李航 陳鵬

摘要：城市內澇災害頻發(fā)對居民出行安全產生了極大的影響。以長春市南關區(qū)為研究區(qū)，以居民水中行走安全為研究對象，采用居民水中行走試驗與問卷調查方法，構建了居民步行與水深、流速間的函數(shù)關系，確定其水中行走的安全閾值。研究結果表明：當水深0.5 m，水流速度0.5 m/s時，人在水中可以通行;水深0.5 m，水流速度1.0 m/s時，人在水中行走較困難;當水深達到1 m以上，水流速度達到1.5 m/s以上，人將無法通行;水深0～1.5 m、流速0～1.5 m/s界線范圍是居民出行安全范圍。研究結果可為城市內澇災害風險預警提供決策依據(jù)。

關鍵詞：居民水中行走;安全閾值;城市內澇;問卷調查;災害預警

中圖法分類號：TU992文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.07.001

文章編號：1006 - 0081（2021）07 - 0006 - 05

近些年，城市內澇災害頻發(fā)，給居民日常出行帶來極大困擾。2008年以來，中國多個城市都發(fā)生了不同程度的內澇災害，道路積水深度在50 cm以上的城市達到60%，積水超過半小時的城市占比將近80%，其中內澇災害較重的城市有大連、北京、武漢、杭州、鄭州、天津、哈爾濱、長春等。例如在2012年7月21日北京市遭遇了歷史以來最大的城市內澇災害，全市平均降雨量164 mm，房山區(qū)河北鎮(zhèn)達到460 mm，受災人口達190余萬人，經濟損失近百億元，造成79人遇難;長春市南關區(qū)2019年6月2日、7月16日、8月18日，因暴雨導致多條道路大面積積水，市區(qū)部分一樓住戶與地下室進水，在東北師范大學門前積水深度超1.5 m，多輛車被淹，人員被困，生命受到威脅。由此可見，內澇災害不僅給城市居民出行帶來影響，也給城市居民的生命、財產及基礎設施等造成巨大損失。

目前，針對城市內澇災害相關研究主要集中在城市內澇數(shù)值模型構建[1-3]、風險評估[4-6]、脆弱性評估[7-11]、損失評估[12-14]及應急管理[15-17]等方面。雖然學者在上述研究內容上取得了諸多成果，但有關居民對發(fā)生城市內澇時的水深、流速等方面的風險認知研究稍顯缺乏，因此，開展居民水中行走安全閾值試驗研究，不僅可以提高居民對發(fā)生城市內澇時水深與流速大小的風險認知程度，亦可為城市暴雨內澇災害預警提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

南關區(qū)是吉林省長春市下轄區(qū)，位于長春市區(qū)東南部，是長春市的南大門。南關區(qū)西起人民大街與朝陽區(qū)接壤，北至新發(fā)路、上海路、光復路與寬城區(qū)相接，東臨伊通河與二道區(qū)隔河相望，南至新立城鎮(zhèn)、永春鄉(xiāng)邊界與長春凈月經濟開發(fā)區(qū)、長春高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)為鄰，全區(qū)人口66萬人，面積497 km2。隨著近些年全球氣候變化及城市快速發(fā)展，導致研究區(qū)頻發(fā)內澇災害，分析歷史內澇災害數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)道路積水最深處達1.5 m左右，已經給城市居民生命安全、財產及基礎設施造成了嚴重損失。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 試驗目的

為了減少內澇災害對城市居民生命、財產造成的損失，提高居民出行安全閾值認識度，設計了居民水中行走試驗，以確定水深、流速對居民步行的影響程度，分析居民水中行走的困難度閾值，以確定居民水中行走的安全閾值。

