摘要：針對(duì)平原城市高度建成區(qū)暴雨引發(fā)的城市內(nèi)澇問(wèn)題，以珠三角城市東莞市為例，基于MIKE FLOOD平臺(tái)，利用MIKE URBAN、 MIKE 11和 MIKE 21構(gòu)建了城市內(nèi)澇耦合模型。同時(shí)，結(jié)合歷史暴雨事件提出一種長(zhǎng)歷時(shí)暴雨設(shè)計(jì)雨型，分析50 a一遇設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期下東莞市中心城區(qū)暴雨內(nèi)澇過(guò)程和積水特征，提出改善“大排水系統(tǒng)”排水能力的內(nèi)澇治理措施并評(píng)估其實(shí)施效果。結(jié)果表明：東莞市中心城區(qū)內(nèi)澇的主要原因?yàn)楹拥浪黜斖屑暗缆放潘粫常拥劳貙捳谓Y(jié)合道路豎向調(diào)整可使管網(wǎng)溢流程度降低45%，內(nèi)澇淹沒(méi)面積減小73%。提高研究區(qū)內(nèi)河、道路排水通道等“大排水系統(tǒng)”的排水能力對(duì)改善研究區(qū)域的內(nèi)澇現(xiàn)狀效果顯著。研究成果可為平原城市高度建成區(qū)的內(nèi)澇治理提供技術(shù)支撐。

關(guān) 鍵 詞：內(nèi)澇防治； 長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨； 大排水系統(tǒng)； 內(nèi)澇耦合模型； 高度建成區(qū)； 平原城市

中圖法分類(lèi)號(hào)： TU992 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.02.003

0 引 言

隨著全球氣候變暖趨勢(shì)的加劇和城市化進(jìn)程的加快，暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率增加，成為影響城市正常運(yùn)行和發(fā)展的重要因素［1-3］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年，全國(guó)有超過(guò)360座城市因強(qiáng)降雨造成內(nèi)澇災(zāi)害，其中52座城市出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇多達(dá)73次［4-5］，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)千億元?？梢?jiàn)，暴雨內(nèi)澇已嚴(yán)重威脅人民正常生活，給國(guó)家和社會(huì)造成嚴(yán)重人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失［6-8］。因此，科學(xué)認(rèn)識(shí)城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害形成機(jī)理并且形成可推廣的內(nèi)澇治理模式已成為中國(guó)城市內(nèi)澇防治工作的研究方向和亟待解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

城市內(nèi)澇是一種多時(shí)空尺度的水文過(guò)程，暴雨是引發(fā)內(nèi)澇的直接原因，同時(shí)地面匯流、管網(wǎng)排水、河流行泄等因素也會(huì)影響內(nèi)澇災(zāi)害的形成［9］。另外，城市建成度高、開(kāi)發(fā)強(qiáng)度高、更新需求高，地面墊層不透水面積逐漸增大，使得雨水洪峰提前、徑流量增大，也是引發(fā)城市內(nèi)澇的重要原因。目前，在城市暴雨內(nèi)澇領(lǐng)域的研究主要集中在城市內(nèi)澇過(guò)程機(jī)理分析［10］、內(nèi)澇成因分析［11］、城市內(nèi)澇模型改進(jìn)與應(yīng)用［12-13］以及城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［14-15］等方面。已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)不同雨型會(huì)導(dǎo)致內(nèi)澇淹沒(méi)范圍和水深產(chǎn)生較大差異，且以往研究采用短歷時(shí)降雨居多［16］，實(shí)際極端暴雨則大多為長(zhǎng)歷時(shí)過(guò)程。因此，在研究高重現(xiàn)期暴雨內(nèi)澇災(zāi)害時(shí)，采用短歷時(shí)降雨可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)澇模擬結(jié)果與現(xiàn)實(shí)情況不符。此外，針對(duì)內(nèi)澇防治的研究主要涉及蓄排設(shè)施建設(shè)、雨水管渠改造、LID措施等方面［17-18］，雖然在不同程度上改善了城市內(nèi)澇，卻忽視了城市主干排澇通道在內(nèi)澇防治中的重要性。如今，僅依靠雨水管渠排水無(wú)法完全解決城市內(nèi)澇問(wèn)題已經(jīng)成為共識(shí)，研究者們認(rèn)為“大排水系統(tǒng)”是解決城市高度建成區(qū)內(nèi)澇問(wèn)題的關(guān)鍵［19］。車(chē)伍等［20］提出當(dāng)前內(nèi)澇防治關(guān)注點(diǎn)集中在雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上，缺乏對(duì)不同條件下致澇原因的甄別以及系統(tǒng)考慮。黃勇等［21］認(rèn)為“大排水系統(tǒng)”因其排蓄過(guò)程的開(kāi)放性，極易引發(fā)溢流失控、交通中斷或城市用地滯水等級(jí)聯(lián)效應(yīng)，是城市內(nèi)澇問(wèn)題的關(guān)鍵誘因之一。中國(guó)關(guān)于“大排水系統(tǒng)”的研究和實(shí)踐仍處于相對(duì)空白的階段。盡管有學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展了“大排水系統(tǒng)”受城市復(fù)雜地形與復(fù)雜地表徑流環(huán)境影響下的定性分析研究［22］，但精細(xì)化定量模擬研究多集中在以雨水管渠為主的“小排水系統(tǒng)”；關(guān)于城市“大排水系統(tǒng)”的定量精細(xì)化模擬研究較少，對(duì)于如何通過(guò)保障“大排水系統(tǒng)”排水通暢性來(lái)預(yù)防與治理城市內(nèi)澇災(zāi)害仍認(rèn)識(shí)不足。

