張小穩(wěn) 劉國慶 陳光育 徐俊豪 楊 帆 黃 玄

（1.無錫市防汛防旱指揮部辦公室，無錫 214021；2.水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院，南京 210029；3.水利部太湖流域水治理重點實驗室，南京 210029）

1 研究背景

近年來，受全球氣候變化影響，極端暴雨、強對流等災害性天氣頻發(fā)、重發(fā)，具有突發(fā)性強、不確定性大、疊加性強、破壞性大等特點，嚴重威脅人民群眾生命財產(chǎn)安全。2021 年河南鄭州市“7·20”特大暴雨造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，給人們敲響了警鐘。

無錫市位于江蘇省東南部，地處長江三角洲江湖間走廊，北臨長江、南濱太湖，境內(nèi)地勢低洼，特定的地理位置和氣候環(huán)境造成無錫市洪澇災害頻繁。長歷時梅雨、短歷時暴雨、強臺風是造成地區(qū)洪澇災害的主要原因，如2015 年、2016年梅雨均形成較大的洪澇災害。

無錫市委市政府高度重視極端暴雨防范應對工作，為應對類似鄭州市“7·20”特大暴雨可能帶來的災害風險，提前制定應對措施，盡可能保護極端暴雨影響下的城市安全。2022 年，無錫市組織開展了城市極端暴雨洪澇災害風險評估及對策研究，印發(fā)并實施《無錫市城市防范應對極端暴雨洪澇災害工作指導意見》，細化了161項應急性工作措施，系統(tǒng)性安排了72項工程項目，總投資399.6億元。

2 模型構建及方案制定

2.1 模型構建

項目收集了高精度數(shù)字高程模型（DEM）、河湖水系、雨水管網(wǎng)及水利工程等大量基礎數(shù)據(jù)，構建考慮山區(qū)、城市產(chǎn)匯流等要素的水文模型及河網(wǎng)—管網(wǎng)、洪水演進水力學模型，采用標準化接口耦合技術，實現(xiàn)水文水動力一維、二維數(shù)學模型耦合。

為提高模型計算的精度，采用多級嵌套的水文水動力耦合模型。太湖流域大模型，按流域產(chǎn)匯流結果為中小模型提供計算邊界條件；武澄錫虞區(qū)中模型，主要通過無錫市區(qū)河網(wǎng)與沿江各樞紐工程開展區(qū)域調度模擬；無錫市區(qū)1 294 km2河網(wǎng)、管網(wǎng)及水利工程精細化小模型，采用降雨—產(chǎn)匯流—內(nèi)澇積退水多過程耦合形式，通過一維河網(wǎng)、管網(wǎng)與二維地面耦合方式模擬城市極端暴雨洪澇災害過程，如圖1所示。

圖1 多級耦合嵌套模型

本文構建流域、區(qū)域分級嵌套耦合與精細化城市河網(wǎng)模型至6 級河道，包括3 000 余條1 960 km 河段、8 125 個河道斷面和5 000 多個河網(wǎng)節(jié)點。管網(wǎng)模型包括50 838 個檢查井、156.8 km 的排水管渠。水利工程模型包括333.3 hm2以上所有圩區(qū)，共計560 座排澇泵站和265 座水閘工程。二維計算區(qū)域采用非結構化網(wǎng)格進行剖分，最大網(wǎng)格面積控制在0.05 km2以下。本文選擇2106 號臺風“煙花”降雨過程進行參數(shù)率定，選擇2016 年梅雨過程和2017 年短歷時降雨過程進行驗證，結果表明模型精度符合風險分析要求。

2.2 方案制定

鄭州市“7·20”特大暴雨具有持續(xù)時間長、強降雨范圍廣、累積雨量大等特點，據(jù)統(tǒng)計，鄭州市國家站最大1 h降 雨 量201.9 mm，1 d 降 雨 量645.6 mm，3 d 降 雨 量789.1 mm，其中1 h 降雨量突破了我國大陸氣象觀測極值。根據(jù)無錫市歷史洪水災害資料，2016 年梅雨期長達32 d，梅雨量達到常年的2.25 倍，長江、太湖等外圍水位偏高，屬于相對不利情景；2017 年9 月24 日全市遭受強降雨襲擊，并出現(xiàn)歷史最高水位，具備典型短歷時暴雨特征；臺風“煙花”帶來的降雨量為近10 年最大，具備典型臺風雨特征。為準確模擬無錫市區(qū)遭遇鄭州市“7·20”特大暴雨情景，將0.35 倍、0.5 倍、0.7 倍、1.0 倍鄭州市降雨量與2016 年、2017 年、2021 年實際水位過程組合，共制定12 組分析方案，如表1 所示。

