類，識別出不同的土地利用類型，如建設用地、綠地、水體、農(nóng)田等。在獲取土地利用數(shù)據(jù)后，對其進行了分類和編碼，將不同的土地利用類型按照一定的標準進行分類，并賦予相應的編碼，以便在模擬模型中進行識別和處理。根據(jù)土地利用類型的特點，確定了其對應的下墊面參數(shù)，如透水率、糙率等，這些參數(shù)通過實地測量、實驗研究或參考相關文獻資料獲取，為準確模擬雨水在不同下墊面的產(chǎn)流和匯流過程提供了數(shù)據(jù)支持。土壤數(shù)據(jù)對于模擬雨水的下滲過程至關重要。本研究從當?shù)赝寥勒{(diào)查部門和農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)獲取了土壤數(shù)據(jù)，包括土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤孔隙度、土壤滲透率等信息，以土壤分布圖和土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)的形式提供。在獲取土壤數(shù)據(jù)后，對其進行了整理和分析，將土壤數(shù)據(jù)與研究區(qū)域進行匹配，確定不同區(qū)域的土壤類型和相關參數(shù)。根據(jù)土壤的特性，選擇了合適的下滲模型和參數(shù)，如霍頓下滲公式、格林-安普特下滲模型等，并通過實際數(shù)據(jù)進行了參數(shù)校準和驗證，以提高模擬的精度，準確反映雨水在土壤中的下滲情況。4.3雨水系統(tǒng)工況模擬4.3.1模型構(gòu)建與參數(shù)率定本研究選用廣泛應用且功能強大的SWMM（StormWaterManagementModel）模型來構(gòu)建[具體城市名稱]的城市雨水系統(tǒng)模型。SWMM模型在城市雨水系統(tǒng)模擬領域具有較高的準確性和可靠性，能夠?qū)Τ鞘薪涤辍a(chǎn)流、匯流以及管網(wǎng)水流等過程進行動態(tài)模擬。利用收集到的地形數(shù)據(jù)，通過GIS軟件生成高精度的數(shù)字高程模型（DEM），準確反映城市地形的起伏變化?；贒EM數(shù)據(jù)，將研究區(qū)域劃分為多個子匯水面積，每個子匯水面積根據(jù)地形、土地利用等因素確定其產(chǎn)流和匯流特性。根據(jù)土地利用數(shù)據(jù)，確定不同下墊面類型（如建設用地、綠地、水體等）在各