基于水文水利計(jì)算的城市防洪排澇安全保障體系構(gòu)建研究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球氣候變化的加劇以及城市化進(jìn)程的飛速推進(jìn)，城市洪澇災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度呈顯著上升趨勢(shì)，給人類社會(huì)帶來了沉重的災(zāi)難。2021年7月，河南鄭州遭遇了千年一遇的特大暴雨，短短數(shù)小時(shí)內(nèi)降雨量超過了常年一個(gè)月的水平，城市瞬間陷入一片汪洋。大量道路被淹沒，交通癱瘓，車輛如同漂浮的玩具；地鐵被迫停運(yùn)，乘客被困車廂，生命受到嚴(yán)重威脅；許多居民樓一樓被水浸泡，家具、電器等生活用品遭受損毀，居民們被迫轉(zhuǎn)移。這場(chǎng)暴雨洪澇災(zāi)害不僅導(dǎo)致了上百人死亡和失蹤，還造成了直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)百億元。類似的事件在世界各地頻繁上演，如2023年8月，北京地區(qū)因連續(xù)強(qiáng)降雨引發(fā)洪澇和地質(zhì)災(zāi)害，造成11人遇難，27人失聯(lián)，直接經(jīng)濟(jì)損失慘重。城市洪澇災(zāi)害已成為當(dāng)今社會(huì)面臨的重大挑戰(zhàn)之一，嚴(yán)重威脅著城市的可持續(xù)發(fā)展以及居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。城市洪澇災(zāi)害對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響是多方面且深遠(yuǎn)的。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，洪水淹沒農(nóng)田，農(nóng)作物長時(shí)間浸泡在水中，根系無法正常呼吸，導(dǎo)致大量農(nóng)作物死亡，產(chǎn)量大幅減少。同時(shí)，農(nóng)田的灌溉渠道、排水系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施也會(huì)遭到破壞，影響后續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)減少，價(jià)格上漲，農(nóng)民收入受損。工業(yè)生產(chǎn)同樣難以幸免，工廠被淹，生產(chǎn)設(shè)備和原材料遭受損壞，企業(yè)不得不停產(chǎn)或減產(chǎn)。以位于低洼地區(qū)的制造業(yè)工廠為例，洪水來襲時(shí)，大量精密設(shè)備被水浸泡，維修和更換不僅耗費(fèi)大量資金，還需要漫長的時(shí)間，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)停滯，訂單交付延遲，經(jīng)濟(jì)損失巨大。此外，交通運(yùn)輸業(yè)也會(huì)受到嚴(yán)重沖擊，道路被淹沒、橋梁被沖垮，公路運(yùn)輸中斷；鐵路因鐵軌被浸泡、路基受損而無法正常運(yùn)行；水路運(yùn)輸因港口被淹、航道堵塞而受限。這不僅影響人員和物資的正常流動(dòng)，還會(huì)大幅增加物流成本，進(jìn)一步阻礙經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在洪澇災(zāi)害嚴(yán)重的地區(qū)，物流成本可能會(huì)上漲20%-30%。期貨市場(chǎng)也會(huì)受到波及，農(nóng)產(chǎn)品減產(chǎn)會(huì)導(dǎo)致相關(guān)期貨品種價(jià)格波動(dòng)，工業(yè)生產(chǎn)受阻則會(huì)影響金屬、能源等期貨品種的需求和價(jià)格，從而對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)體系產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。城市洪澇災(zāi)害對(duì)社會(huì)的影響同樣不容忽視。它嚴(yán)重威脅著居民的生命安全，在洪水的沖擊下，許多人失去了寶貴的生命。同時(shí)，大量居民的房屋被損毀，他們被迫離開家園，生活陷入困境。教育和醫(yī)療系統(tǒng)也會(huì)受到嚴(yán)重干擾，學(xué)校停課，學(xué)生的學(xué)業(yè)被迫中斷；醫(yī)院無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，病人得不到及時(shí)的救治。社會(huì)秩序也會(huì)受到?jīng)_擊，盜竊、搶劫等犯罪行為可能會(huì)增加，給社會(huì)穩(wěn)定帶來極大的壓力。城市洪澇災(zāi)害還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。洪水?dāng)y帶大量泥沙和污染物，流入河流、湖泊等水體，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，水生生物的生存環(huán)境遭到破壞，許多魚類和其他水生生物死亡。濕地、森林等生態(tài)系統(tǒng)也會(huì)受到破壞，生物多樣性減少，生態(tài)平衡被打破。面對(duì)日益嚴(yán)峻的城市洪澇災(zāi)害形勢(shì)，構(gòu)建科學(xué)、完善的防洪排澇安全保障體系已刻不容緩。這不僅是保障城市可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，也是維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要舉措。通過深入研究城市防洪排澇水文水利計(jì)算方法，準(zhǔn)確評(píng)估城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)，合理規(guī)劃和建設(shè)防洪排澇設(shè)施，加強(qiáng)城市洪澇災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和應(yīng)急管理，可以有效提高城市應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害的能力，降低災(zāi)害損失，為城市的安全和穩(wěn)定發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的保障。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在城市防洪排澇水文水利計(jì)算方法研究領(lǐng)域，國外起步相對(duì)較早，發(fā)展也較為成熟。早期，國外主要運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行簡單的水文水利計(jì)算，如美國的合理化公式，它基于一定的經(jīng)驗(yàn)假設(shè)，通過簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系來估算暴雨徑流，在城市排水系統(tǒng)規(guī)劃初期發(fā)揮了重要作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬方法逐漸成為主流。美國的SWMM（StormWaterManagementModel）模型被廣泛應(yīng)用，它能夠?qū)Τ鞘薪涤陱搅鬟^程進(jìn)行詳細(xì)模擬，考慮了地表產(chǎn)流、管網(wǎng)匯流等多個(gè)環(huán)節(jié)，為城市排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和評(píng)估提供了有力工具。英國的InfoWorksICM模型則在綜合模擬城市水循環(huán)方面表現(xiàn)出色，不僅涵蓋了水文過程，還包括了水質(zhì)模擬等功能，能全面分析城市洪澇對(duì)水環(huán)境的影響。國內(nèi)在城市防洪排澇水文水利計(jì)算方法研究方面，早期主要借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況進(jìn)行應(yīng)用和改進(jìn)。近年來，隨著國內(nèi)對(duì)城市洪澇問題的重視程度不斷提高，相關(guān)研究取得了顯著進(jìn)展。許多學(xué)者針對(duì)我國城市的地形地貌、氣候特征等特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行優(yōu)化，提出了更符合國情的計(jì)算模型。例如，在考慮城市化對(duì)水文過程影響的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了產(chǎn)匯流計(jì)算方法，使其能更準(zhǔn)確地反映城市下墊面變化對(duì)洪澇的影響。同時(shí)，國內(nèi)也在積極研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模型，如清華大學(xué)研發(fā)的城市洪澇模型，在城市洪澇模擬精度和計(jì)算效率方面都有一定優(yōu)勢(shì)。在城市防洪排澇安全保障體系建設(shè)研究方面，國外注重多學(xué)科交叉和綜合管理。在工程措施方面，不斷完善防洪堤、排水管網(wǎng)、泵站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并采用先進(jìn)的材料和技術(shù)提高設(shè)施的防洪排澇能力。例如，荷蘭在防洪工程建設(shè)中，采用了可調(diào)節(jié)式水閘和堤壩等創(chuàng)新技術(shù)，能根據(jù)水位變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，有效抵御洪水侵襲。在非工程措施方面，國外強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)急響應(yīng)。美國建立了完善的洪水保險(xiǎn)制度，通過經(jīng)濟(jì)手段分散洪水風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，利用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)，提前發(fā)布洪水警報(bào)，為居民疏散和應(yīng)急處置爭(zhēng)取時(shí)間。日本則在城市規(guī)劃中充分考慮防洪排澇需求，合理布局城市功能區(qū)，減少洪澇災(zāi)害對(duì)城市的影響；并且高度重視公眾教育，通過宣傳和培訓(xùn)提高市民的防洪意識(shí)和自救能力。國內(nèi)城市防洪排澇安全保障體系建設(shè)研究近年來也取得了豐碩成果。在工程措施方面，加大了對(duì)城市防洪排澇基礎(chǔ)設(shè)施的投入，不斷完善城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)，提高排水能力；同時(shí)，積極推進(jìn)海綿城市建設(shè)，通過建設(shè)雨水花園、下沉式綠地、蓄水池等設(shè)施，實(shí)現(xiàn)雨水的自然積存、滲透和凈化，有效緩解城市內(nèi)澇問題。在非工程措施方面，加強(qiáng)了防洪排澇規(guī)劃和管理，制定了一系列相關(guān)政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，明確了各部門在防洪排澇工作中的職責(zé)；完善了監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，提高了洪水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性；加強(qiáng)了應(yīng)急管理體系建設(shè)，建立了應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急指揮機(jī)制，提高了應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害的能力。盡管國內(nèi)外在城市防洪排澇水文水利計(jì)算方法和安全保障體系建設(shè)研究方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足之處。在水文水利計(jì)算方法方面，雖然數(shù)值模擬方法得到了廣泛應(yīng)用，但模型的參數(shù)率定和驗(yàn)證仍存在一定困難，不同模型之間的計(jì)算結(jié)果也存在差異，影響了計(jì)算精度和可靠性。此外，對(duì)于復(fù)雜地形和下墊面條件下的城市洪澇模擬，現(xiàn)有方法還存在一定局限性。在安全保障體系建設(shè)方面，工程措施與非工程措施的協(xié)同性有待進(jìn)一步提高，各部門之間的協(xié)調(diào)配合還不夠順暢，存在職責(zé)不清、信息溝通不暢等問題。同時(shí)，對(duì)于城市洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理還不夠精細(xì)化，缺乏有效的風(fēng)險(xiǎn)量化指標(biāo)和管理手段。在未來的研究中，需要進(jìn)一步加強(qiáng)多學(xué)科交叉融合，完善水文水利計(jì)算方法，提高模型精度和可靠性；加強(qiáng)安全保障體系建設(shè)，提高工程措施與非工程措施的協(xié)同性，實(shí)現(xiàn)城市防洪排澇的精細(xì)化管理；同時(shí)，還應(yīng)注重科技創(chuàng)新，充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，提升城市防洪排澇的智能化水平。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在通過深入剖析城市防洪排澇水文水利計(jì)算方法，結(jié)合城市發(fā)展實(shí)際情況，構(gòu)建科學(xué)、高效、完善的城市防洪排澇安全保障體系，以有效提升城市應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害的能力，最大程度降低洪澇災(zāi)害對(duì)城市造成的損失，保障城市居民的生命財(cái)產(chǎn)安全和城市的可持續(xù)發(fā)展。在水文水利計(jì)算方法研究方面，本研究將全面分析現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式法、推理公式法、數(shù)值模擬法等多種計(jì)算方法。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)公式法，詳細(xì)研究其在不同城市地形、氣候條件下的適用性，通過對(duì)比實(shí)際案例，明確其在特定場(chǎng)景下的優(yōu)勢(shì)與局限性。深入剖析推理公式法中各參數(shù)的物理意義和取值依據(jù)，探討如何根據(jù)城市下墊面變化對(duì)參數(shù)進(jìn)行合理修正，以提高計(jì)算精度。