表1 無錫市城市極端暴雨洪澇災害風險評估分析方案

3 極端暴雨洪澇災害風險評估

3.1 各工況對比結果分析

蘇南運河無錫段為城市防洪的外圍洪源，代表站為無錫（大）站，城市防洪大包圍內(nèi)部以無錫（南門）站為代表站。因此，選取無錫（大）站和無錫（南門）站為代表站，分析無錫市遭遇不同倍比鄭州市“7·20”特大暴雨情景下的河道峰值水位，對比分析無錫市城區(qū)遭遇極端暴雨的應對能力及洪澇風險變化，結果如表2所示。

表2 各工況特征站點峰值水位

通過分析結果可以看出，在所有情景下各工況的無錫（大）水位均超過了2017 年歷史最高水位5.32 m，且遭遇1.0 倍鄭州市“7·20”特大暴雨的無錫（南門）站水位峰值達到5.70 m 以上，兩站的水位峰值已經(jīng)超過了無錫運東大包圍內(nèi)部大部分堤防的堤頂高程，河道漫溢、潰堤風險極高，人民生命財產(chǎn)安全受到極大威脅。

2016 年發(fā)生太湖流域性特大洪水，最高洪水位達4.87 m（歷史第2 高），該情景為城市排水最不利的外圍運行條件，從分析成果看，2016年無錫（大）站水位峰值最高，且退水過程最長，如圖2 所示，因此，無錫2016 年遭遇1.0 倍鄭州市降雨量為最不利情景。

圖2 1.0倍鄭州雨量情景下無錫（大）站水位過程

鄭州市“7·20”特大暴雨1 h降雨量最高達201.9 mm，突破我國大陸氣象觀測記錄極值，僅憑無錫市現(xiàn)狀工程防御能力無法應對。為進一步量化評估應對能力，假設無錫市全域堤防不出現(xiàn)漫溢、潰堤且所有閘泵工程穩(wěn)定運行，采用一維模型計算2016年長歷時梅雨情景下無錫（大）站的水位過程，如圖3所示。可以看出，如果堤防不出現(xiàn)漫溢，無錫（大）站水位峰值高達7.80 m，但無錫市各骨干河道現(xiàn)狀堤頂高程主要為6.00～6.50 m，無法達到這一標準，在遭遇鄭州市“7·20”特大暴雨情景時必然會出現(xiàn)大范圍的河道漫溢現(xiàn)象。

圖3 2016年遭遇1.0倍鄭州市“7·20”特大暴雨無錫（大）站水位過程

從工程能力來看，無錫市區(qū)洪水主要通過京杭大運河、環(huán)湖口門、望虞河西控線口門、沿江工程外排，如圖4所示。通過模型分析，1.0 倍鄭州市“7·20”特大暴雨情況下無錫市區(qū)1 294 km2范圍內(nèi)總降雨量約10億m3，在水利工程滿負荷運行的情況下，市區(qū)仍有超5 億m3澇水無法在短時間內(nèi)排出，需要借助沿江樞紐工程外排。上述結果表明，現(xiàn)階段水利工程能力無法應對鄭州市“7·20”特大暴雨情景。

圖4 無錫市區(qū)洪水出路示意圖

3.2 風險等級劃分標準

綜合考慮現(xiàn)有學術研究成果、行業(yè)導則和淹沒程度的直觀展示，對不同淹沒水深下的風險等級進行劃分，充分參考淹沒水深對行人安全的威脅程度及水利行業(yè)的圖件編制標準，將極端暴雨淹沒風險劃分為5個等級（表3）。

表3 極端暴雨淹沒風險等級劃分標準

3.3 洪水風險特征分布

在2016 年遭遇1.0 倍鄭州市“7·20”特大暴雨的最不利情景下對無錫市現(xiàn)狀防洪排澇工程的應對能力及洪水風險特征分布特性進行重點評估，分析其洪澇風險，計算得到不同暴雨量級、各風險等級下無錫市區(qū)的淹沒水深、淹沒面積及其相較市區(qū)面積占比，如表4 所示。同時，從風險包絡角度出發(fā)，繪制了最不利情況下無錫市遭遇1.0 倍鄭州市“7·20”特大暴雨市區(qū)淹沒風險圖，如圖5所示。

