國外洪澇預警系統在我國城市的應用探討

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【摘 要】針對我國城市洪澇頻繁的嚴峻形勢，引進國外城市洪澇與流域汛情風險預警評估系統，通過消化、吸收、改進和實例的試用，論證了其對于我國中小城市的適用性，得出了應用經驗和結論，為系統進一步的二次開發和推廣應用奠定了基礎。

【關鍵詞】城市洪澇 預警評估 系統 經驗

【中圖分類號】P333.2【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0442-01

1、前言

洪澇災害一直是城市主要災害之一。多年來我國許多城市不斷遭受暴雨、臺風等不利氣候的危險，發生了暴雨淹城的情況，給當地經濟和群眾生命財產造成了損失[1]。針對嚴峻的城市防洪排澇問題，各發都給予了高度的重視，并結合實際情況制定對策，認真解決這一重要的民生問題。水利部在948項目中推薦引進英國Wallingford公司研發的“2D城市洪澇與流域汛情風險預警評估系統”（FRMFS）[2]，以期通過非工程防洪措施提高洪澇災害預警預報的準確程度。

2、FRMFS簡述

FRMFS是國外最先進的城市洪澇風險預警評估系統之一，它率先將信息技術、網絡技術、水環境工程及資產管理融為一體；實時鏈接水文與氣象數據，以內嵌的完整水文水力模型為基礎，對城市洪澇災害進行實時預報預警。它結合地理信息及復雜的地形地貌資料，采用2維洪水演進模型評估城市洪澇災害的風險、影響范圍及影響程度，幫助管理者快速準確地制訂區域防汛調度或應急措施，為公共報警及事故應急措施的運用提供決策支持。系統充分應用已有的水文水動模型，甚至經驗模型，綜合降雨徑流模塊以及模型轉換、經濟分析等各個模塊。利用Web實現不受地域限制的遠程洪水調度決策；系統支持局域網及廣域網內不同權限的多用戶訪問，遠程用戶也能夠在線驅動水情預測模擬并發布決策信息。

FRMFS的特點之一是雷達降雨采集，它可以根據地形，對站點周圍半徑200km以內的降雨進行測量。傳統的實時洪水預警方法注重主要河流，適用于洪水波運行時間較長的情況；而該系統可針對小河流，特別是地形險峻或者城市化程度很高的區域，洪水波的形成時間很較快情況，采用雷達技術記錄降雨信息，反復地用新雷達數據進行更新迭代，在水文模型支撐下預報局部產流，為小流域或城市排水系統提供有效的洪水預警預報。

系統采用1維水力模型（城市排水管網/流域河網水力模型）確定洪水出現的位置，采用2維引擎結合地形在更詳細的局部范圍內真實地確定洪水淹沒范圍、水深及流速，實現了二個分析引擎的完美結合，為洪水風險分析和災害評估提供準確的評判依據，使計算成果更加合理，精度更高。

3、大型城市應用情況

除了在英國本土多個城市應用了FRMFS外，比利時等國都有應用的成功案例，但這些城市的共同特點是建筑結構整體規劃合理，政府在城市防洪排水方面投入的資金量大，城市地下管道和河渠排水暢通，防洪排水調度水平高。

西班牙幾個城市的經濟情況、城市建設和FRMFS的應用環境與我國部分城市相近。該國一直應用FRMFS并進行了二次開發。在我們的考察過程中，FRMFS研究機構負責人Eduardo Martínez先生與技術工程師Adela女士介紹了FRMFS引進應用情況，演示了馬德里市的應用成果，證明FRMFS引進是成功的。

在我國，上海市于2006年引進了該系統，2008年完成試用，提交了總結報告。對其成果的評價是：需要進一步加強實踐跟蹤工作，在實際系統的開發和運行過程中，不斷驗證設計的正確性，逐步完善。顯然，FRMFS在上海的應用效果并不理想。分析相關的資料，可以發現其原因主要是系統對數據的要求比較高，大型城市需要輸入的各種數據量巨大，往往會因為一個離散數據或不符合的邊界條件，導致方程無法收斂，運算時間過長。由于洪澇汛情風險預警的緊迫性，該系統無法滿足用戶對于成果時間上的要求。同時，上海地下排水管網和地面高程數據等原始資料尚不能適應系統要求。本項目原計劃在杭州市應用，也是由于數據問題未能實施?？梢?， FRMFS在我國大型城市應用有待進一步探討。