針對(duì)數(shù)值模擬法，重點(diǎn)研究不同模型如SWMM模型、InfoWorksICM模型等在城市防洪排澇計(jì)算中的應(yīng)用特點(diǎn)，分析模型中復(fù)雜的水流運(yùn)動(dòng)方程、產(chǎn)匯流機(jī)制以及參數(shù)率定方法，解決模型在模擬城市復(fù)雜地形和下墊面條件時(shí)存在的問題，提高模型對(duì)城市洪澇過程的模擬準(zhǔn)確性。在城市防洪排澇安全保障體系構(gòu)成要素研究中，對(duì)工程措施進(jìn)行深入探討。在防洪堤建設(shè)方面，研究不同類型防洪堤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、適用條件以及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，分析如何根據(jù)城市河流的水文特征和地形條件，合理確定防洪堤的高度、坡度和基礎(chǔ)形式，提高防洪堤的穩(wěn)定性和防洪能力。對(duì)于排水管網(wǎng)，研究其布局優(yōu)化方法，考慮城市功能分區(qū)、地形起伏以及雨水流向等因素，合理規(guī)劃排水管網(wǎng)的走向和管徑，提高排水效率；同時(shí)，探討如何采用新型管材和排水技術(shù)，增強(qiáng)排水管網(wǎng)的耐久性和抗堵塞能力。在泵站建設(shè)方面，研究泵站的選型、規(guī)模確定以及運(yùn)行管理策略，分析如何根據(jù)城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)分布和排水需求，合理配置泵站的數(shù)量和位置，提高泵站的排水能力和運(yùn)行效率。在非工程措施研究方面，重點(diǎn)研究防洪排澇規(guī)劃。分析如何結(jié)合城市總體規(guī)劃和土地利用規(guī)劃，合理劃定城市防洪保護(hù)區(qū)和蓄滯洪區(qū)，明確不同區(qū)域的防洪標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)要求；研究如何制定科學(xué)合理的防洪排澇應(yīng)急預(yù)案，明確應(yīng)急響應(yīng)流程、各部門職責(zé)以及人員疏散方案，提高城市應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害的應(yīng)急處置能力。在監(jiān)測(cè)預(yù)警方面，研究如何利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)和通信技術(shù)，構(gòu)建全方位、多層次的城市洪澇監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨量、水位、流量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確傳輸；分析如何建立高效的預(yù)警發(fā)布機(jī)制，通過多種渠道如短信、廣播、電視、社交媒體等，及時(shí)向公眾發(fā)布洪澇預(yù)警信息，提高預(yù)警的時(shí)效性和覆蓋面。在公眾教育方面，研究如何開展形式多樣的防洪減災(zāi)宣傳教育活動(dòng)，提高公眾的防洪意識(shí)和自救互救能力，通過社區(qū)宣傳、學(xué)校教育、網(wǎng)絡(luò)宣傳等方式，普及防洪排澇知識(shí)和應(yīng)急避險(xiǎn)技能。為了更深入地了解城市防洪排澇的實(shí)際情況，本研究將選取典型城市進(jìn)行案例分析。以鄭州為例，深入分析2021年7月特大暴雨洪澇災(zāi)害的成因，從氣象條件、地形因素、城市下墊面變化等多個(gè)角度進(jìn)行剖析；評(píng)估現(xiàn)有防洪排澇設(shè)施在此次災(zāi)害中的運(yùn)行效果，分析排水管網(wǎng)、泵站等設(shè)施存在的問題；總結(jié)災(zāi)害應(yīng)對(duì)過程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，如預(yù)警發(fā)布的及時(shí)性、應(yīng)急響應(yīng)的有效性、部門之間的協(xié)調(diào)配合等方面存在的不足。通過對(duì)鄭州案例的分析，為其他城市提供借鑒，明確在防洪排澇設(shè)施建設(shè)和管理、災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)等方面需要改進(jìn)的方向?；谏鲜鲅芯?，本研究將提出城市防洪排澇安全保障體系的優(yōu)化建議。在技術(shù)創(chuàng)新方面，探索將大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)應(yīng)用于城市防洪排澇領(lǐng)域，利用大數(shù)據(jù)分析城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律和趨勢(shì)，為防洪排澇決策提供科學(xué)依據(jù)；通過人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)防洪排澇設(shè)施的智能控制和優(yōu)化調(diào)度，提高設(shè)施的運(yùn)行效率；借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市洪澇的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程管理，提升城市防洪排澇的智能化水平。在管理機(jī)制完善方面，研究如何加強(qiáng)各部門之間的協(xié)調(diào)配合，建立統(tǒng)一的城市防洪排澇管理機(jī)構(gòu)，明確各部門職責(zé)，加強(qiáng)信息共享和協(xié)同工作；完善相關(guān)政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為城市防洪排澇工作提供制度保障；建立健全城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理機(jī)制，對(duì)城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化評(píng)估，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理措施，實(shí)現(xiàn)城市防洪排澇的精細(xì)化管理。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，以確保研究的科學(xué)性、全面性和深入性。文獻(xiàn)研究法是本研究的重要基礎(chǔ)。通過廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于城市防洪排澇水文水利計(jì)算及安全保障體系建設(shè)的學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、政策法規(guī)等文獻(xiàn)資料，全面了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問題。梳理不同地區(qū)在水文水利計(jì)算方法上的應(yīng)用案例，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，為后續(xù)研究提供理論支撐和實(shí)踐參考。例如，通過對(duì)美國、英國等國家在城市防洪排澇方面的先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)的研究，為我國城市防洪排澇工作提供借鑒。案例分析法為研究提供了具體的實(shí)踐依據(jù)。選取鄭州、北京等典型城市的洪澇災(zāi)害案例進(jìn)行深入剖析。以鄭州“7?20”特大暴雨洪澇災(zāi)害為例，詳細(xì)分析災(zāi)害發(fā)生的氣象條件、地形因素、城市下墊面變化等原因，研究現(xiàn)有防洪排澇設(shè)施在災(zāi)害中的運(yùn)行狀況，評(píng)估其應(yīng)對(duì)災(zāi)害的能力和存在的問題。通過對(duì)實(shí)際案例的分析，總結(jié)城市防洪排澇工作中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，找出問題的關(guān)鍵所在，為提出針對(duì)性的改進(jìn)措施和構(gòu)建安全保障體系提供實(shí)際依據(jù)。模型計(jì)算法是研究城市防洪排澇水文水利計(jì)算的核心方法。運(yùn)用SWMM模型、InfoWorksICM模型等數(shù)值模擬工具，對(duì)城市降雨徑流過程、管網(wǎng)匯流、河道行洪等進(jìn)行模擬分析。根據(jù)城市的地形地貌、土地利用、氣象數(shù)據(jù)等信息，建立準(zhǔn)確的模型參數(shù)，模擬不同降雨情景下城市洪澇的發(fā)生發(fā)展過程，預(yù)測(cè)洪澇淹沒范圍和水深，評(píng)估防洪排澇設(shè)施的運(yùn)行效果。通過模型計(jì)算，對(duì)比不同方案下的洪澇風(fēng)險(xiǎn)，為城市防洪排澇工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，提高防洪排澇設(shè)施的布局合理性和運(yùn)行效率。本研究的技術(shù)路線緊密圍繞研究目標(biāo)和內(nèi)容展開，邏輯清晰，步驟明確，如圖1-1所示。首先，通過廣泛而深入的文獻(xiàn)研究，全面梳理城市防洪排澇水文水利計(jì)算方法以及安全保障體系建設(shè)的相關(guān)理論和實(shí)踐成果，為整個(gè)研究奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，對(duì)典型城市的洪澇災(zāi)害案例進(jìn)行詳細(xì)分析，從實(shí)際發(fā)生的災(zāi)害中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，深入了解城市防洪排澇工作中存在的問題。在充分掌握理論和實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模型計(jì)算法對(duì)城市防洪排澇進(jìn)行模擬分析。通過建立準(zhǔn)確的模型，模擬不同降雨條件下城市的水文水利過程，評(píng)估現(xiàn)有防洪排澇設(shè)施的性能，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的洪澇風(fēng)險(xiǎn)?；谀Ｐ陀?jì)算結(jié)果，結(jié)合案例分析中發(fā)現(xiàn)的問題，提出針對(duì)性的城市防洪排澇安全保障體系優(yōu)化建議，包括工程措施的改進(jìn)、非工程措施的完善以及管理機(jī)制的創(chuàng)新等方面。最后，對(duì)研究成果進(jìn)行總結(jié)和評(píng)估，驗(yàn)證優(yōu)化建議的可行性和有效性，為城市防洪排澇工作提供科學(xué)、實(shí)用的決策依據(jù)，推動(dòng)城市防洪排澇工作的發(fā)展和完善。\begin{figure}[H]\centering\includegraphics[width=12cm]{技術(shù)路線圖.png}\caption{技術(shù)路線圖}\end{figure}\begin{figure}[H]\centering\includegraphics[width=12cm]{技術(shù)路線圖.png}\caption{技術(shù)路線圖}\end{figure}\centering\includegraphics[width=12cm]{技術(shù)路線圖.png}\caption{技術(shù)路線圖}\end{figure}\includegraphics[width=12cm]{技術(shù)路線圖.png}\caption{技術(shù)路線圖}\end{figure}\caption{技術(shù)路線圖}\end{figure}\end{figure}二、城市防洪排澇水文水利計(jì)算方法2.1暴雨設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.1暴雨系列選取與歷時(shí)確定暴雨系列資料的選取對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估城市暴雨特性至關(guān)重要，需嚴(yán)格遵循一系列原則。穩(wěn)定性原則要求選取的暴雨資料在時(shí)間序列上具備良好的連續(xù)性和穩(wěn)定性，堅(jiān)決避免選用孤點(diǎn)或斷點(diǎn)數(shù)據(jù)，以防對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生誤導(dǎo)。例如，在收集某城市的暴雨資料時(shí)，若某一年份的數(shù)據(jù)因監(jiān)測(cè)設(shè)備故障缺失，而直接采用該年份附近的數(shù)據(jù)進(jìn)行替代，就可能導(dǎo)致分析結(jié)果出現(xiàn)偏差。代表性原則強(qiáng)調(diào)所選取的暴雨資料能夠精準(zhǔn)反映該地區(qū)暴雨的規(guī)律性和特征性。以處于季風(fēng)氣候區(qū)的城市為例，其暴雨多集中在夏季，且受季風(fēng)強(qiáng)弱影響，暴雨強(qiáng)度和頻率存在較大差異。因此，在選取暴雨系列時(shí)，應(yīng)充分考慮不同年份夏季暴雨的特點(diǎn)，確保資料能夠涵蓋各種典型的暴雨情況。實(shí)用性原則要求選取的資料能夠切實(shí)應(yīng)用于城市防洪排澇設(shè)計(jì)，提高暴雨預(yù)測(cè)和防范的效果。在實(shí)際操作中，需根據(jù)城市的地形地貌、排水系統(tǒng)現(xiàn)狀等因素，有針對(duì)性地選取對(duì)防洪排澇設(shè)計(jì)具有重要參考價(jià)值的暴雨資料。確定暴雨歷時(shí)是暴雨設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需綜合考慮多方面因素。規(guī)范要求是重要依據(jù)之一，不同地區(qū)和行業(yè)根據(jù)自身特點(diǎn)制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。如在水利工程設(shè)計(jì)中，通常會(huì)對(duì)不同規(guī)模的流域規(guī)定特定的設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)，以確保水利設(shè)施在面對(duì)不同量級(jí)暴雨時(shí)的安全性。當(dāng)?shù)貧夂蛱卣饕膊蝗莺鲆?，氣候條件決定了暴雨的發(fā)生規(guī)律和持續(xù)時(shí)間。在一些熱帶地區(qū)，暴雨往往具有歷時(shí)短、強(qiáng)度大的特點(diǎn)；而在溫帶地區(qū)，暴雨歷時(shí)可能相對(duì)較長，強(qiáng)度相對(duì)較小。以我國南方地區(qū)為例，夏季常受臺(tái)風(fēng)影響，臺(tái)風(fēng)帶來的暴雨歷時(shí)一般在數(shù)小時(shí)至數(shù)天不等，且降雨強(qiáng)度在不同時(shí)段變化較大。