張羽

（合肥中盛水務(wù)發(fā)展有限公司， 合肥 230000）

近年來(lái)， 城市雨水管網(wǎng)面臨著緊迫的挑戰(zhàn)。 城市化、 人口變化、 氣候變化以及雨水管網(wǎng)本身的脆弱性， 導(dǎo)致暴雨過(guò)后雨水徑流無(wú)法及時(shí)排放， 內(nèi)澇災(zāi)害頻繁發(fā)生［1］， 威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全， 影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 因此， 掌握城市雨水管網(wǎng)的運(yùn)行狀況， 識(shí)別管網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)， 提高管網(wǎng)抵抗風(fēng)險(xiǎn)的能力十分必要， 這可以通過(guò)脆弱性評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)。 脆弱性源于對(duì)自然災(zāi)害的研究， 可以解釋為災(zāi)害對(duì)系統(tǒng)的不利影響程度［2］。 脆弱性分析已應(yīng)用于越來(lái)越多的領(lǐng)域， 如自然災(zāi)害管理、 生態(tài)學(xué)、 可持續(xù)發(fā)展、 環(huán)境保護(hù)、 土地使用管理、 供水系統(tǒng)等［3-4］， 但目前在雨水管網(wǎng)領(lǐng)域的研究較少。 本文依據(jù)現(xiàn)狀， 系統(tǒng)地介紹雨水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)常用指標(biāo)和方法。

1 城市雨水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)

城市雨水管網(wǎng)的脆弱性是指城市雨水管網(wǎng)在外部環(huán)境變化發(fā)生時(shí)， 表現(xiàn)出的容易受不利因素?cái)_動(dòng)程度和缺乏應(yīng)對(duì)不利因素的能力， 從而導(dǎo)致雨水無(wú)法及時(shí)排除的一種特性［5］。 脆弱性評(píng)價(jià)是城市雨水管網(wǎng)應(yīng)對(duì)不利因素的一種重要工具。 脆弱性評(píng)價(jià)的通常思路是： 首先分析影響雨水管網(wǎng)脆弱性的因素， 從影響因素中選取科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)， 構(gòu)建脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系， 然后選取符合雨水管網(wǎng)特征的脆弱性評(píng)價(jià)方法， 建立脆弱性評(píng)價(jià)模型， 得到雨水管網(wǎng)的脆弱程度。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則

城市雨水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)是脆弱性評(píng)價(jià)的基本要素， 要能夠反映雨水管網(wǎng)的脆弱性影響因素， 準(zhǔn)確分析脆弱性程度。 建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系才能得到正確可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果。 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取主要遵循可比性、 全面性、 系統(tǒng)性和簡(jiǎn)潔性的原則［6］。

構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)始終圍繞評(píng)價(jià)目標(biāo)， 注重評(píng)價(jià)指標(biāo)的可比性。 影響雨水管網(wǎng)脆弱性的因素有很多， 涉及多個(gè)方面， 評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)包含城市雨水管網(wǎng)脆弱性的各種影響因素， 不能太少， 要全面反映雨水管網(wǎng)的特征［7］； 也不能過(guò)于龐雜， 應(yīng)該具有系統(tǒng)性， 各指標(biāo)之間不應(yīng)是簡(jiǎn)單隨意地排列， 而應(yīng)在邏輯上具有一定的關(guān)聯(lián)性。 當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中存在重復(fù)或相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)時(shí)， 要進(jìn)行取舍， 選擇對(duì)脆弱性影響程度更大， 也更容易獲得的指標(biāo)。

1.2 脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)

影響城市雨水管網(wǎng)脆弱性的因素有很多， 考慮所有影響因素將會(huì)給評(píng)價(jià)和計(jì)算帶來(lái)巨大的工作量， 所以要根據(jù)雨水管網(wǎng)的特征， 選擇有代表性的脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)。 目前研究中， 大多是根據(jù)城市雨水管網(wǎng)脆弱性定義將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為物理脆弱性指標(biāo)和社會(huì)脆弱性指標(biāo)。 物理脆弱性指標(biāo)通常選取雨水口數(shù)量、 位置和泄水能力， 雨水管管徑、 管材、 管道坡度， 雨水泵站和調(diào)蓄構(gòu)筑物調(diào)節(jié)能力作為影響因子； 社會(huì)脆弱性指標(biāo)通常選擇城市透水地面率、綠化覆蓋率、 城市環(huán)衛(wèi)水平、 雨水系統(tǒng)的管理水平、 政府財(cái)政投入比作為影響因子。