本研究選取外江內(nèi)河密集、易受風(fēng)暴潮洪侵襲且城市建設(shè)強(qiáng)度大的珠三角平原城市——東莞市中心城區(qū)為研究對(duì)象，基于MIKE FLOOD平臺(tái)構(gòu)建包括一維雨水管網(wǎng)模型（MIKE URBAN）、一維水系模型（MIKE 11）和二維地表漫流模型（MIKE 21）的東莞市中心城區(qū)內(nèi)澇耦合模型。提出一種50 a一遇24 h長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)雨型用于分析東莞市中心城區(qū)內(nèi)澇積水特征，探討基于改善“大排水系統(tǒng)”排水能力內(nèi)澇治理措施的實(shí)施效果，以期為珠三角平原城市高度建成區(qū)的內(nèi)澇災(zāi)害防治工作提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)參考。

1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于東莞市中心城區(qū)某中央商務(wù)區(qū)，片區(qū)總面積約2 100 hm2，地勢(shì)北低南高［23］，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均降雨量為1 766 mm［24］。片區(qū)內(nèi)新基河自南向北匯入東引運(yùn)河，城市建設(shè)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大、人口密度高，屬于典型的高度建成區(qū)，當(dāng)遭遇暴雨時(shí)易發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害［25］。根據(jù)管網(wǎng)流向及地勢(shì)分布將研究區(qū)劃分為5個(gè)雨水分區(qū)，具體如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

模型構(gòu)建所需數(shù)據(jù)包括研究區(qū)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、地形及土地利用數(shù)據(jù)、降雨及運(yùn)河水位數(shù)據(jù)等。排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)及運(yùn)河水位數(shù)據(jù)來(lái)源于東莞市水務(wù)局，遙感影像數(shù)據(jù)、地形及土地利用數(shù)據(jù)均來(lái)源于東莞市自然資源局，降雨數(shù)據(jù)由東莞市氣象局提供。將以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理后得到模型構(gòu)建所需的基礎(chǔ)成果，如圖2所示。

2 研究方法

2.1 模型構(gòu)建

基于MIKE FLOOD平臺(tái)集成MIKE URBAN、MIKE 11和MIKE 21模型，構(gòu)建城市內(nèi)澇耦合模型，模型耦合方法如圖3所示。利用MIKE URBAN輸入檢查井標(biāo)高、管道標(biāo)高以及管徑等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)建城市一維雨水管網(wǎng)模型；運(yùn)用MIKE 11對(duì)新基河進(jìn)行概化，總長(zhǎng)約6 km，并根據(jù)實(shí)地測(cè)量成果輸入斷面資料，構(gòu)建城市一維河網(wǎng)模型；使用MIKE 21將研究區(qū)作為對(duì)象，以精度為1∶500地形圖為原始高程數(shù)據(jù)，通過(guò)ArcGIS對(duì)計(jì)算區(qū)域地形進(jìn)行離散處理，計(jì)算精度為5 m×5 m，并對(duì)現(xiàn)狀建筑物、道路進(jìn)行相應(yīng)處理，構(gòu)建城市地表二維漫流模型。最后在MIKE FLOOD平臺(tái)中耦合MIKE URBAN、MIKE 11與MIKE 21三個(gè)子模型，構(gòu)建一維-二維耦合模型。在本研究中，新基河河口水位邊界采用與設(shè)計(jì)降雨同頻的遭遇（50 a一遇），根據(jù)東莞市內(nèi)澇防治工作要求，新基河河口水位采用3.48 m的固定水位。