在確定暴雨歷時(shí)過程中，還需結(jié)合流域大小和產(chǎn)匯流特性進(jìn)行分析。小流域由于匯流時(shí)間較短，設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)可能相對(duì)較短；而大流域匯流時(shí)間長，需要考慮更長的暴雨歷時(shí)，以全面涵蓋洪水形成過程。例如，對(duì)于面積較小的城市內(nèi)河小流域，設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)可能主要考慮1-6小時(shí)；而對(duì)于大型跨區(qū)域流域，可能需要考慮24小時(shí)甚至更長時(shí)間的暴雨歷時(shí)。2.1.2取樣方法與頻率分析城建和水利部門由于關(guān)注重點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景不同，采用了不同的取樣方法。城建部門在城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，更注重短歷時(shí)暴雨對(duì)城市道路積水和排水管網(wǎng)的影響，常采用年多個(gè)樣法取樣。該方法從每年的降雨資料中選取多個(gè)不同歷時(shí)的暴雨樣本，如選取每年中10分鐘、30分鐘、1小時(shí)等不同歷時(shí)的最大降雨事件作為樣本。通過這種方式，可以獲取更多不同強(qiáng)度和歷時(shí)的暴雨數(shù)據(jù)，更全面地反映城市短歷時(shí)暴雨的變化特征，為城市排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。水利部門在進(jìn)行流域防洪規(guī)劃和水庫設(shè)計(jì)時(shí)，更關(guān)注長歷時(shí)暴雨引發(fā)的洪水過程，一般采用年最大值法。即每年只選取一次最大的暴雨事件作為樣本，該樣本可以是日降雨量、三日降雨量等較長歷時(shí)的暴雨數(shù)據(jù)。這種方法能夠突出極端暴雨事件對(duì)流域水資源和水利設(shè)施的影響，為流域防洪工程的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。頻率分析是確定設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度的核心步驟，其目的是揭示暴雨發(fā)生的概率規(guī)律，為城市防洪排澇設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。在進(jìn)行頻率分析時(shí)，首先要對(duì)選取的暴雨樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出不同歷時(shí)暴雨的均值、變差系數(shù)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)。以某城市的暴雨樣本為例，通過對(duì)多年的1小時(shí)暴雨數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出其均值為50毫米，變差系數(shù)為0.3。然后，根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)參數(shù)，采用合適的頻率分布曲線進(jìn)行擬合。常用的頻率分布曲線有皮爾遜Ⅲ型分布、耿貝爾分布等。皮爾遜Ⅲ型分布在水文頻率分析中應(yīng)用廣泛，它能夠較好地?cái)M合具有一定偏態(tài)特征的水文數(shù)據(jù)。通過將統(tǒng)計(jì)參數(shù)代入皮爾遜Ⅲ型分布公式，繪制出頻率曲線。在繪制過程中，需要對(duì)曲線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使其盡可能準(zhǔn)確地反映暴雨數(shù)據(jù)的分布特征。最后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的重現(xiàn)期，在頻率曲線上查得對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度。例如，對(duì)于設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為50年一遇的暴雨，在頻率曲線上找到對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值，即為該重現(xiàn)期下的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度。通過頻率分析確定的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，是城市防洪排澇工程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，直接影響到防洪堤、排水管網(wǎng)等設(shè)施的規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)。2.1.3暴雨強(qiáng)度公式推導(dǎo)與應(yīng)用暴雨強(qiáng)度公式是描述暴雨強(qiáng)度、歷時(shí)和重現(xiàn)期三者之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其推導(dǎo)基于深厚的水文學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理。推導(dǎo)過程通常從對(duì)大量歷史暴雨數(shù)據(jù)的分析入手，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法提取數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵信息。首先，收集某城市多年來不同歷時(shí)和強(qiáng)度的暴雨數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)涵蓋各種天氣條件和季節(jié)變化下的暴雨情況。然后，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分類，按照不同的歷時(shí)和重現(xiàn)期進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)。在統(tǒng)計(jì)過程中，計(jì)算每個(gè)分組內(nèi)暴雨強(qiáng)度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)量，以反映該組數(shù)據(jù)的集中趨勢(shì)和離散程度。基于統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，結(jié)合水文學(xué)原理，建立數(shù)學(xué)模型來描述暴雨強(qiáng)度與歷時(shí)、重現(xiàn)期之間的關(guān)系。目前常用的暴雨強(qiáng)度公式有兩參數(shù)公式和三參數(shù)公式。兩參數(shù)公式形式相對(duì)簡單，如i_{t,p}=\frac{A_p}{t^n}，其中i_{t,p}表示歷時(shí)為t、重現(xiàn)期為P的暴雨強(qiáng)度，A_p為重現(xiàn)期為P的雨力，n為暴雨衰減指數(shù)。三參數(shù)公式則考慮了更多因素，如i_{t,p}=\frac{A_1(1+C\lgP)}{(t+b)^n}，其中A_1為雨力參數(shù)，C為雨力變動(dòng)參數(shù)，b為降雨歷時(shí)修正參數(shù)。在推導(dǎo)過程中，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的擬合和參數(shù)優(yōu)化，確定公式中各參數(shù)的值，使公式能夠準(zhǔn)確反映當(dāng)?shù)乇┯甑膶?shí)際特征。在城市防洪排澇設(shè)計(jì)中，暴雨強(qiáng)度公式發(fā)揮著不可或缺的作用。在排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)方面，根據(jù)設(shè)計(jì)區(qū)域的規(guī)劃重現(xiàn)期，利用暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算出相應(yīng)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度。例如，某城市新區(qū)規(guī)劃重現(xiàn)期為30年一遇，通過當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度公式計(jì)算得到該重現(xiàn)期下不同歷時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度。根據(jù)這些強(qiáng)度值，結(jié)合排水區(qū)域的地形、面積、地面坡度等因素，運(yùn)用水力學(xué)原理計(jì)算排水管網(wǎng)的管徑、坡度和流速等參數(shù)。合理的管徑設(shè)計(jì)能夠確保在暴雨來臨時(shí)，排水管網(wǎng)有足夠的過水能力，避免出現(xiàn)積水現(xiàn)象；合適的坡度可以保證水流在管網(wǎng)中順暢流動(dòng)，提高排水效率；而流速的控制則有助于防止管道淤積和沖刷，延長管網(wǎng)使用壽命。在城市防洪堤設(shè)計(jì)中，暴雨強(qiáng)度公式同樣具有重要價(jià)值。通過公式計(jì)算出不同重現(xiàn)期下的暴雨強(qiáng)度，進(jìn)而推算出可能產(chǎn)生的洪水流量和水位。以某城市河流為例，根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算出百年一遇暴雨下的洪水流量，結(jié)合河流的河道特性、糙率等參數(shù)，運(yùn)用洪水演進(jìn)模型計(jì)算出相應(yīng)的洪水位。根據(jù)計(jì)算得到的洪水位，確定防洪堤的高度和堤頂寬度等設(shè)計(jì)參數(shù)，以確保防洪堤能夠有效抵御洪水侵襲，保護(hù)城市安全。2.2流量設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定在城市防洪排澇體系中，城建和水利部門依據(jù)不同的規(guī)范來確定雨水灌渠和治澇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)的制定背后有著復(fù)雜而又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目剂恳蛩?。城建部門在確定雨水灌渠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主要依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》。該規(guī)范充分考慮了城市的人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及排水系統(tǒng)的服務(wù)范圍等因素。對(duì)于人口密集、商業(yè)繁華的中心城區(qū)，由于一旦發(fā)生內(nèi)澇，將對(duì)交通、商業(yè)活動(dòng)以及居民生活造成嚴(yán)重影響，因此設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高，通常采用較高的重現(xiàn)期，如5-10年一遇。以北京的王府井商業(yè)區(qū)為例，這里人流量大，商業(yè)活動(dòng)頻繁，為了確保在暴雨情況下排水系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，雨水灌渠的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期設(shè)定為10年一遇，這樣可以有效降低內(nèi)澇發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，保障商業(yè)區(qū)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而對(duì)于人口相對(duì)稀疏、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)相對(duì)不那么活躍的城市郊區(qū)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)則相對(duì)較低，一般采用2-5年一遇的重現(xiàn)期。北京郊區(qū)的一些新開發(fā)區(qū)域，由于人口密度較低，對(duì)排水系統(tǒng)的壓力相對(duì)較小，采用2-5年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)既能滿足基本的排水需求，又能在一定程度上控制建設(shè)成本。水利部門在確定治澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主要依據(jù)《治澇標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范。這些規(guī)范綜合考慮了流域的自然地理?xiàng)l件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求以及洪澇災(zāi)害的歷史損失情況等因素。對(duì)于地勢(shì)低洼、容易積水且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較為集中的地區(qū)，為了保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定，治澇標(biāo)準(zhǔn)通常較高。如在長江中下游平原的一些產(chǎn)糧大縣，這里地勢(shì)平坦，河網(wǎng)密布，每逢暴雨容易發(fā)生內(nèi)澇，對(duì)農(nóng)作物的生長造成嚴(yán)重威脅。因此，這些地區(qū)的治澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一般采用10-20年一遇，以確保在洪水來臨時(shí)，能夠及時(shí)排除澇水，保護(hù)農(nóng)田不受淹沒，保障糧食產(chǎn)量。而對(duì)于一些地形較為復(fù)雜、洪水調(diào)蓄能力較強(qiáng)的山區(qū)，治澇標(biāo)準(zhǔn)則相對(duì)較低，一般采用5-10年一遇。在山區(qū)，由于地形起伏較大，洪水可以通過自然的地形條件進(jìn)行分散和調(diào)蓄，對(duì)治澇設(shè)施的要求相對(duì)較低，采用5-10年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可以在滿足防洪要求的同時(shí)，減少不必要的工程投資。不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的差異反映了城市不同區(qū)域功能和防洪排澇需求的多樣性。