2 城市雨水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)方法

對(duì)于脆弱性評(píng)價(jià)， 有以下幾種評(píng)價(jià)方法： 綜合指數(shù)法、 函數(shù)模型法、 基于GIS 的圖層疊置法、 危險(xiǎn)度分析法和模糊物元評(píng)價(jià)法［8］。 常應(yīng)用于評(píng)價(jià)城市雨水管網(wǎng)脆弱性的主要是綜合指數(shù)法、 函數(shù)模型法以及基于GIS 的圖層疊置法。

2.1 綜合指數(shù)法

綜合指數(shù)法是利用如層次分析法［9］、 加權(quán)、 模糊綜合評(píng)價(jià)等數(shù)學(xué)方法合成一個(gè)脆弱性綜合指數(shù)來(lái)量化系統(tǒng)脆弱性程度， 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要反映脆弱性的原因和表現(xiàn)特征， 是目前在雨水管網(wǎng)應(yīng)用最多的脆弱性評(píng)價(jià)方法。 龍浩等［10］以蘇州市雨水管網(wǎng)為例， 利用層次分析法確定脆弱性指標(biāo)的權(quán)重， 雨水管網(wǎng)的脆弱性指數(shù)通過(guò)加權(quán)計(jì)算， 由此建立了雨水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)模型。 陳偉珂等［11］構(gòu)建的排水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是基于VSD 模型， 從暴露度、 敏感性、 適應(yīng)能力3 個(gè)方面進(jìn)行分析， 初始數(shù)據(jù)采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法處理， 確定指標(biāo)的變權(quán)權(quán)重， 通過(guò)加權(quán)計(jì)算得到綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。 侯強(qiáng)［12］基于網(wǎng)絡(luò)分析法確定管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、 工況以及外部影響3個(gè)雨水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重， 采用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立脆弱性評(píng)價(jià)模型。

綜合指數(shù)法原理簡(jiǎn)單， 使用起來(lái)較為容易， 但缺乏和雨水管網(wǎng)脆弱性內(nèi)涵之間的聯(lián)系。 脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇和權(quán)重的確定尚沒(méi)有有效的方法。 評(píng)價(jià)指標(biāo)多為定性指標(biāo)， 缺乏量化， 未完全考慮脆弱性各影響因素間的相互作用。 綜合指數(shù)法得到的雨水管網(wǎng)脆弱性指數(shù)的有效性難以得到驗(yàn)證。

2.2 函數(shù)模型法

函數(shù)模型法是直接構(gòu)造一個(gè)計(jì)算雨水管網(wǎng)脆弱性等級(jí)的函數(shù)模型。 首先定量評(píng)估脆弱性的每個(gè)影響因子， 然后研究脆弱性影響因子之間如何相互作用， 最終構(gòu)造雨水管網(wǎng)脆弱性函數(shù)評(píng)價(jià)模型。 趙瑞垠［13］從雨水收集和排出兩方面對(duì)雨水管網(wǎng)進(jìn)行分析， 在已知降雨量的條件下， 根據(jù)修正后的單位時(shí)間雨水實(shí)際地面流量與實(shí)際進(jìn)入管道的雨量之比確定脆弱性的計(jì)算公式， 并應(yīng)用于西安市某高校的雨水管網(wǎng)脆弱性計(jì)算。 Zhang 等［14］提出通過(guò)總洪量與暴雨過(guò)后的地表徑流之比表示不能通過(guò)排水管排除的徑流的比率， 進(jìn)而計(jì)算脆弱性指數(shù)， 衡量大連市排水系統(tǒng)的脆弱性。

函數(shù)模型法基于對(duì)雨水管網(wǎng)脆弱性的理解構(gòu)建評(píng)價(jià)模型， 因而和綜合指數(shù)法相比， 其與脆弱性內(nèi)涵的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)， 可以體現(xiàn)脆弱性要素間的關(guān)系，評(píng)價(jià)結(jié)果可以很好地反映系統(tǒng)脆弱性程度。 目前對(duì)于脆弱性尚沒(méi)有統(tǒng)一的概念， 因而對(duì)其理解具有一定的主觀性， 關(guān)于脆弱性構(gòu)成要素的定量評(píng)估也較難完全實(shí)現(xiàn)。