4、中小城市應用實例

本課題主要是在分析大型城市應用FRMFS的經驗和教訓基礎上，重點研究我國中小城市的適用性，項目組經過三年多對系統的引進、消化、吸收和二次開發，成功地在浙江省金華市進行了試點應用，證明了在基礎數據比較好的中小城市該系統是適用的。

金華市面積約2000km2，人口90余萬，每年的臺風、暴雨常常造成市區的洪澇災害，主要原因有三個：一是自然條件。金華市位于金衢平原，城市地面高程與附近的河流水位接近；周邊山地暴雨形成的山洪匯流快，迅速進入主城區河道。城市周圍河流水位暴漲時，外圍的大部分江河水位偏高，致使城區的排水泵閘不起作用，無法有效排出澇水。二是在市區發展規劃時缺乏對地面和地下排澇設施的整體設計，城區蓄排澇設施標準低、能力差，河道寬度不足，設計過水流量不夠，排水通道不暢。三是由于市區迅速地向周邊擴展，先前的大部分市郊農田和水面已被不透水的結構覆蓋，滯蓄洪水的能力基本喪失。一些原有的排洪通道被填堵，致使整個城市排澇不順。

從以上的情況看，金華城區的狀況與國內許多中小城市相似。

試點項目的輸入數據有1：500的現狀地形圖和數字高程模型，完整的地下管網、河流和街道等實測數據，計算區域地面標高在35m～60m區間，概化節點近2874個，管網長度約79km，子集水區2715個。計算中對邊界約束根據實際情況作了部分修正。軟件提供方在系統內嵌入了當地的水力計算經驗模型，并與系統原有模型溶合。最終計算成果與實測數據比較校驗，水位、洪量、歷時等誤差均在5%之內，滿足應用上的要求。

金華市應用FRMFS的成果特點體現在：在國內率先實施了中小城市FRMFS整套技術解決方案；集成了城市空間基礎信息、災情分析與評估、實時水雨情、工情等數據庫以及分區域、分專題的綜合信息管理；在應用中，成功地結合了當地的降雨量-水深模型，能有效地直接利用現有地理高程數據分析確定洪澇影響范圍，并能根據不同用戶的需要直觀形象地展示可能發生的雨澇淹沒范圍、淹沒水深等，定量地分析各種受洪澇影響的專題信息，預測城市雨澇蓄水量及損失程度；同時，在分析災情現勢性后，列出可能的排澇方案，代入分析模塊，得到最優解決方案。

金華市引進和實施FRMFS，大幅度降低了防汛預警系統的建設成本，縮短了開發時間。系統的應用改變了全市洪澇汛情風險預警評估以手工作業為主的局面，提升該市洪澇汛情風險預警和評估的科學性、合理性和可操作性，滿足了各級防汛指揮部門的工作需要，也為全市社會經濟的可持續發展提供了保障。FRMFS應用存在的問題是：基礎資料收集困難、約束限制條件比較多。

5、結論

FRMFS是目前國際上最先進、應用最廣泛的城市洪澇與流域汛情風險預警評估系統之一，雖然在我國大型城市應用還有待于進一步研究，但實例表明，其在我國中小城市的應用是可行的。該系統不僅能應用于中小城市區域洪澇災害的預測評估，為政府實施防汛指揮決策提供科學依據，還可應用于城市排水系統改造、新建城區排水系統的規劃設計。

參考文獻

[1] 戴慎志，曹凱.我國城市防洪排澇對策研究[J].現代城市研究， 2012，（01）：21～23

[2] 水利部科技推廣中心.08年度水利先進技術推介會[EB/OL]. http：//www.chinawater.net.cn/zt/08tjh， 2008-04-16