在城市建設(shè)和發(fā)展過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況合理確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，既要保障城市的安全，又要兼顧經(jīng)濟(jì)合理性和可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，隨著城市的發(fā)展和氣候變化的影響，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也需要不斷進(jìn)行評(píng)估和調(diào)整，以適應(yīng)新的防洪排澇形勢(shì)。例如，隨著城市的擴(kuò)張和人口的增加，一些原本標(biāo)準(zhǔn)較低的區(qū)域可能需要提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；而面對(duì)氣候變化導(dǎo)致的暴雨強(qiáng)度和頻率增加，也需要對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新審視和修訂，以提高城市應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害的能力。2.2.2產(chǎn)流計(jì)算方法在城市防洪排澇的產(chǎn)流計(jì)算中，市政排水和水利部門根據(jù)各自的特點(diǎn)和需求，采用了不同的計(jì)算方法，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)景。市政排水部門常用的產(chǎn)流計(jì)算方法有徑流系數(shù)法和推理公式法。徑流系數(shù)法是一種基于經(jīng)驗(yàn)的方法，它通過對(duì)不同下墊面類型的徑流系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，來估算產(chǎn)流量。例如，對(duì)于城市中的瀝青路面，徑流系數(shù)一般取值在0.8-0.9之間，這意味著在降雨過程中，80%-90%的降雨量會(huì)形成徑流。該方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡單、直觀，易于理解和應(yīng)用，不需要復(fù)雜的水文數(shù)據(jù)和計(jì)算過程。在城市排水管網(wǎng)的初步規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，徑流系數(shù)法可以快速估算出不同區(qū)域的產(chǎn)流量，為管網(wǎng)的布局和管徑的確定提供初步依據(jù)。然而，徑流系數(shù)法也存在明顯的缺點(diǎn)，它忽略了降雨強(qiáng)度、歷時(shí)等因素對(duì)產(chǎn)流的影響，只是簡單地根據(jù)下墊面類型來確定徑流系數(shù)，因此計(jì)算結(jié)果的精度相對(duì)較低。在實(shí)際應(yīng)用中，徑流系數(shù)還會(huì)受到地形、坡度、植被覆蓋等多種因素的影響，難以準(zhǔn)確反映實(shí)際的產(chǎn)流情況。推理公式法是根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式和流域匯流時(shí)間來計(jì)算產(chǎn)流量。它考慮了降雨強(qiáng)度、歷時(shí)、匯流時(shí)間等因素，通過數(shù)學(xué)公式來描述產(chǎn)流過程。其基本公式為Q=\psiiF，其中Q為設(shè)計(jì)流量，\psi為徑流系數(shù)，i為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，F(xiàn)為排水面積。推理公式法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算相對(duì)簡便，考慮了一定的水文因素，能夠在一定程度上反映降雨與產(chǎn)流之間的關(guān)系。在城市排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，推理公式法可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和排水區(qū)域的特點(diǎn)，計(jì)算出相應(yīng)的設(shè)計(jì)流量，為排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。但是，推理公式法也存在局限性，它基于一些簡化的假設(shè)，如將流域視為均勻的、匯流速度不變等，與實(shí)際情況存在一定的差異，在復(fù)雜地形和下墊面條件下，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響。水利部門常用的產(chǎn)流計(jì)算方法有初損后損法和蓄滿產(chǎn)流法。初損后損法將降雨過程分為初損和后損兩個(gè)階段，初損是指降雨開始到產(chǎn)流前的損失，包括植物截留、填洼、下滲等，后損則是產(chǎn)流后的下滲損失。通過確定初損和后損的參數(shù)，來計(jì)算產(chǎn)流量。該方法適用于干旱半干旱地區(qū)，這些地區(qū)土壤水分含量較低，下滲能力較強(qiáng)，初損和后損的概念能夠較好地描述產(chǎn)流過程。在我國西北的一些干旱地區(qū)，初損后損法可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥捞匦浴⒅脖桓采w等條件，準(zhǔn)確計(jì)算出降雨后的產(chǎn)流量，為水利工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。然而，初損后損法在濕潤地區(qū)的應(yīng)用效果相對(duì)較差，因?yàn)闈駶櫟貐^(qū)土壤含水量較高，初損和后損的界定相對(duì)困難，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響。蓄滿產(chǎn)流法認(rèn)為，當(dāng)土壤含水量達(dá)到田間持水量（即蓄滿）時(shí)才會(huì)產(chǎn)生徑流，產(chǎn)流量等于降雨量減去土壤蓄水量。該方法適用于濕潤地區(qū)，這些地區(qū)降水豐富，土壤容易達(dá)到飽和狀態(tài)。在我國南方的一些濕潤地區(qū)，蓄滿產(chǎn)流法能夠準(zhǔn)確反映降雨后的產(chǎn)流情況，為流域的防洪和水資源管理提供重要參考。但蓄滿產(chǎn)流法在干旱半干旱地區(qū)可能不太適用，因?yàn)檫@些地區(qū)土壤很難達(dá)到飽和狀態(tài)，按照蓄滿產(chǎn)流的概念進(jìn)行計(jì)算，可能會(huì)低估產(chǎn)流量。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的產(chǎn)流計(jì)算方法。對(duì)于城市排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于主要關(guān)注短歷時(shí)暴雨產(chǎn)生的徑流，徑流系數(shù)法和推理公式法較為常用；而對(duì)于流域的防洪和水資源管理，水利部門的初損后損法和蓄滿產(chǎn)流法能夠更好地反映流域的產(chǎn)流特性。同時(shí)，隨著技術(shù)的發(fā)展，一些新的計(jì)算方法和模型不斷涌現(xiàn)，如基于物理過程的分布式水文模型，能夠更全面地考慮各種因素對(duì)產(chǎn)流的影響，為城市防洪排澇和流域水資源管理提供更準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。2.2.3匯流計(jì)算方法在城市防洪排澇的匯流計(jì)算中，城建部門和水利部門采用了不同的方法，這些方法各有特點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)景，兩者之間存在著顯著的差異。城建部門主要采用推理公式法進(jìn)行匯流計(jì)算。推理公式法基于一定的假設(shè)條件，將匯流過程簡化為一個(gè)數(shù)學(xué)模型。它認(rèn)為匯流時(shí)間與流域的長度、坡度以及水流速度等因素有關(guān)。通過對(duì)這些因素的分析和計(jì)算，得出匯流時(shí)間的計(jì)算公式。在實(shí)際應(yīng)用中，首先根據(jù)流域的地形地貌和排水管網(wǎng)的布局，確定相關(guān)參數(shù)，如流域長度、坡度等。然后，根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算出設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度。最后，將這些參數(shù)代入推理公式，計(jì)算出設(shè)計(jì)流量。推理公式法的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算過程相對(duì)簡單，易于理解和操作。在城市排水管網(wǎng)的初步設(shè)計(jì)階段，能夠快速估算出不同區(qū)域的排水流量，為管網(wǎng)的布局和管徑的確定提供重要參考。例如，在城市新區(qū)的規(guī)劃中，通過推理公式法可以快速計(jì)算出各個(gè)排水區(qū)域的設(shè)計(jì)流量，從而合理規(guī)劃排水管網(wǎng)的走向和管徑，提高排水效率。然而，推理公式法也存在明顯的局限性。它基于一些簡化的假設(shè)，如將流域視為均勻的，忽略了流域內(nèi)下墊面的差異和水流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性。在實(shí)際情況中，城市下墊面往往由多種不同的材質(zhì)組成，如瀝青路面、混凝土廣場(chǎng)、綠地等，這些不同的下墊面具有不同的水力特性，會(huì)對(duì)匯流過程產(chǎn)生顯著影響。此外，推理公式法在處理復(fù)雜地形和管網(wǎng)布局時(shí)，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到較大影響。水利部門則多采用綜合單位線法與推理公式法相結(jié)合的方式進(jìn)行匯流計(jì)算。綜合單位線法是一種基于經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析的方法，它通過對(duì)大量實(shí)測(cè)洪水資料的分析，得出單位線的形狀和參數(shù)。單位線是指在單位時(shí)段內(nèi)，單位凈雨深在流域出口斷面所形成的地面徑流過程線。綜合單位線法考慮了流域的地形、地貌、土壤、植被等多種因素對(duì)匯流的影響，能夠更全面地反映流域的匯流特性。在實(shí)際應(yīng)用中，首先根據(jù)流域的特性和實(shí)測(cè)洪水資料，確定綜合單位線的參數(shù)。然后，結(jié)合推理公式計(jì)算出的設(shè)計(jì)凈雨過程，通過單位線的卷積運(yùn)算，得到流域出口斷面的設(shè)計(jì)洪水過程線。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是考慮因素較為全面，能夠更準(zhǔn)確地模擬流域的匯流過程，適用于較大流域和復(fù)雜地形條件下的洪水計(jì)算。在大型流域的防洪規(guī)劃中，綜合單位線法可以充分考慮流域內(nèi)不同區(qū)域的水文特性，準(zhǔn)確計(jì)算出洪水的演進(jìn)過程，為防洪工程的設(shè)計(jì)和調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。然而，綜合單位線法也存在一些缺點(diǎn)，它依賴于大量的實(shí)測(cè)洪水資料，對(duì)于缺乏資料的流域，應(yīng)用起來較為困難。同時(shí)，單位線的參數(shù)具有一定的地區(qū)性和時(shí)效性，在不同的流域和時(shí)間段，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修正。城建部門的推理公式法和水利部門的綜合單位線法與推理公式法結(jié)合在匯流計(jì)算中各有優(yōu)劣。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法。對(duì)于城市排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于主要關(guān)注城市局部區(qū)域的短歷時(shí)暴雨匯流，推理公式法能夠滿足基本的計(jì)算需求；而對(duì)于流域的防洪和水資源管理，綜合單位線法與推理公式法結(jié)合的方式能夠更準(zhǔn)確地反映流域的匯流特性，為工程設(shè)計(jì)和決策提供更可靠的依據(jù)。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和水文模型的不斷發(fā)展，一些更先進(jìn)的匯流計(jì)算方法和模型也在不斷涌現(xiàn)，如分布式水文模型，能夠更精細(xì)地模擬流域內(nèi)的水文過程，為城市防洪排澇和流域水資源管理提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持。三、城市防洪排澇安全保障體系構(gòu)成要素3.1工程性措施3.1.1排水管網(wǎng)系統(tǒng)排水管網(wǎng)作為城市防洪排澇的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其布局的合理性直接關(guān)系到城市排水的效率和效果。在城市規(guī)劃中，排水管網(wǎng)布局需充分考慮地形地貌因素。對(duì)于地勢(shì)起伏較大的城市，如重慶，排水管網(wǎng)應(yīng)依據(jù)等高線進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用分區(qū)排水的方式，將高地勢(shì)區(qū)域和低地勢(shì)區(qū)域的雨水分開排放，避免高地勢(shì)區(qū)域的雨水對(duì)低地勢(shì)區(qū)域造成過大的排水壓力。同時(shí)，排水管網(wǎng)的走向應(yīng)與城市道路、河流等自然和人工地形相協(xié)調(diào)，盡量減少管道的轉(zhuǎn)彎和起伏，降低水流阻力，提高排水速度。在一些山區(qū)城市，排水管網(wǎng)可沿著山谷和溪流的走向進(jìn)行鋪設(shè)，充分利用自然的排水通道，提高排水效率。管徑設(shè)計(jì)是排水管網(wǎng)系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)之一，它直接決定了管網(wǎng)的排水能力。管徑的確定需要綜合考慮多方面因素。根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算出不同重現(xiàn)期下的設(shè)計(jì)流量是管徑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)于重現(xiàn)期為50年一遇的暴雨，通過暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算出該地區(qū)的設(shè)計(jì)流量為某一具體數(shù)值。