2.2 模型率定

為提高模型精確度，選取東莞市中心城區(qū)2023年4月19日、2023年6月24日2場(chǎng)實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)和檢查井水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)構(gòu)建的城市暴雨內(nèi)澇耦合模型進(jìn)行率定驗(yàn)證。檢查井水位模擬結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，研究區(qū)模擬水位與實(shí)測(cè)水位的峰現(xiàn)時(shí)間偏差均小于1 h，峰值水位相差均低于15%，2場(chǎng)暴雨模擬納什效率系數(shù)NSE值均大于0.7，表明參數(shù)及模型合理［26-27］。由于2場(chǎng)降雨事件所導(dǎo)致的實(shí)際易澇點(diǎn)相同，而6月24日的降雨強(qiáng)度較大，且持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，因此對(duì)2023年6月24日降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行二維淹沒(méi)模擬。6月24日暴雨歷史淹沒(méi)情況實(shí)測(cè)與模擬積水情況如圖5所示。由圖5可知，內(nèi)澇淹沒(méi)嚴(yán)重區(qū)域與實(shí)際發(fā)生易澇點(diǎn)位置一致，淹沒(méi)深度與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況接近。因此，本文構(gòu)建的城市暴雨內(nèi)澇模型能夠較為真實(shí)地反映積水點(diǎn)實(shí)際情況，模型可靠且合理。

2.3 設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程

目前東莞市常用的降雨雨型為Keifer amp; Chu雨型（芝加哥雨型），Keifer amp; Chu雨型受歷時(shí)的限制，一般適用于2 h短歷時(shí)降雨研究［28］。而GB 51222-2017《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》規(guī)定城市內(nèi)澇防治工作宜采用24 h長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程線(xiàn)［29］，并且Keifer amp; Chu雨型在一定情況下存在低估內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)［30］，因此東莞市所用的Keifer amp; Chu雨型不適合長(zhǎng)歷時(shí)降雨時(shí)程分配。東莞市中心城區(qū)內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為50 a，為提出一種符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的50 a一遇24 h長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程，本次研究利用東莞市氣象站1960～2015年的雨量記錄，挑選出24 h降雨量最大的前10場(chǎng)降雨，結(jié)合當(dāng)?shù)厮畡?wù)部門(mén)對(duì)雨型研究成果，參考水利排滯設(shè)計(jì)雨型的雨峰位置，采用同頻率分析方法確定24 h長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨過(guò)程線(xiàn)與雨型分配比例，結(jié)果見(jiàn)圖6。根據(jù)東莞市暴雨強(qiáng)度公式［23］分別計(jì)算出5，15，30，45 min和1，1.5，2，3，4，6，12，24 h的降雨量（50 a一遇），采用5 min降雨量匹配在雨峰的位置，其他時(shí)刻降雨量按照分配比例系數(shù)類(lèi)推，即可獲得設(shè)計(jì)雨型的降雨過(guò)程線(xiàn)，如圖7所示。

由圖7可知，在東莞市50 a降雨重現(xiàn)期情況下，24 h降雨過(guò)程中，降雨強(qiáng)度隨時(shí)間變化表現(xiàn)為先增加后降低，當(dāng)降雨發(fā)生至9 h時(shí)降雨強(qiáng)度達(dá)到最大，為24.81 mm/5 min，累積降雨總量為354 mm。同時(shí)，將模型邊界處河道洪峰流量與水利傳統(tǒng)方法計(jì)算的洪峰流量進(jìn)行對(duì)比，作為該設(shè)計(jì)雨型的驗(yàn)證條件，對(duì)比50 a一遇降雨重現(xiàn)期下的洪水流量，結(jié)果見(jiàn)表1?？芍芯繀^(qū)在遭受同頻降雨時(shí)，模型計(jì)算成果與傳統(tǒng)水利方法計(jì)算成果相近。本文所提出的24 h長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程既綜合了水務(wù)部門(mén)的雨型應(yīng)用成果，又與短歷時(shí)雨型應(yīng)用成果相協(xié)調(diào)，因此，該雨型可用于東莞市50 a一遇24 h長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期下的內(nèi)澇模擬研究。