2.2 試驗設備與人員

2.2.1 試驗設備

試驗主控臺主要控制試驗過程中水流速度與水深，完全由電腦控制臺控制，并由試驗員進行監(jiān)控。玻璃水槽寬1.0 m，長30.0 m，模型流量300 L/s。水槽由進水段、工作段、尾門控制段3部分組成，主要用于水工建筑物局部水流的斷面模型試驗及水深、水流速度測定。水槽底部采用瀝青鋪裝，盡量與實際道路參數(shù)一致，以保證水槽底部糙率參數(shù)精確率定。

2.2.2 試驗人員

本試驗主要是為了確定試驗者在水中步行困難程度的步行速度臨界值。選取的試驗對象為小學生、青年人、中年人、老年人，參與試驗的小學生、青年人、中年人、老年人體型大約為全國小學生、青年人、中年人、老年人平均體型（表1）。試驗方法主要是讓試驗對象在水中逆流與順流行走，并測定試驗者在逆流與順流環(huán)境下行走的水深與流速，并確定試驗者水中步行困難度閾值。

表1 試驗者情況

[類型 年齡/歲 體重/kg 身高/cm 人數(shù)/人 行走距離/m 試驗方案 小學生 8～12 30～45 125～155 10 15 順流、逆流行走 青年人 18～24 55～75 168～175 10 15 順流、逆流行走 中年人 30～50 55～75 168～175 10 15 順流、逆流行走 老年人 55～70 55～75 168～175 10 15 順流、逆流行走 ]

2.3 試驗內容設計

（1） 選定若干試驗者進行水中行走試驗，包括青年、小學生、中年人、老年人各10名，其身高、體重、身體狀況都屬于全國同等年齡中平均狀態(tài)。

（2）利用水槽控制平臺進行水流速度、水深與流量控制，同時，試驗者在不同水深、流速等條件下進行順流、逆流行走，同時測定并記錄居民水中行走困難度閾值。

2.4 試驗方法

2.4.1 實地調查

為了保證試驗數(shù)據(jù)的準確性，需進行實地調查，其中包括研究區(qū)的道路情況、易受內澇影響區(qū)域及歷史內澇情況等。依據(jù)實地調查結果進行水槽參數(shù)設定，使其與實際路段情況盡量一致，從而保證試驗數(shù)據(jù)的正確性與有效性。

2.4.2 試驗準備

試驗前設備準備主要包括水槽主控平臺調試、水槽泵閘開啟、水槽參數(shù)設定、水槽中試驗者步行距離設定及試驗前準備。其中，水槽參數(shù)設定分別為：水深0.1～1.5 m與流速0.1～1.5 m/s作為試驗者水中行走的水深與流速變化值。

2.4.3 試驗過程

依據(jù)上述試驗前準備、試驗者選取及設備初始參數(shù)設定，進行試驗者分組，即按照試驗者年齡分為：小學生組、青年組、中年組、老年組，每組人數(shù)為10人，試驗者按年齡從小到大依次進行水中行走試驗，每組試驗者行走的水深、水流速度分別在0.1～1.5 m，0.1～1.5 m/s之間進行變化，并對每個試驗者水中行走過程受不同水深、流速的影響程度進行記錄，獲取試驗者水中行走困難度閾值（圖1）。

3 結果分析

在保證試驗者人身安全的前提下，并未進行極值試驗。試驗結果（表2）表明：試驗者在水中行走時，步行速度隨著水流、水深增加而逐漸降低，即試驗者水中行走的困難程度隨水深和流速的增加而變得越來越困難，這表明流速、水深對居民出行影響較大[18-19]。從圖2可以看出：當積水水深、流速分別為0.1～0.3 m、0.1～0.5 m/s時，對居民水中行走影響不大，可以通行;當水深、流速達到0.5～1.0 m、0.5～1.0 m/s時，對居民水中行走影響較大，此時居民水中通行困難;當?shù)缆贩e水水深、流速達到1.0 m與1.5 m/s以上時，對居民水中行走影響非常大，積水較重區(qū)域居民不能通行。