然后，根據(jù)排水區(qū)域的面積、地面坡度、下墊面類型等因素，運(yùn)用水力學(xué)原理進(jìn)行精確計(jì)算。在地面坡度較陡的區(qū)域，水流速度較快，管徑可適當(dāng)減??；而在地勢(shì)平坦、排水困難的區(qū)域，管徑則需要加大，以確保足夠的排水能力。不同材質(zhì)的排水管道具有不同的水力特性，也會(huì)對(duì)管徑設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。例如，塑料管道內(nèi)壁光滑，水流阻力小，相同流量下所需管徑相對(duì)較小；而混凝土管道內(nèi)壁相對(duì)粗糙，管徑則需要適當(dāng)增大。排水管道的材質(zhì)選擇對(duì)管網(wǎng)的性能和使用壽命有著重要影響。傳統(tǒng)的排水管道材質(zhì)如混凝土管、鑄鐵管，具有一定的強(qiáng)度和耐久性，但也存在一些明顯的缺點(diǎn)?；炷凉苋菀资艿剿釅A物質(zhì)的侵蝕，在一些工業(yè)污染較為嚴(yán)重的區(qū)域，其使用壽命會(huì)大大縮短；鑄鐵管則容易生銹，維護(hù)成本較高，且重量較大，施工難度較大。隨著科技的發(fā)展，新型管材如HDPE（高密度聚乙烯）管、UPVC（硬聚氯乙烯）管等逐漸得到廣泛應(yīng)用。HDPE管具有耐腐蝕、耐磨損、重量輕、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，其使用壽命可達(dá)50年以上，在城市排水管網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用越來越廣泛。UPVC管則具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐水性，價(jià)格相對(duì)較低，適用于一些對(duì)成本較為敏感的項(xiàng)目。在實(shí)際工程中，需要根據(jù)不同的工程條件和需求，綜合考慮管材的性能、價(jià)格、施工難度等因素，選擇合適的排水管道材質(zhì)。為了進(jìn)一步提高排水管網(wǎng)的排水能力，優(yōu)化管網(wǎng)是一項(xiàng)重要措施。通過對(duì)現(xiàn)有排水管網(wǎng)進(jìn)行全面評(píng)估，利用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)如管道內(nèi)窺檢測(cè)，準(zhǔn)確找出管網(wǎng)中的瓶頸管段和堵塞點(diǎn)。對(duì)于管徑過小的瓶頸管段，進(jìn)行擴(kuò)徑改造，增加管道的過水能力；對(duì)于存在堵塞的管道，及時(shí)進(jìn)行清理和疏通，確保水流暢通。合理設(shè)置雨水口的位置和數(shù)量也是優(yōu)化管網(wǎng)的重要手段。在道路的低洼處、路口等容易積水的區(qū)域，加密雨水口的設(shè)置，提高雨水的收集效率。通過優(yōu)化管網(wǎng)布局，減少管道的迂回和不合理連接，使排水路徑更加順暢，從而提高整個(gè)排水管網(wǎng)系統(tǒng)的排水能力，有效應(yīng)對(duì)城市洪澇災(zāi)害。3.1.2泵站建設(shè)與改造泵站在城市防洪排澇體系中扮演著至關(guān)重要的角色，它猶如城市排水系統(tǒng)的“心臟”，能夠?qū)⒌屯莸貐^(qū)或排水困難區(qū)域的積水及時(shí)提升并輸送至排水管網(wǎng)或自然水體，確保城市在暴雨等極端天氣條件下的正常排水。在城市的一些低洼地段，如地下停車場(chǎng)、下沉式廣場(chǎng)等，由于地勢(shì)較低，雨水容易積聚，泵站能夠迅速啟動(dòng)，將積水排出，避免內(nèi)澇的發(fā)生。泵站的選型是一項(xiàng)復(fù)雜而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，需要綜合考慮多個(gè)關(guān)鍵因素。流量和揚(yáng)程是泵站選型的核心參數(shù)。流量應(yīng)根據(jù)排水區(qū)域的面積、設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度以及集水時(shí)間等因素，運(yùn)用相關(guān)的水文水利計(jì)算方法精確確定。對(duì)于一個(gè)面積為10平方公里的排水區(qū)域，根據(jù)當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度公式和集水時(shí)間計(jì)算，確定在設(shè)計(jì)暴雨條件下所需的排水流量為某一具體數(shù)值。揚(yáng)程則需要考慮排水管道的高程差、水流阻力以及提升高度等因素，通過水力學(xué)計(jì)算得出。在確定流量和揚(yáng)程后，還需結(jié)合水泵的性能曲線，選擇合適的水泵類型，如離心泵適用于高揚(yáng)程、小流量的工況；軸流泵則適用于低揚(yáng)程、大流量的情況；混流泵的性能介于兩者之間，適用于中等揚(yáng)程和流量的場(chǎng)合。此外，還需考慮水泵的效率、可靠性、維護(hù)便利性以及運(yùn)行成本等因素，選擇性能優(yōu)良、性價(jià)比高的水泵設(shè)備。泵站的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)直接關(guān)系到其防洪排澇能力和運(yùn)行安全性。在選址方面，應(yīng)選擇地勢(shì)相對(duì)較高、地質(zhì)條件穩(wěn)定、便于進(jìn)出水和管理維護(hù)的位置。避免將泵站建在容易遭受洪水淹沒的低洼地區(qū)，以及地質(zhì)條件復(fù)雜、容易出現(xiàn)地基沉降等問題的區(qū)域。泵站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠承受洪水的沖擊和浸泡。泵房的墻體、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)應(yīng)采用堅(jiān)固的材料，如鋼筋混凝土，確保在極端洪水條件下不發(fā)生倒塌等安全事故。同時(shí)，泵站的電氣設(shè)備、控制系統(tǒng)等應(yīng)具備防水、防潮、防雷等功能，保證在惡劣天氣條件下的正常運(yùn)行。對(duì)現(xiàn)有泵站進(jìn)行升級(jí)改造具有重要意義，它能夠有效提高泵站的排水能力，滿足城市發(fā)展和防洪排澇需求的變化。隨著城市的擴(kuò)張和人口的增加，原有的泵站可能無法應(yīng)對(duì)日益增長的排水壓力。通過增加水泵的數(shù)量或更換更大流量、更高揚(yáng)程的水泵，可以直接提升泵站的排水能力。對(duì)泵站的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，采用自動(dòng)化程度更高的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)啟停和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，能夠提高泵站的運(yùn)行效率和管理水平。在一些老舊泵站中，原有的手動(dòng)控制系統(tǒng)操作繁瑣，響應(yīng)速度慢，無法及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)的暴雨情況。通過升級(jí)為自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)水位變化自動(dòng)控制水泵的運(yùn)行，大大提高了排水的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。此外，對(duì)泵站的進(jìn)出水管道進(jìn)行改造，優(yōu)化管道布局，減少水流阻力，也能夠提高泵站的整體運(yùn)行效率。通過這些升級(jí)改造措施，可以使現(xiàn)有泵站煥發(fā)新的活力，更好地發(fā)揮其在城市防洪排澇中的重要作用。3.1.3雨水調(diào)蓄設(shè)施雨水花園作為一種生態(tài)型的雨水調(diào)蓄設(shè)施，其工作原理基于自然水文循環(huán)和生態(tài)凈化過程。它通常由植物、土壤、礫石等組成，通過植物的截留、土壤的滲透和吸附作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的收集、凈化和調(diào)蓄。當(dāng)降雨發(fā)生時(shí)，雨水首先被植物的枝葉截留，減少了直接落到地面的雨水量，降低了地表徑流的產(chǎn)生。隨后，雨水緩慢滲透到土壤中，土壤中的微生物和有機(jī)物對(duì)雨水進(jìn)行凈化，去除其中的污染物。部分雨水被儲(chǔ)存于土壤和礫石層中，起到調(diào)蓄作用，在干旱時(shí)期可以緩慢釋放，用于補(bǔ)充地下水或灌溉周邊植物。在一些城市的小區(qū)綠化中，建設(shè)了雨水花園，在暴雨時(shí)，雨水花園能夠有效地收集和儲(chǔ)存雨水，減少了小區(qū)內(nèi)的積水現(xiàn)象，同時(shí)凈化后的雨水還可以用于澆灌小區(qū)內(nèi)的花草樹木，實(shí)現(xiàn)了雨水的資源化利用。下沉式綠地是一種低于周圍地面的綠地形式，其工作原理是利用地形高差，使雨水自然流入綠地中。下沉式綠地的建設(shè)要點(diǎn)在于合理確定下沉深度和面積。下沉深度一般根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕涤炅?、土壤滲透系數(shù)等因素確定，通常在10-30厘米之間。面積則應(yīng)根據(jù)排水區(qū)域的大小和綠地的布局進(jìn)行規(guī)劃，確保能夠有效收集和調(diào)蓄雨水。下沉式綠地的植物選擇也很關(guān)鍵，應(yīng)選用耐水濕、根系發(fā)達(dá)的植物品種，如菖蒲、蘆葦?shù)龋@些植物不僅能夠美化環(huán)境，還能增強(qiáng)綠地的凈化和調(diào)蓄能力。在城市道路兩旁建設(shè)下沉式綠地，當(dāng)雨水來臨時(shí)，道路上的雨水可以迅速流入下沉式綠地中，被土壤吸收和植物凈化，減少了道路積水，改善了城市的水環(huán)境。蓄水池是一種常見的雨水調(diào)蓄設(shè)施，它通過物理方式儲(chǔ)存雨水，以備后續(xù)使用。蓄水池的建設(shè)要點(diǎn)包括選址、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和容量計(jì)算。選址應(yīng)考慮地形、地質(zhì)條件以及周邊用水需求等因素，盡量選擇地勢(shì)較低、便于收集雨水且靠近用水區(qū)域的位置。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要確保蓄水池的堅(jiān)固性和密封性，防止漏水和坍塌。容量計(jì)算則需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕涤炅?、用水需求以及調(diào)蓄目標(biāo)等因素進(jìn)行精確計(jì)算。對(duì)于一個(gè)以滿足周邊居民綠化灌溉用水為主要目標(biāo)的蓄水池，需要根據(jù)該區(qū)域的年平均降雨量、灌溉用水量等數(shù)據(jù)，確定合理的蓄水池容量。在實(shí)際應(yīng)用中，蓄水池可以與其他雨水利用設(shè)施相結(jié)合，如與雨水收集系統(tǒng)相連，將收集到的雨水儲(chǔ)存起來，用于沖洗廁所、澆灌綠地等，提高雨水的利用效率。雨水花園、下沉式綠地、蓄水池等雨水調(diào)蓄設(shè)施在城市防洪排澇中具有顯著的應(yīng)用效果。它們能夠有效地削減洪峰流量，將暴雨期間的大量雨水儲(chǔ)存起來，緩慢釋放，減輕排水管網(wǎng)的壓力。這些設(shè)施還能夠改善城市的生態(tài)環(huán)境，增加綠地面積，提高城市的自凈能力，促進(jìn)雨水的自然循環(huán)。通過實(shí)現(xiàn)雨水的資源化利用，用于灌溉、洗車、沖廁等，減少了對(duì)自來水的依賴，節(jié)約了水資源。在一些積極推廣雨水調(diào)蓄設(shè)施建設(shè)的城市，城市內(nèi)澇問題得到了有效緩解，生態(tài)環(huán)境得到了明顯改善，居民的生活質(zhì)量也得到了提高。3.2非工程性措施3.2.1法律法規(guī)與政策支持國家和地方層面出臺(tái)了一系列法律法規(guī)與政策文件，為城市防洪排澇提供了堅(jiān)實(shí)的制度保障。在國家層面，《中華人民共和國防洪法》作為防洪領(lǐng)域的基本法律，明確了防洪工作實(shí)行全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、預(yù)防為主、綜合治理、局部利益服從全局利益的原則。該法規(guī)定了防洪規(guī)劃的編制、審批和實(shí)施程序，明確了防洪工程設(shè)施建設(shè)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)防洪區(qū)和防洪工程設(shè)施的管理作出了詳細(xì)規(guī)定，為城市防洪排澇工作提供了根本性的法律依據(jù)?！吨腥A人民共和國防汛條例》進(jìn)一步細(xì)化了防汛工作的組織、準(zhǔn)備、搶險(xiǎn)等方面的規(guī)定，明確了各級(jí)政府、部門和單位在防汛工作中的職責(zé)，規(guī)范了防汛物資儲(chǔ)備、調(diào)度和使用等行為。地方政府也結(jié)合本地實(shí)際情況，制定了相應(yīng)的實(shí)施細(xì)則和政策文件。例如，南平市出臺(tái)的《南平市城市防洪排澇管理辦法》，明確了城市防洪排澇工作實(shí)行系統(tǒng)規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧，預(yù)防為主、綜合治理，因地制宜、一城一策，政府主導(dǎo)、社會(huì)參與的原則。該辦法規(guī)定市、縣（市、區(qū)）人民政府領(lǐng)導(dǎo)城市防洪排澇工作，將城市防洪排澇工程設(shè)施建設(shè)納入國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃，加強(qiáng)城市防洪排澇治理工作和工程設(shè)施建設(shè)，建立多部門統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的工作機(jī)制和城市防洪排澇工作評(píng)估機(jī)制，將防洪排澇工作納入政府工作績效考核體系，提高城市防洪排澇能力。同時(shí)，對(duì)水行政主管部門、城市排水主管部門以及其他相關(guān)部門在城市防洪排澇工作中的職責(zé)進(jìn)行了明確劃分，確保各項(xiàng)工作有序開展。這些法律法規(guī)與政策文件對(duì)城市防洪排澇安全保障體系建設(shè)起到了多方面的推動(dòng)作用。它們明確了各部門和單位在城市防洪排澇工作中的職責(zé)和義務(wù)，避免了職責(zé)不清導(dǎo)致的工作推諉和效率低下問題。在洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)，各部門能夠依據(jù)相關(guān)規(guī)定迅速行動(dòng)，各司其職，形成有效的工作合力。