3 內(nèi)澇模擬結(jié)果與分析

3.1 河道過(guò)流能力分析

本次研究模擬了新基河50 a一遇24 h長(zhǎng)歷時(shí)降雨下的水位變化過(guò)程，河道的峰值水面線(xiàn)如圖8所示，沿程峰值水位見(jiàn)表2?？傮w來(lái)看，新基河現(xiàn)狀排水能力較弱，上游宏偉路（里程2 280 m）處峰值水面線(xiàn)達(dá)到了10.83 m，水面線(xiàn)超過(guò)地面1.83 m。下游富民商業(yè)街暗渠段（里程4 500～6 000 m）為有壓流，峰值水面線(xiàn)均超過(guò)渠頂高程，整體排水不暢。經(jīng)水力分析計(jì)算，新基河下游河口處的現(xiàn)狀過(guò)流能力為137.38 m3/s，遠(yuǎn)低于河口匯流洪峰流量174.8 m3/s，排水能力不足。新基河沿途建設(shè)有較多構(gòu)筑物，對(duì)河道的過(guò)流產(chǎn)生一定阻水作用，并且下游暗渠段受外江50 a一遇水位頂托影響，進(jìn)一步影響新基河整體的排水通暢性。

“大排水系統(tǒng)”可分為“排放設(shè)施”與“調(diào)蓄設(shè)施”，河道、道路等地表徑流行泄通道屬于“大排水系統(tǒng)”中的“排放設(shè)施”［31］。新基河作為研究區(qū)主干澇水行泄的通道之一，其水位過(guò)高會(huì)對(duì)沿線(xiàn)排入的管道造成頂托現(xiàn)象，從而間接影響雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的排水通暢性。同時(shí)部分河段峰值水位超過(guò)地面高程，不僅影響道路積水的匯入，還存在溢流風(fēng)險(xiǎn)，內(nèi)澇程度將進(jìn)一步加深。

3.2 地面內(nèi)澇積水特征分析

管網(wǎng)充滿(mǎn)度通常用于判斷管網(wǎng)排水能力是否滿(mǎn)足要求，當(dāng)充滿(mǎn)度大于1時(shí)，表明管道超負(fù)荷運(yùn)行；淹沒(méi)水深和淹沒(méi)時(shí)間通常用于表征內(nèi)澇積水產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)程度［32］。GB 50014-2021《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》指出中心城區(qū)內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期下最大允許退水時(shí)間為1～3 h，道路積水不超過(guò)0.15 m［33］。利用本文建立的城市暴雨內(nèi)澇模型模擬研究區(qū)50 a一遇24 h長(zhǎng)歷時(shí)降雨條件下各節(jié)點(diǎn)處管網(wǎng)的運(yùn)行情況和地表淹沒(méi)情況，根據(jù)二維淹沒(méi)模擬結(jié)果，參考GB 51222-2017《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》［29］、GB 50014-2021《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［33］以及東莞市內(nèi)澇防治工作要求，將淹沒(méi)水深劃分為0.15～0.30 m，0.30～0.50 m，0.50～0.80 m，gt;0.80 m四個(gè)區(qū)間。得到超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的管網(wǎng)運(yùn)行分布如圖9所示，地面豎向分布如圖10所示，淹沒(méi)水深及淹沒(méi)時(shí)間如圖11所示。