表4 2016年不同倍比鄭州市“7·20”特大暴雨情況下無錫市淹沒風險統(tǒng)計

圖5 無錫市2016年遭遇1.0倍鄭州市“7·20”特大暴雨市區(qū)淹沒風險圖

結果表明，隨著暴雨量級的增加，無錫市區(qū)淹沒面積顯著增長，在1.0 倍鄭州市“7·20”特大暴雨量級下，淹沒面積751.71 km2，占市區(qū)面積58.09%；高風險區(qū)域面積115.28 km2，占市區(qū)面積8.91%。運東大包圍內(nèi)部因地勢低洼，存在大面積的極高風險區(qū)；惠山區(qū)和錫山區(qū)也存在較大范圍的極高風險區(qū)，主要分布在河道、湖蕩周邊；新吳區(qū)以中低風險區(qū)為主，濱湖區(qū)因地勢較高，風險最低，僅馬山片受淹較為嚴重。根據(jù)統(tǒng)計結果，極高風險區(qū)主要分布在惠山區(qū)、梁溪區(qū)、錫山區(qū)、新吳區(qū)的21個鎮(zhèn)（街道）。

3.4 風險隱患排查與臺賬建立

結合基礎資料和模型計算結果，繪制了12組分析方案的淹沒風險圖，并根據(jù)最不利的梅雨年遭遇極端暴雨情景下的淹沒風險分布，分析了城市空間對象洪澇災害風險，并繪制了水利工程、城市生命線工程、重點保護對象3類共19張城市空間對象專題洪水風險圖。

針對水利工程、城市生命線工程、重點保護對象3類18個對象，建立風險臺賬，包含189座水閘、235處堤防、53個地鐵站和場段、640 處電力設施、14 處通信設施、30 處燃氣設施、4 處自來水廠、11 處隧道出入口、415 個轉移安置場所、10 處人民防空工程、30 處政府駐地、52 個乙級以上醫(yī)院、71 個學校、4 個忌水危化企業(yè)、18 座污水處理廠、4 座垃圾處理廠、453 個重點企業(yè)。臺賬中包含受災對象經(jīng)緯度、周邊地面平均高程、地面淹沒水位、淹沒水深、風險等級、風險點等風險要素信息，根據(jù)風險隱患臺賬，可以進一步篩選出存在風險的城市空間對象。

4 極端暴雨應對措施建議

4.1 完善極端暴雨應急預案

現(xiàn)階段無錫市需要進一步修訂完善極端暴雨應急預案，主要包括修訂防汛防臺應急預案方案、編制城市空間對象“一點一策”應急預案、制定人員轉移避險方案、開展極端暴雨防御演練等方面內(nèi)容。

為進一步修訂完善防汛防臺應急預案，需要建立健全“市—區(qū)—街道（鎮(zhèn)）—社區(qū)（村）”4 級包保責任體系，并完善預報預警機制，如將1 h降雨預報納入預警發(fā)布條件，優(yōu)化預警發(fā)布與應急響應啟動之間的協(xié)調性。同時，需要完善極端情況下的應急響應措施，明確停工、停業(yè)、停課、停運、停產(chǎn)等剛性約束條件和工作機制，完善城市嚴重內(nèi)澇導致的“斷路、斷電、斷網(wǎng)”等極端情況下的應急處置預案。

結合城市空間對象專題風險圖及風險臺賬，明確需要編制極端暴雨應急預案的城市空間對象，包括重點水閘、泵站等水利工程，處于高風險區(qū)域的地鐵、電力、通信、燃氣、供水、交通路網(wǎng)等城市生命線工程及醫(yī)院、學校、政府機關、機場、火車站等重點保護對象，“一點一策”編制一批專項應對預案，落實“擋、排、避、搶”措施。同時，根據(jù)極端暴雨洪澇淹沒風險圖和轉移安置點分布圖，制定人員轉移避險方案，區(qū)、街道（鎮(zhèn)）加強統(tǒng)籌協(xié)調，制定切實可行的轉移安置方案，對需轉移人員進行登記造冊，明確包保責任，確定轉移路線、交通工具、安置地點，落實保障措施，開展轉移演練。

為提升極端暴雨應對能力，可采用桌面推演與現(xiàn)場實戰(zhàn)相結合的方式，開展極端暴雨防御演練，細化完善不同等級應急響應各環(huán)節(jié)“防、避、搶、救”措施，增強部門地區(qū)協(xié)同作戰(zhàn)、應急處突能力，做到全鏈條全要素實戰(zhàn)化演練。