2.3 基于GIS 的圖層疊置法

隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展， GIS 技術(shù)開始成為脆弱性評(píng)價(jià)的工具， 基于這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的脆弱性評(píng)價(jià)方法即圖層疊置法， 在城市排水系統(tǒng)領(lǐng)域也有所應(yīng)用。 M?derl 等［15］基于地理信息系統(tǒng)開發(fā)了VulNetUD 軟件， 通過(guò)城市排水系統(tǒng)的水動(dòng)力模擬來(lái)計(jì)算系統(tǒng)組件變化的影響， 使用預(yù)定義的性能指標(biāo)來(lái)評(píng)估異常、 關(guān)鍵和未來(lái)?xiàng)l件下的城市排水系統(tǒng)， 專門幫助管理人員在異?；蚓o急情況下識(shí)別城市排水系統(tǒng)的脆弱點(diǎn)， 可以自動(dòng)生成用于風(fēng)險(xiǎn)分析的城市排水系統(tǒng)內(nèi)在脆弱性地圖。

評(píng)價(jià)區(qū)域受到極端災(zāi)害影響下的脆弱性時(shí)使用此方法評(píng)價(jià)效果較好。 基于GIS 的圖層疊置法相較于綜合指數(shù)法和函數(shù)模型法， 由于使用地理信息系統(tǒng)技術(shù)， 可以反映區(qū)域?yàn)?zāi)害脆弱性和區(qū)域受到擾動(dòng)時(shí)的敏感程度、 擾動(dòng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)以及應(yīng)對(duì)不利影響的能力在空間上的差異。 但這種方法對(duì)于不同擾動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)考慮不多， 也沒(méi)有考慮到不同擾動(dòng)對(duì)雨水管網(wǎng)整體脆弱性影響程度有所不同， 不同因素對(duì)管網(wǎng)脆弱性的影響程度在評(píng)價(jià)結(jié)果中難以得到展示， 對(duì)如何抵抗擾動(dòng)帶來(lái)的不利影響、 減少系統(tǒng)脆弱性不能很好地提供有效建議。

3 結(jié)論

脆弱性是系統(tǒng)可能遭受擾動(dòng)或壓力所導(dǎo)致的傷害的程度。 評(píng)價(jià)城市雨水管網(wǎng)的脆弱性可以有效掌握雨水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)， 并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果建立全面的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施， 對(duì)于防止雨水管網(wǎng)損害、 減輕遭遇風(fēng)險(xiǎn)后的損失以及提高恢復(fù)能力至關(guān)重要。 本文列舉分析了城市雨水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)的常用指標(biāo)和方法。 現(xiàn)階段對(duì)于雨水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)采用最多的是物理脆弱性指標(biāo)和社會(huì)脆弱性指標(biāo)， 這些評(píng)價(jià)指標(biāo)沒(méi)有考慮所有脆弱性影響因素， 欠缺對(duì)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)間相互作用關(guān)系的考慮， 評(píng)價(jià)指標(biāo)缺乏量化。 對(duì)于指標(biāo)權(quán)重的確定大多采用層次分析法， 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重受評(píng)判者主觀影響較大， 且指標(biāo)過(guò)多時(shí)， 數(shù)據(jù)的計(jì)算量過(guò)大， 權(quán)重不易確定。為了更準(zhǔn)確客觀地確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重， 可以嘗試將給水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)中的主成分分析、 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法用于指標(biāo)權(quán)重的確定。

常應(yīng)用于評(píng)價(jià)雨水管網(wǎng)脆弱性的綜合指數(shù)法、函數(shù)模型法和基于GIS 的圖層疊置法各有利弊， 要開發(fā)更加合理有效的評(píng)價(jià)方法和適用于大多數(shù)城市雨水管網(wǎng)的脆弱性評(píng)價(jià)體系。 現(xiàn)在城市雨水管網(wǎng)問(wèn)題突出， 內(nèi)澇影響嚴(yán)重， 在雨水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化中引入雨水管網(wǎng)脆弱性評(píng)價(jià)， 對(duì)城市內(nèi)澇等問(wèn)題的解決具有理論意義和應(yīng)用前景。 現(xiàn)階段關(guān)于雨水管網(wǎng)脆弱性研究還更多處于理論階段， 需要在條件適宜的地區(qū)小范圍應(yīng)用到前端設(shè)計(jì)與優(yōu)化中驗(yàn)證并完善， 最終改善雨水管網(wǎng)面臨的問(wèn)題。