通過(guò)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)研究區(qū)充滿(mǎn)度大于1的管渠共有2 218根，占管渠總數(shù)的57%。由圖9可知，超負(fù)荷運(yùn)行管網(wǎng)多分布于新基河兩側(cè)，途徑富民商業(yè)街、新基社區(qū)最終匯入新基河中。匯入新基河的充滿(mǎn)度大于1的管網(wǎng)占充滿(mǎn)度大于1管渠總數(shù)的56%。結(jié)合3.1節(jié)中的分析可知，新基河整體排水能力不足，河道峰值水位過(guò)高，對(duì)周邊匯入的管網(wǎng)內(nèi)水流產(chǎn)生了頂托作用，從而導(dǎo)致雨水系統(tǒng)發(fā)生溢流。由圖10可知，研究區(qū)道路豎向總體為南高北低，但部分主干路如環(huán)城南路、莞太路存在地勢(shì)低洼點(diǎn)；結(jié)合圖9可知，地勢(shì)低洼點(diǎn)附近管渠多為超負(fù)荷運(yùn)行，當(dāng)上述管渠發(fā)生溢流時(shí)，低洼點(diǎn)道路積水無(wú)法順利自流至下游受納水體或調(diào)蓄設(shè)施。此外，由圖11可知，研究區(qū)各區(qū)域均出現(xiàn)了不同程度的積水現(xiàn)象。從淹沒(méi)水深來(lái)看，研究區(qū)最大淹沒(méi)水深超過(guò)0.15 m的面積有104.91 hm2，其中退水時(shí)間大于1 h 的面積為84.12 hm2，占總淹沒(méi)面積80.18%，表明有19.82%的淹沒(méi)面積能在1 h以?xún)?nèi)退水，不構(gòu)成內(nèi)澇標(biāo)準(zhǔn)。部分內(nèi)澇區(qū)域最大淹沒(méi)水深超過(guò)0.80 m，該部分面積為43.32 hm2。從淹沒(méi)時(shí)間來(lái)看，淹沒(méi)時(shí)間隨著淹沒(méi)水深的增加而增加，最大淹沒(méi)水深超過(guò)0.80 m的區(qū)域，淹沒(méi)時(shí)間均超過(guò)3 h。根據(jù)東莞市內(nèi)澇防治工作要求，將中心城區(qū)淹沒(méi)水深超過(guò)0.80 m，退水時(shí)間大于3 h的區(qū)域視為內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。因此，本研究區(qū)域內(nèi)的莞太路、環(huán)城路、富民步行街、新基社區(qū)、CBD、宏偉路等區(qū)域均屬于內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其內(nèi)澇淹沒(méi)情況見(jiàn)表3。由表可知，內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的淹沒(méi)總面積達(dá)到了68.63 hm2，占淹沒(méi)面積（退水時(shí)間大于1 h）的81.58%?？梢?jiàn)，研究區(qū)大部分的地面澇水由高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域所產(chǎn)生。

通過(guò)上述分析可知，研究區(qū)在50 a一遇24 h長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨下，地表淹沒(méi)大部分由內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域所產(chǎn)生，且內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)多分布在沿新基河兩側(cè)及道路低洼地段，一方面由于沿河雨水管渠受新基河河道水位頂托作用，造成雨水系統(tǒng)排水不暢；另一方面由于城市開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大，雨水匯流速度快，道路存在低洼點(diǎn)將導(dǎo)致道路積水不易排除，最終形成內(nèi)澇。在較大降雨發(fā)生時(shí)，降雨強(qiáng)度超出雨水管渠的承載能力，傳統(tǒng)的“小排水系統(tǒng)”無(wú)法滿(mǎn)足排澇要求，此時(shí)“大排水系統(tǒng)”對(duì)于多余地面積水的排除至關(guān)重要。劉克臻等［34］研究發(fā)現(xiàn)，道路路面也可轉(zhuǎn)變?yōu)闈乘行雇ǖ?，用于排除超出管網(wǎng)承載能力的雨水。在本研究范圍內(nèi)，新基河是最主要的大排水系統(tǒng)，主干道路同樣屬于大排水系統(tǒng)的重要通道。

4 內(nèi)澇防治方案優(yōu)化研究

目前關(guān)于內(nèi)澇防治措施的研究多集中在雨水系統(tǒng)改造、調(diào)蓄強(qiáng)排以及低影響開(kāi)發(fā)等［35-36］。由于城市高度建成區(qū)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大、建筑密集等因素，雨水管渠改造難度大，成本高，而且僅依靠管渠等“小排水系統(tǒng)”難以完全解決城市內(nèi)澇問(wèn)題。結(jié)合上文對(duì)東莞市中心城區(qū)內(nèi)澇成因分析結(jié)果，提出“新基河河道拓寬整治結(jié)合道路豎向調(diào)整”等改善“大排水系統(tǒng)”排水能力的優(yōu)化方案，并分析實(shí)施效果。