它們?yōu)槌鞘蟹篮榕艥彻こ淘O(shè)施建設(shè)和運(yùn)行管理提供了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保了工程設(shè)施的質(zhì)量和安全性。在防洪堤建設(shè)中，法律法規(guī)規(guī)定了防洪堤的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)材料和施工工藝等要求，保證了防洪堤能夠有效抵御洪水侵襲。這些法律法規(guī)和政策文件還為城市防洪排澇工作提供了資金保障，通過將防洪排澇工程設(shè)施建設(shè)納入國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃，明確防洪排澇工作經(jīng)費(fèi)列入財(cái)政年度預(yù)算，確保了城市防洪排澇工作有足夠的資金支持，推動(dòng)了城市防洪排澇安全保障體系的不斷完善和發(fā)展。3.2.2監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)氣象、水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是城市防洪排澇的重要“耳目”，其建設(shè)對(duì)于及時(shí)掌握雨情、水情變化至關(guān)重要。在氣象監(jiān)測(cè)方面，我國建立了由地面氣象觀測(cè)站、高空探測(cè)站、氣象衛(wèi)星等組成的全方位氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。地面氣象觀測(cè)站分布廣泛，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素；高空探測(cè)站通過釋放探空氣球，獲取高空大氣的溫度、濕度、氣壓等信息；氣象衛(wèi)星則從太空對(duì)地球大氣進(jìn)行觀測(cè)，能夠提供大范圍、高分辨率的氣象云圖，監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)、暴雨等天氣系統(tǒng)的生成、發(fā)展和移動(dòng)路徑。這些氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)通過先進(jìn)的通信技術(shù)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綒庀髷?shù)據(jù)處理中心，經(jīng)過專業(yè)分析和處理，為城市防洪排澇提供準(zhǔn)確的氣象預(yù)報(bào)。水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它主要包括水位站、雨量站、流量站等監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。水位站通過安裝在河流、湖泊、水庫等水體中的水位計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位變化；雨量站利用雨量傳感器，精確測(cè)量降雨量；流量站則通過各種流量測(cè)驗(yàn)設(shè)備，測(cè)定河流的流量。這些水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布在城市的各個(gè)水系，能夠全面掌握城市水體的水文信息。在一些重要的河流和湖泊，還建立了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將水位、流量等數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)剿男畔⒐芾砥脚_(tái)，為防洪排澇決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確的水文數(shù)據(jù)支持。預(yù)警信息發(fā)布機(jī)制是將監(jiān)測(cè)到的雨情、水情信息及時(shí)傳遞給公眾和相關(guān)部門的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國建立了以氣象部門為主，多部門協(xié)同的預(yù)警信息發(fā)布體系，遵循“歸口管理、統(tǒng)一發(fā)布、快速傳播”的原則。氣象部門負(fù)責(zé)制作并發(fā)布?xì)庀鬄?zāi)害預(yù)警信息，明確發(fā)布內(nèi)容包括類別、級(jí)別、起始時(shí)間、影響范圍等。利用多種手段建立發(fā)布系統(tǒng)，通過短信平臺(tái)向公眾發(fā)送預(yù)警短信，確保預(yù)警信息能夠快速、準(zhǔn)確地傳達(dá)給每一位市民；通過廣播、電視等傳統(tǒng)媒體，在重要時(shí)段和頻道滾動(dòng)播出預(yù)警信息，擴(kuò)大預(yù)警信息的覆蓋面；借助微博、微信等社交媒體平臺(tái)，及時(shí)發(fā)布圖文并茂的預(yù)警信息，提高公眾的關(guān)注度和接收率。針對(duì)特殊人群和場(chǎng)所，采取針對(duì)性的方式進(jìn)行預(yù)警，如通過社區(qū)工作人員上門通知孤寡老人、殘疾人等特殊群體，在學(xué)校、醫(yī)院、商場(chǎng)等人員密集場(chǎng)所設(shè)置警報(bào)裝置，確保預(yù)警信息能夠及時(shí)傳達(dá)給每一個(gè)人。應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案的制定和實(shí)施是城市應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害的重要保障。各地根據(jù)當(dāng)?shù)氐暮闈碁?zāi)害特點(diǎn)和實(shí)際情況，制定了詳細(xì)的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，明確了應(yīng)急響應(yīng)的級(jí)別、啟動(dòng)條件、響應(yīng)流程和各部門職責(zé)。應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別通常分為四級(jí)，根據(jù)洪澇災(zāi)害的嚴(yán)重程度和影響范圍，依次啟動(dòng)不同級(jí)別的響應(yīng)。在響應(yīng)流程方面，當(dāng)監(jiān)測(cè)到洪澇災(zāi)害可能發(fā)生時(shí)，相關(guān)部門立即啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)，迅速開展會(huì)商研判，分析災(zāi)害的發(fā)展趨勢(shì)和可能造成的影響。根據(jù)會(huì)商結(jié)果，及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，組織人員疏散轉(zhuǎn)移，調(diào)配搶險(xiǎn)救援力量和物資，開展搶險(xiǎn)救援工作。在2021年鄭州“7?20”特大暴雨洪澇災(zāi)害中，當(dāng)?shù)卣杆賳?dòng)應(yīng)急響應(yīng)，各部門密切配合，消防、武警、公安等救援力量迅速投入搶險(xiǎn)救援，及時(shí)疏散轉(zhuǎn)移被困群眾，最大限度地減少了人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。通過不斷完善應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，加強(qiáng)演練和培訓(xùn)，提高了城市應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害的應(yīng)急處置能力，保障了城市居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。3.2.3公眾教育與宣傳開展公眾防洪排澇知識(shí)教育和宣傳活動(dòng)對(duì)于提高公眾的防災(zāi)意識(shí)和自救能力具有重要意義。社區(qū)宣傳是普及防洪排澇知識(shí)的重要陣地，通過舉辦專題講座，邀請(qǐng)水利、氣象等部門的專家為居民講解洪澇災(zāi)害的成因、危害以及應(yīng)對(duì)方法。在講座中，專家們結(jié)合實(shí)際案例，深入淺出地介紹如何在暴雨天氣中避免危險(xiǎn)，如不要在低洼地帶停留、不要靠近河邊和橋梁等。組織社區(qū)居民參加應(yīng)急演練，模擬洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)的場(chǎng)景，讓居民親身體驗(yàn)疏散轉(zhuǎn)移的過程，掌握正確的自救互救技能，如如何使用救生設(shè)備、如何進(jìn)行心肺復(fù)蘇等。通過社區(qū)宣傳，增強(qiáng)了居民對(duì)洪澇災(zāi)害的認(rèn)識(shí)，提高了他們的自我保護(hù)意識(shí)和應(yīng)對(duì)能力。學(xué)校教育在培養(yǎng)青少年的防洪排澇意識(shí)和能力方面發(fā)揮著獨(dú)特作用。將防洪排澇知識(shí)納入學(xué)校安全教育課程體系，編寫專門的教材和教案，讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)洪澇災(zāi)害的相關(guān)知識(shí)。在課堂上，教師通過圖片、視頻等多種形式，生動(dòng)形象地向?qū)W生展示洪澇災(zāi)害的危害和應(yīng)對(duì)方法。組織開展主題班會(huì)、知識(shí)競(jìng)賽等活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深他們對(duì)防洪排澇知識(shí)的理解和記憶。通過學(xué)校教育，培養(yǎng)了青少年的防災(zāi)意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感，使他們從小就掌握基本的防洪排澇知識(shí)和技能，為未來應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害奠定了基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)宣傳具有傳播速度快、覆蓋面廣的優(yōu)勢(shì)，是普及防洪排澇知識(shí)的重要渠道。利用官方網(wǎng)站、社交媒體平臺(tái)等發(fā)布防洪排澇科普文章、視頻等內(nèi)容，以通俗易懂的語言和生動(dòng)有趣的形式，向公眾介紹洪澇災(zāi)害的預(yù)防、避險(xiǎn)和自救知識(shí)。制作精美的動(dòng)畫視頻，通過動(dòng)畫人物的演示，展示在洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)如何正確逃生和自救；發(fā)布圖文并茂的科普文章，詳細(xì)介紹防洪排澇的注意事項(xiàng)和應(yīng)急措施。開展線上互動(dòng)活動(dòng)，如在線問答、話題討論等，吸引公眾參與，提高他們對(duì)防洪排澇知識(shí)的關(guān)注度和學(xué)習(xí)積極性。通過網(wǎng)絡(luò)宣傳，讓更多的人了解防洪排澇知識(shí)，提高了公眾的防災(zāi)意識(shí)和自救能力。公眾防洪排澇知識(shí)的普及程度直接關(guān)系到城市在洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)的應(yīng)對(duì)效果。通過社區(qū)宣傳、學(xué)校教育、網(wǎng)絡(luò)宣傳等多種方式，提高公眾的防災(zāi)意識(shí)和自救能力，能夠在洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)，使公眾迅速做出正確的反應(yīng)，采取有效的避險(xiǎn)和自救措施，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。公眾的積極參與和配合也有助于形成全社會(huì)共同應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害的良好氛圍，提高城市整體的防洪排澇能力，保障城市的安全和穩(wěn)定。四、城市防洪排澇案例分析4.1案例城市選取與背景介紹本研究選取鄭州市作為典型案例城市，深入剖析其防洪排澇情況。鄭州市作為河南省省會(huì)，是中原地區(qū)重要的交通樞紐和經(jīng)濟(jì)中心，在區(qū)域發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的地位。其地理位置獨(dú)特，位于東經(jīng)112°42′-114°14′，北緯34°16′-34°58′之間，地處黃河中下游分界處，境內(nèi)有黃河、賈魯河、金水河等多條河流穿城而過。這種特殊的地理位置，使得鄭州既面臨黃河洪水的威脅，又容易受到境內(nèi)河流洪澇的影響。從氣候條件來看，鄭州屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，降水集中在夏季，且年際變化較大。夏季多暴雨天氣，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近30年來，鄭州市年平均降水量約為640毫米，其中夏季降水量占全年的60%-70%。暴雨強(qiáng)度大、歷時(shí)短是鄭州夏季暴雨的顯著特點(diǎn)，短時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)降雨極易引發(fā)城市內(nèi)澇。2021年7月20日，鄭州遭遇特大暴雨，單日降雨量高達(dá)624.1毫米，超過了當(dāng)?shù)爻Ｄ耆杲邓康娜种?，小時(shí)最大降雨量達(dá)201.9毫米，突破了中國大陸小時(shí)降雨量歷史極值，如此高強(qiáng)度的降雨給城市防洪排澇帶來了巨大挑戰(zhàn)。鄭州的地形地貌以平原為主，地勢(shì)西南高、東北低。西南部為嵩山余脈，地勢(shì)起伏較大，山區(qū)匯流速度快，洪水來勢(shì)兇猛；而東北部為黃河沖積平原，地勢(shì)平坦，排水不暢，容易造成積水。在城市發(fā)展過程中，隨著城市化進(jìn)程的加速，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，建成區(qū)面積從過去的幾十平方公里擴(kuò)展到如今的上千平方公里，人口也迅速增長，目前常住人口已超過1200萬。城市下墊面發(fā)生了巨大變化，大量的農(nóng)田、綠地被混凝土、瀝青等硬化地面所取代，不透水面積大幅增加，導(dǎo)致雨水下滲量減少，地表徑流系數(shù)增大，城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)顯著提高。由于特殊的地理位置、氣候條件和地形地貌，以及快速的城市發(fā)展，鄭州市的防洪排澇具有諸多特點(diǎn)和難點(diǎn)。黃河作為鄭州的重要防洪屏障，其洪水來勢(shì)洶洶，一旦發(fā)生決堤等險(xiǎn)情，將對(duì)鄭州及周邊地區(qū)造成毀滅性的災(zāi)害，因此黃河防洪任務(wù)艱巨。境內(nèi)河流眾多，且相互連通，在暴雨情況下，各河流洪水疊加，容易形成區(qū)域性洪澇災(zāi)害，增加了防洪排澇的復(fù)雜性。