4.2 提升城市防洪排澇能力

鄭州市“7·20”特大暴雨降水量相當于約1/5太湖水量，現(xiàn)有工程防御能力難以應對如此極端暴雨，因此，需要結合“十四五”規(guī)劃和遠景規(guī)劃，提高流域、區(qū)域防洪標準，統(tǒng)籌考慮城市防洪、排澇、排水銜接，加快水利工程、排水管網(wǎng)工程和海綿城市建設，優(yōu)化城市防洪工程與城市立體空間利用布局，全面提升市區(qū)排澇標準，增強骨干河道行洪能力，進一步提升城市應對短歷時強降雨與極端暴雨的能力。

市區(qū)內(nèi)澇防治設計重按50年一遇標準，地鐵及地下商場相關地下通道、保障性大型基礎設施（水、電、氣）等內(nèi)澇危害大、影響面廣的重要設施適當提高內(nèi)澇設計重現(xiàn)期。提升排水管網(wǎng)設計標準，逐步提升至5年一遇以上。加強管網(wǎng)健康狀況排查，保障遭遇極端暴雨時排水暢通。大包圍內(nèi)中心老城、太湖新城、惠山新城、錫東新城、馬圩等重點片區(qū)，提升河道排澇標準至20年一遇以上。

根據(jù)水閘工程風險清單，全面排查市區(qū)范圍內(nèi)閘站口門自身風險隱患，加高閘門門頂高程、提升泵房封閉擋水能力，必要時進行改建。針對重要樞紐，特別是布設在地下的工程設備，建設永久或臨時圍擋工程；針對中高風險閘站，開展閘頂永久或臨時加高，增強口門工程自身防洪能力。

全面排查地下車庫、人防設施、地下商場、文體設施、地鐵站、隧道、下立交、地下管線等地下空間分布，摸清極端暴雨風險隱患，針對風險較高的地下空間，增設擋水板、臨時圍擋、防汛沙袋等設施，保障地下空間人員生命安全和供電、排水等重要設施穩(wěn)定運行。制定人員避險撤離方案，落實組織體系和責任體系。

在城市規(guī)劃方面，依法依規(guī)將水利部門劃定的洪澇風險圖納入控制性總規(guī)，劃定河湖藍線，落實藍線管理制度，保護河湖空間。對于已經(jīng)圈占的河湖水面，應當在符合國土空間規(guī)劃和防洪規(guī)劃的前提下依法依規(guī)有序實施退地、平圩還湖（河）或合理調整利用，增加調蓄能力。因地制宜開展圩區(qū)及低洼易淹區(qū)改造，填高地面，降低防洪排澇治理成本。開展城市地下空間綜合利用、排水系統(tǒng)改造升級、深邃工程可行性研究。

4.3 加強極端暴雨應急處置能力

為保障極端暴雨下的城市安全及人民生命財產(chǎn)安全，需要進一步加強極端暴雨應急處置能力，豐富防汛應急物資儲備，提升應急救援救助能力。優(yōu)化應急物資儲備布局、加強防汛搶險物資倉庫建設、大型防汛排澇物資設備儲備，強化應急資源快速調配能力。提升綜合性消防救援隊伍搶險施救能力，加強專業(yè)應急隊伍建設，發(fā)揮基層救援隊伍靠前早期處置優(yōu)勢，整合社會應急力量。

4.4 提高公眾洪澇風險意識和避險能力

加強宣傳科普教育，在人口密集區(qū)、流動區(qū)，如小區(qū)、廣場、公園和地鐵，增設水位標識物，宣傳常水位、洪水位、歷史最高水位、可能受淹水位等特征水位，發(fā)放洪澇避險自救等科普宣傳海報、洪澇風險圖標識提示等，增強公眾應對洪澇風險的認知，提升公眾防御與自救能力。

4.5 健全智慧防汛體系

加快推進防汛防臺秒響應和城市內(nèi)澇風險應用場景建設，加強淹沒風險區(qū)易澇區(qū)域、水利閘泵站、排水主干管網(wǎng)、下立交、隧道涵洞、地鐵等重要部位的動態(tài)監(jiān)測和預警能力。落實預報、預警、預演、預案“四預”措施，強化災害風險感知、預報預警、風險研判、調度處置、響應聯(lián)動等關鍵環(huán)節(jié)，實現(xiàn)“河湖防洪和城市排澇聯(lián)調聯(lián)動和統(tǒng)籌管控”。根據(jù)洪澇風險特征與空間分布，針對水利工程、重點保護對象，考慮極端暴雨造成的洪澇巨災，推動洪水保險整體解決方案，分擔轉移風險，提升城市遭遇洪澇災害的韌性能力。