3.1 居民行走與水深、流速關系分析

城市暴雨導致道路積水的水深與流速是影響居民出行過程中的重要因素。通過實地問卷調查與試驗以及參考現(xiàn)有研究[18-19]，結果表明：當?shù)缆贩e水水深在0.5 m，水流速度在0.5 m/s時，人在水中可以通行;水深在0.5 m，水流速度在1.0 m/s時，人在水中行走較困難;當水深達到1 m以上，水流速度達到1.5 m/s以上，人將無法通行，此時應選擇其他道路。居民在道路積水中步行困難度與水深、流速關系見表3。

3.2 居民水中行走安全性分析

（1）水中步行速度最大可能值范圍。依據(jù)圖3～4所示安全率的范圍得出步行最大可能范圍[19]，并結合試驗與問卷調查結果分析，可以看出：居民水中行走最大可能閾值、安全率與步行速度大部分都與實際問卷調查結果值基本一致，大部分數(shù)值分布在水深0～1.5 m、流速0～1.5 m/s范圍內，即居民水中步行能通過的安全界線范圍內。

（2）試驗誤差。試驗者在水中行走的水流速度、水深對試驗者步行速度的影響程度基本符合實際問卷調查結果。其中誤差存在的原因是試驗模擬路段與實際路段條件、環(huán)境條件無法達到完全一致。

4 結 論

城市暴雨內澇災害是中國諸多城市爆發(fā)的“城市病”，已經給居民出行及城市可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴重影響。及時掌握城市暴雨內澇災害對居民出行安全的影響程度，不僅能夠保證居民安全出行，且可為城市內澇災害風險預警提供決策依據(jù)。本文以長春市南關區(qū)為例，采用了居民水中行走試驗與問卷調查方法，獲取居民水中行走困難度閾值，以確定居民水中安全行走閾值。研究結果顯示：水深0.5 m時，水流速度0.5 m/s時，人在水中可以通行;水深0.5 m時，水流速度1.0 m/s時，人在水中行走較困難;當水深達到1 m以上，水流速度達到1.5 m/s以上，人將無法通行;以此為基礎，構建居民步行與水深、流速間的函數(shù)關系，確定居民在水深0～1.5 m、流速0～1.5 m/s界線范圍是居民出行安全范圍。

本文雖通過試驗方法確定了居民水中行走安全閾值，但在試驗時受相關參數(shù)設定方式限制，導致試驗模擬路段與實際路段存在一定偏差，會對試驗結果存在一定影響。另外，由于受試驗條件限制，目前僅開展居民在水行走試驗確定其水中行走的安全閾值研究，在未來研究中將進一步改進試驗條件，開展車輛水中行走試驗，確定車輛水中通行安全閾值。同時改進居民水中行走試驗過程及相關參數(shù)設定，包括增加試驗者鞋底材質、花紋、鞋底接觸面積、壓力、摩擦力等內容設計，以提高試驗精度，更好地為提高居民出行安全及城市內澇災害應急管理服務。

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（編輯：江 文）

Study on pedestrian travel safety threshold during urban rainstorm and

waterlogging disaster

LI Hang，? CHEN Peng

（College of Tourism and Geography Science， Jilin Normal University， Siping? 136000， China）

Abstract： Frequent urban waterlogging disasters cause bad effects on pedestrian travel safety. Taking Nanguan District of Changchun City as the research area， we explored pedestrian water walking safety by indoor experiment and questionnaire survey and the functional relationship between pedestrian walking velocity， water depth and flow velocity and the safety threshold of their water walking was determined. The research results showed that：? ①When water depth is 0.5m and the water velocity is 0.5m/s， people could walk through the water; when water depth is 0.5m and the water velocity is 1.0m/s， it was difficult for people to walk through water; when water depth is over 1m and water velocity is over 1.5m/s ， people could not walk through the water ;? ②Water depth 0～1.5m and flow velocity 0～1.5m/s was the safe range for pedestrian travel. The research results can provide decision-making basis for urban waterlogging disaster warning.

Keywords： pedestrian walking through water;safety threshold; urban waterlogging; questionnaire survey;disaster warning