城市下墊面的改變使得雨水徑流大幅增加，而現(xiàn)有的排水管網(wǎng)系統(tǒng)難以滿足快速增長的排水需求，內(nèi)澇問題日益突出。在城市建設(shè)過程中，部分區(qū)域存在防洪排澇設(shè)施建設(shè)滯后、規(guī)劃不合理等問題，進(jìn)一步加劇了城市防洪排澇的難度。4.2水文水利計(jì)算應(yīng)用實(shí)例4.2.1暴雨與流量計(jì)算過程在對(duì)鄭州市進(jìn)行水文水利計(jì)算時(shí)，采用了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄟx取暴雨系列資料。收集了鄭州市近50年的逐日降雨數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源于分布在鄭州市不同區(qū)域的多個(gè)氣象監(jiān)測(cè)站，包括市區(qū)的氣象站以及周邊郊縣的氣象站，以確保數(shù)據(jù)能夠全面反映鄭州市的降雨情況。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格審查，剔除了因設(shè)備故障、人為記錄錯(cuò)誤等原因?qū)е碌漠惓?shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，在審查過程中發(fā)現(xiàn)某一年份某氣象站的一個(gè)月降雨數(shù)據(jù)明顯異常，經(jīng)過與周邊氣象站數(shù)據(jù)對(duì)比以及對(duì)該站設(shè)備運(yùn)行記錄的檢查，確定是設(shè)備傳感器故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，因此將該月數(shù)據(jù)剔除。根據(jù)鄭州市的氣候特點(diǎn)和排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，確定了暴雨歷時(shí)?？紤]到鄭州市夏季暴雨集中，短歷時(shí)暴雨對(duì)城市排水系統(tǒng)沖擊較大，主要選取了5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘、1小時(shí)、2小時(shí)、3小時(shí)、6小時(shí)、12小時(shí)、24小時(shí)等多個(gè)歷時(shí)的暴雨數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這是因?yàn)椴煌瑲v時(shí)的暴雨對(duì)城市不同排水設(shè)施的影響程度不同，短歷時(shí)暴雨主要影響城市道路積水和雨水口的排水能力，而長歷時(shí)暴雨則對(duì)排水管網(wǎng)和泵站的運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。例如，5分鐘和10分鐘的短歷時(shí)暴雨數(shù)據(jù)可用于評(píng)估城市道路低洼處的積水情況，為設(shè)置雨水口和小型排水設(shè)施提供依據(jù)；24小時(shí)的長歷時(shí)暴雨數(shù)據(jù)則用于評(píng)估排水管網(wǎng)在長時(shí)間降雨過程中的排水能力，為管網(wǎng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考。在取樣方法上，城建部門采用年多個(gè)樣法，從每年的降雨資料中選取多個(gè)不同歷時(shí)的暴雨樣本，以全面反映城市短歷時(shí)暴雨的變化特征。每年選取5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘、1小時(shí)等歷時(shí)的最大降雨事件作為樣本，每個(gè)歷時(shí)選取3-5個(gè)樣本，這樣每年可以獲取多個(gè)不同強(qiáng)度和歷時(shí)的暴雨數(shù)據(jù)。水利部門采用年最大值法，每年選取一次最大的暴雨事件作為樣本，該樣本為日降雨量數(shù)據(jù)，用于分析長歷時(shí)暴雨引發(fā)的洪水過程對(duì)流域的影響。頻率分析采用皮爾遜Ⅲ型分布進(jìn)行。首先，對(duì)選取的暴雨樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出不同歷時(shí)暴雨的均值、變差系數(shù)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)。以1小時(shí)暴雨樣本為例，經(jīng)過計(jì)算，其均值為35毫米，變差系數(shù)為0.4。然后，根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)參數(shù)，將其代入皮爾遜Ⅲ型分布公式，通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和曲線擬合，繪制出頻率曲線。在繪制過程中，不斷調(diào)整參數(shù)，使曲線能夠最佳地?cái)M合暴雨數(shù)據(jù)的分布特征。最后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的重現(xiàn)期，在頻率曲線上查得對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度。對(duì)于設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為100年一遇的暴雨，在頻率曲線上查得1小時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度為120毫米。暴雨強(qiáng)度公式采用三參數(shù)公式i_{t,p}=\frac{A_1(1+C\lgP)}{(t+b)^n}，其中各參數(shù)通過對(duì)鄭州市歷史暴雨數(shù)據(jù)的分析和擬合確定。A_1取值為100，C取值為0.8，b取值為5，n取值為0.7。在排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)區(qū)域的規(guī)劃重現(xiàn)期為50年一遇，利用暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算出相應(yīng)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度。對(duì)于1小時(shí)歷時(shí)的暴雨，代入公式計(jì)算得到設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度為80毫米/小時(shí)。根據(jù)該強(qiáng)度值，結(jié)合排水區(qū)域的面積為10平方公里、地面坡度為0.005、下墊面類型為混凝土路面（徑流系數(shù)取0.9）等因素，運(yùn)用水力學(xué)原理計(jì)算排水管網(wǎng)的管徑。通過計(jì)算，確定某段排水干管的管徑為1.5米，以滿足排水需求。在流量設(shè)計(jì)計(jì)算中，鄭州市雨水灌渠的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，中心城區(qū)采用5年一遇的重現(xiàn)期，郊區(qū)采用3年一遇的重現(xiàn)期。對(duì)于某中心城區(qū)的排水區(qū)域，采用推理公式法計(jì)算流量，公式為Q=\psiiF，其中徑流系數(shù)\psi根據(jù)下墊面類型取0.8，設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度i根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算得出，排水面積F為5平方公里。經(jīng)計(jì)算，該區(qū)域的設(shè)計(jì)流量為15立方米/秒。水利部門在確定治澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)于地勢(shì)低洼、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集中的區(qū)域，采用10年一遇的重現(xiàn)期；對(duì)于地形復(fù)雜、洪水調(diào)蓄能力較強(qiáng)的山區(qū)，采用5年一遇的重現(xiàn)期。在某地勢(shì)低洼的農(nóng)業(yè)區(qū)，采用蓄滿產(chǎn)流法計(jì)算產(chǎn)流量，根據(jù)該區(qū)域的土壤特性、前期土壤含水量以及降雨量等因素，計(jì)算出產(chǎn)流量為20立方米/秒，再結(jié)合匯流計(jì)算，確定該區(qū)域的排水流量，為治澇工程的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。4.2.2計(jì)算結(jié)果分析與驗(yàn)證通過對(duì)鄭州市水文水利計(jì)算結(jié)果的深入分析，發(fā)現(xiàn)不同重現(xiàn)期下的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度和流量呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。隨著重現(xiàn)期的增加，設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度和流量顯著增大。以暴雨強(qiáng)度為例，重現(xiàn)期為10年一遇時(shí)，1小時(shí)暴雨強(qiáng)度為50毫米；重現(xiàn)期提高到50年一遇時(shí)，1小時(shí)暴雨強(qiáng)度達(dá)到80毫米；當(dāng)重現(xiàn)期為100年一遇時(shí)，1小時(shí)暴雨強(qiáng)度更是高達(dá)120毫米。這種變化趨勢(shì)符合水文統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，也與鄭州市的實(shí)際洪澇災(zāi)害情況相契合。在歷史上發(fā)生的較大洪澇災(zāi)害中，往往伴隨著高強(qiáng)度的暴雨，重現(xiàn)期越長的暴雨，其強(qiáng)度越大，引發(fā)洪澇災(zāi)害的可能性和危害程度也越高。與周邊城市的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的合理性。選取了地理位置相近、氣候條件相似的開封市作為對(duì)比對(duì)象。開封市的地形以平原為主，氣候同樣屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，與鄭州市具有一定的可比性。開封市在采用類似的水文水利計(jì)算方法后，得到的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度和流量數(shù)據(jù)與鄭州市的計(jì)算結(jié)果在趨勢(shì)上基本一致。在相同重現(xiàn)期下，開封市的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度略低于鄭州市，這主要是由于鄭州市的城市規(guī)模更大，下墊面硬化程度更高，導(dǎo)致雨水下滲量減少，地表徑流增大，從而使得設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度相對(duì)較高。這種差異在合理范圍內(nèi)，也進(jìn)一步證明了鄭州市計(jì)算結(jié)果的可靠性。為了更準(zhǔn)確地驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，收集了鄭州市部分區(qū)域的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在鄭州市的某一排水區(qū)域，設(shè)置了多個(gè)雨量計(jì)和流量計(jì)，對(duì)不同降雨事件下的降雨量和流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。選取了一場(chǎng)重現(xiàn)期約為20年一遇的降雨事件，將監(jiān)測(cè)得到的降雨量和流量數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算得到該場(chǎng)降雨事件下的設(shè)計(jì)流量為10立方米/秒，而實(shí)際監(jiān)測(cè)到的最大流量為9.5立方米/秒，兩者誤差在5%以內(nèi)，處于可接受的范圍。這表明計(jì)算方法能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)實(shí)際的流量情況，具有較高的精度。通過對(duì)歷史洪澇事件的復(fù)盤，也對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。以2021年7月20日鄭州特大暴雨洪澇災(zāi)害為例，這場(chǎng)暴雨的強(qiáng)度和降雨量遠(yuǎn)超以往的記錄。雖然此次災(zāi)害的情況極為特殊，但通過對(duì)災(zāi)害過程的分析，發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果在一定程度上能夠反映出災(zāi)害的嚴(yán)重性。根據(jù)計(jì)算，在類似強(qiáng)度的暴雨下，鄭州市部分區(qū)域的積水深度和淹沒范圍與實(shí)際情況相符。在一些地勢(shì)低洼的區(qū)域，計(jì)算預(yù)測(cè)的積水深度達(dá)到1-2米，實(shí)際觀測(cè)到的積水深度也在1.5米左右，這說明計(jì)算方法能夠?qū)O端洪澇事件進(jìn)行有效的評(píng)估和預(yù)測(cè)，為城市防洪排澇決策提供了重要的參考依據(jù)。4.3安全保障體系運(yùn)行情況4.3.1工程性措施實(shí)施效果鄭州市的排水管網(wǎng)系統(tǒng)在城市防洪排澇中發(fā)揮著重要作用，但也面臨著一些挑戰(zhàn)。近年來，鄭州市加大了對(duì)排水管網(wǎng)的建設(shè)和改造力度，排水管網(wǎng)長度不斷增加，覆蓋范圍逐漸擴(kuò)大。目前，鄭州市主城區(qū)的排水管網(wǎng)基本實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，為城市排水提供了基礎(chǔ)保障。然而，部分老舊城區(qū)的排水管網(wǎng)存在管徑偏小、布局不合理等問題。在一些建成時(shí)間較早的區(qū)域，排水管網(wǎng)的管徑按照當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，難以滿足如今城市發(fā)展和強(qiáng)降雨情況下的排水需求。在暴雨來臨時(shí)，這些區(qū)域容易出現(xiàn)排水不暢、積水嚴(yán)重的情況，給居民生活和城市交通帶來極大不便。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2021年7月20日特大暴雨中，鄭州市老舊城區(qū)有超過50%的路段出現(xiàn)了嚴(yán)重積水，積水深度超過50厘米的路段占比達(dá)到30%，部分路段積水深度甚至超過1米，導(dǎo)致大量車輛被淹，交通癱瘓。泵站作為城市排水系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其運(yùn)行情況直接影響著城市的防洪排澇能力。鄭州市現(xiàn)有泵站數(shù)量眾多，分布在城市的各個(gè)區(qū)域，在應(yīng)對(duì)暴雨洪澇災(zāi)害中發(fā)揮了積極作用。在2023年的一次強(qiáng)降雨過程中，鄭州市多個(gè)泵站及時(shí)啟動(dòng)，將低洼地區(qū)的積水迅速排出，有效減輕了內(nèi)澇災(zāi)害的影響。然而，部分泵站也存在設(shè)備老化、排水能力不足等問題。一些泵站建設(shè)時(shí)間較長，設(shè)備磨損嚴(yán)重，運(yùn)行效率低下，無法滿足日益增長的排水需求。在2021年特大暴雨中，部分泵站因設(shè)備故障無法正常運(yùn)行，導(dǎo)致周邊區(qū)域積水嚴(yán)重，加劇了洪澇災(zāi)害的損失。據(jù)調(diào)查，在此次災(zāi)害中，因泵站故障導(dǎo)致排水不暢的區(qū)域占受災(zāi)區(qū)域的15%左右。雨水調(diào)蓄設(shè)施是緩解城市內(nèi)澇的重要手段，鄭州市在雨水調(diào)蓄設(shè)施建設(shè)方面取得了一定成效。近年來，鄭州市積極推進(jìn)雨水花園、下沉式綠地、蓄水池等雨水調(diào)蓄設(shè)施的建設(shè)，這些設(shè)施在削減洪峰流量、補(bǔ)充地下水、改善城市生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了顯著作用。在一些新建小區(qū)和公園，雨水花園和下沉式綠地的建設(shè)使得雨水能夠得到有效收集和利用，減少了地表徑流，降低了內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)監(jiān)測(cè)，在建設(shè)了雨水調(diào)蓄設(shè)施的區(qū)域，暴雨期間的地表徑流量減少了30%-40%，內(nèi)澇發(fā)生的頻率和程度明顯降低。然而，雨水調(diào)蓄設(shè)施的建設(shè)在全市范圍內(nèi)還不夠均衡，部分區(qū)域的設(shè)施覆蓋率較低，無法充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。在一些老城區(qū)，由于土地資源緊張，難以大規(guī)模建設(shè)雨水調(diào)蓄設(shè)施，導(dǎo)致這些區(qū)域在暴雨時(shí)內(nèi)澇問題依然較為突出。4.3.2非工程性措施執(zhí)行效果在法律法規(guī)與政策執(zhí)行方面，鄭州市嚴(yán)格貫徹國家和地方有關(guān)城市防洪排澇的法律法規(guī)與政策文件，制定了一系列具體的實(shí)施細(xì)則和工作方案，為城市防洪排澇工作提供了有力的制度保障。在2021年特大暴雨洪澇災(zāi)害后，鄭州市進(jìn)一步完善了相關(guān)政策法規(guī)，加強(qiáng)了對(duì)防洪排澇工作的監(jiān)督和管理。然而，在實(shí)際執(zhí)行過程中，仍存在一些問題。部分建設(shè)項(xiàng)目在規(guī)劃和建設(shè)過程中，對(duì)防洪排澇要求的落實(shí)不夠到位，存在違規(guī)建設(shè)的情況。一些開發(fā)商為了追求經(jīng)濟(jì)利益，在項(xiàng)目建設(shè)中擅自改變規(guī)劃設(shè)計(jì)，減少防洪排澇設(shè)施的建設(shè)或降低建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，給城市防洪排澇帶來了隱患。在一些新建小區(qū)，雨水管網(wǎng)的管徑不符合設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致排水不暢，在暴雨時(shí)容易出現(xiàn)積水。監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)方面，鄭州市建立了較為完善的氣象、水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和預(yù)警信息發(fā)布機(jī)制，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地掌握雨情、水情變化，并向公眾發(fā)布預(yù)警信息。在2023年的多次強(qiáng)降雨過程中，鄭州市通過氣象、水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提前預(yù)測(cè)到降雨情況，并及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，為市民和相關(guān)部門采取應(yīng)對(duì)措施爭(zhēng)取了時(shí)間。應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案的制定和實(shí)施也取得了一定成效，各部門在洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)能夠迅速響應(yīng)，開展搶險(xiǎn)救援工作。然而，監(jiān)測(cè)預(yù)警的時(shí)效性和精準(zhǔn)性仍有待提高。在一些復(fù)雜天氣情況下，氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性受到影響，導(dǎo)致預(yù)警信息發(fā)布不夠及時(shí)，公眾無法提前做好防范準(zhǔn)備。在2021年特大暴雨中，由于對(duì)暴雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的預(yù)測(cè)不夠準(zhǔn)確，預(yù)警信息發(fā)布相對(duì)滯后，許多市民未能及時(shí)采取有效的避險(xiǎn)措施，增加了災(zāi)害損失。應(yīng)急響應(yīng)過程中，各部門之間的協(xié)調(diào)配合還不夠順暢，存在信息溝通不暢、工作銜接不到位等問題，影響了搶險(xiǎn)救援工作的效率。公眾教育與宣傳方面，鄭州市通過多種渠道開展公眾防洪排澇知識(shí)教育和宣傳活動(dòng)，提高了公眾的防災(zāi)意識(shí)和自救能力。通過社區(qū)宣傳、學(xué)校教育、網(wǎng)絡(luò)宣傳等方式，向公眾普及防洪排澇知識(shí)和應(yīng)急避險(xiǎn)技能，增強(qiáng)了公眾對(duì)洪澇災(zāi)害的認(rèn)識(shí)和應(yīng)對(duì)能力。在社區(qū)宣傳活動(dòng)中，組織志愿者向居民發(fā)放防洪排澇宣傳手冊(cè)，舉辦專題講座，講解洪澇災(zāi)害的危害和應(yīng)對(duì)方法，受到了居民的廣泛歡迎。然而，公眾對(duì)防洪排澇知識(shí)的掌握程度仍存在差異，部分市民的防災(zāi)意識(shí)和自救能力有待進(jìn)一步提高。一些市民對(duì)洪澇災(zāi)害的危險(xiǎn)性認(rèn)識(shí)不足，在暴雨來臨時(shí)，未能及時(shí)采取有效的避險(xiǎn)措施，甚至存在冒險(xiǎn)涉水等危險(xiǎn)行為。據(jù)調(diào)查，在2021年特大暴雨中，因市民缺乏防洪排澇知識(shí)和自救能力而導(dǎo)致傷亡的案例占一定比例。4.4存在問題與改進(jìn)建議鄭州市在防洪排澇過程中，水文水利計(jì)算方法暴露出一定的局限性。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式法和推理公式法基于簡化假設(shè)，難以精準(zhǔn)反映復(fù)雜城市下墊面和地形條件下的水文過程。在鄭州市的一些老舊城區(qū)，由于建筑布局密集，地形起伏較大，下墊面類型復(fù)雜多樣，既有混凝土路面、瀝青路面，又有狹窄的小巷和不規(guī)則的綠地，傳統(tǒng)計(jì)算方法在估算這些區(qū)域的產(chǎn)匯流時(shí)，往往與實(shí)際情況存在較大偏差，導(dǎo)致對(duì)洪水流量和水位的預(yù)測(cè)不夠準(zhǔn)確。數(shù)值模擬法雖能更細(xì)致地模擬水文過程，但存在參數(shù)率定困難的問題。不同區(qū)域的土壤滲透率、糙率等參數(shù)難以準(zhǔn)確獲取，不同模型間的參數(shù)體系也存在差異，這使得模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性受到影響。在使用SWMM模型對(duì)鄭州市某一排水區(qū)域進(jìn)行模擬時(shí)，由于土壤滲透率參數(shù)的不確定性，導(dǎo)致模擬的積水深度和實(shí)際觀測(cè)值之間存在較大誤差。部分防洪排澇工程設(shè)施老化、損壞嚴(yán)重，難以滿足當(dāng)前城市發(fā)展和防洪排澇需求。一些建于上世紀(jì)的排水管網(wǎng)，使用年限已久，管道材質(zhì)老化，出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕和破損現(xiàn)象，導(dǎo)致排水能力大幅下降。在暴雨來臨時(shí)，這些老化的管道容易出現(xiàn)堵塞、滲漏等問題，進(jìn)一步加劇了內(nèi)澇災(zāi)害。鄭州市一些泵站的設(shè)備老化，運(yùn)行效率低下，部分泵站的水泵磨損嚴(yán)重，揚(yáng)程和流量無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在關(guān)鍵時(shí)刻無法發(fā)揮應(yīng)有的排水作用。部分雨水調(diào)蓄設(shè)施，如蓄水池，由于缺乏定期維護(hù)和管理，出現(xiàn)了池體滲漏、排水不暢等問題，影響了其調(diào)蓄功能的正常發(fā)揮。在洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)，鄭州市的應(yīng)急響應(yīng)存在不及時(shí)、協(xié)調(diào)不暢等問題。預(yù)警信息發(fā)布渠道不夠多元化，部分偏遠(yuǎn)地區(qū)或信息接收困難群體難以及時(shí)獲取預(yù)警信息。在一些農(nóng)村地區(qū)，由于通信信號(hào)覆蓋不足，部分村民未能及時(shí)收到暴雨預(yù)警短信，導(dǎo)致在洪水來臨時(shí)無法及時(shí)采取避險(xiǎn)措施。應(yīng)急響應(yīng)流程繁瑣，各部門之間的協(xié)調(diào)配合不夠順暢，存在信息溝通不暢、職責(zé)不清等問題，影響了搶險(xiǎn)救援工作的效率。在2021年特大暴雨洪澇災(zāi)害中，一些救援隊(duì)伍在前往受災(zāi)地點(diǎn)時(shí)，由于交通管制信息溝通不暢，導(dǎo)致救援行動(dòng)受阻，延誤了救援時(shí)機(jī)。應(yīng)急物資儲(chǔ)備不足，部分重要物資如沙袋、沖鋒舟、救生衣等儲(chǔ)備數(shù)量有限，難以滿足大規(guī)模洪澇災(zāi)害的救援需求。針對(duì)上述問題，應(yīng)積極引入先進(jìn)的水文水利計(jì)算模型，如分布式水文模型。該模型能夠充分考慮城市下墊面的空間變異性和水文過程的復(fù)雜性，通過將城市劃分為多個(gè)小的計(jì)算單元，對(duì)每個(gè)單元的產(chǎn)匯流過程進(jìn)行精細(xì)化模擬，從而提高計(jì)算精度。利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，對(duì)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，自動(dòng)優(yōu)化模型參數(shù)，提高模型的可靠性。通過對(duì)大量歷史水文數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，人工智能算法可以自動(dòng)調(diào)整模型參數(shù)，使其更準(zhǔn)確地反映實(shí)際水文過程。建立水文水利計(jì)算模型的驗(yàn)證和評(píng)估機(jī)制，對(duì)比不同模型的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，選擇最適合鄭州市的計(jì)算方法。定期對(duì)模型進(jìn)行更新和優(yōu)化，以適應(yīng)城市發(fā)展和氣候變化帶來的影響。加大對(duì)防洪排澇工程設(shè)施的投入，加快老舊設(shè)施的更新改造。對(duì)于老化的排水管網(wǎng)，逐步更換為新型管材，如HDPE管，提高管道的耐久性和排水能力。對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行全面排查和清淤，清除管道內(nèi)的雜物和淤泥，確保排水暢通。對(duì)于運(yùn)行效率低下的泵站，及時(shí)更新設(shè)備，選用高效節(jié)能的水泵，提高泵站的排水能力。加強(qiáng)對(duì)雨水調(diào)蓄設(shè)施的維護(hù)和管理，定期檢查蓄水池、雨水花園等設(shè)施的運(yùn)行情況，及時(shí)修復(fù)損壞的設(shè)施，確保其調(diào)蓄功能正常發(fā)揮。制定科學(xué)合理的設(shè)施維護(hù)計(jì)劃，明確維護(hù)責(zé)任和標(biāo)準(zhǔn)，提高設(shè)施的運(yùn)行效率和使用壽命。完善預(yù)警信息發(fā)布機(jī)制，拓寬發(fā)布渠道，除了傳統(tǒng)的短信、廣播、電視等渠道外，充分利用社交媒體平臺(tái)、手機(jī)應(yīng)用程序等新媒體手段，確保預(yù)警信息能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地傳達(dá)給每一位市民。建立多部門協(xié)同的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，明確各部門在洪澇災(zāi)害應(yīng)對(duì)中的職責(zé)和任務(wù)，加強(qiáng)信息共享和溝通協(xié)調(diào)。定期組織應(yīng)急演練，提高各部門之間的協(xié)同作戰(zhàn)能力和應(yīng)急處置能力。增加應(yīng)急物資儲(chǔ)備，根據(jù)城市洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，合理確定物資儲(chǔ)備的種類和數(shù)量，確保在災(zāi)害發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)調(diào)配使用。建立應(yīng)急物資管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物資的信息化管理，提高物資調(diào)配的效率。五、城市防洪排澇安全保障體系優(yōu)化策略5.1基于水文水利計(jì)算的優(yōu)化5.1.1計(jì)算方法改進(jìn)與創(chuàng)新在城市防洪排澇水文水利計(jì)算中，引入分布式水文模型具有重要意義。傳統(tǒng)的集總式水文模型將整個(gè)流域視為一個(gè)整體，忽略了流域內(nèi)下墊面的空間變異性，難以準(zhǔn)確反映城市復(fù)雜的水文過程。而分布式水文模型能夠充分考慮城市下墊面的空間分布特征，如不同區(qū)域的土地利用類型、土壤質(zhì)地、地形起伏等因素對(duì)水