4.1 方案設(shè)計(jì)

基于提高“大排水系統(tǒng)”排水能力的內(nèi)澇治理模式，研究方案包括新基河河道拓寬整治及道路豎向調(diào)整。新基河拓寬整治措施以河道設(shè)計(jì)過(guò)流能力為依據(jù)，包括上游河段整治、局部卡口改造、下游暗渠拓寬。宏偉路橋涵（里程1 000 m）改造為2孔5 m×5 m的橋涵；宏偉二路至CBD河段河長(zhǎng)700 m，將其拓寬4～6 m；宏偉七路至宏偉二路為暗渠，長(zhǎng)約650 m，對(duì)其清淤至硬底，清淤厚度約0.30 m。富民步行街暗渠部分，控制斷面尺寸為24 m×4.50 m，具體新基河河道斷面控制尺寸見(jiàn)表4。道路豎向調(diào)整措施為對(duì)環(huán)城南路雅園橋底、莞太路立交橋底低洼點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)填高，保障道路縱坡不低于0.4 %，引導(dǎo)道路積水有組織地順坡流入受納水體及調(diào)蓄設(shè)施，避免在低洼處形成內(nèi)澇積水。

4.2 效果評(píng)估

方案實(shí)施結(jié)果如圖12～14所示。由圖12可知，在50 a一遇24 h長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨下新基河峰值水位顯著降低，上游宏偉路（里程2 280 m）處峰值水位由10.83 m降低至7.57 m，低于地面高程（9.00 m），下游暗渠段（里程4 500～6 000 m）均為無(wú)壓流，沿線(xiàn)水位均未超過(guò)岸線(xiàn)高程，水安全得到保障。結(jié)合圖13可知，新基河沿線(xiàn)兩側(cè)管網(wǎng)均未超負(fù)荷運(yùn)行，充滿(mǎn)度大于1的管渠數(shù)下降45%，可見(jiàn)新基河水位下降能夠大幅度降低對(duì)管渠水流的頂托影響，提高管渠的排水通暢性。經(jīng)模型統(tǒng)計(jì)，方案實(shí)施后6個(gè)內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)（淹沒(méi)水深gt;0.15 m，淹沒(méi)時(shí)間gt;1 h）面積共減少了61.40 hm2。整體來(lái)看，研究區(qū)域內(nèi)澇總面積為22.72 hm2，相比方案實(shí)施前下降了73%。由圖14可知，6個(gè)內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域均未出現(xiàn)大規(guī)模內(nèi)澇積水現(xiàn)象，優(yōu)化方案對(duì)研究區(qū)內(nèi)澇的治理效果良好。

以上結(jié)果表明，通過(guò)改善研究區(qū)內(nèi)河、道路排水通道等“大排水系統(tǒng)”排水能力，能夠有效減小內(nèi)澇淹沒(méi)范圍，降低內(nèi)澇淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。諸如東莞市等珠三角平原城市，河流水系較多，開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大，雨水管渠改造難度高，而河流整治、道路豎向調(diào)整等措施由于其占地面積小、可操作空間大等優(yōu)點(diǎn)具有良好的可實(shí)施性。因此，保障內(nèi)河涌以及道路等主干行泄通道的排水通暢性，是解決珠三角平原城市高度建成區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害問(wèn)題的有效措施。

5 結(jié) 論

以珠三角平原城市東莞市為例，基于MIKE FLOOD平臺(tái)構(gòu)建包括MIKE URBAN、MIKE 11和MIKE 21的城市內(nèi)澇耦合模型，并提出了一種50 a一遇24 h長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)雨型用于分析東莞市中心城區(qū)內(nèi)澇積水特征，評(píng)價(jià)優(yōu)化方案實(shí)施效果。主要結(jié)論如下：

（1） 基于MIKE FLOOD平臺(tái)構(gòu)建了東莞市中心城市內(nèi)澇模擬耦合模型，經(jīng)驗(yàn)證該模型具有良好的適用性、可靠性；采用同頻分析法提出了一種50 a一遇24 h長(zhǎng)歷時(shí)暴雨過(guò)程，能夠用于長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨下的內(nèi)澇模擬。

（2） 東莞市中心城區(qū)內(nèi)澇原因主要為河道水流對(duì)管渠水流頂托嚴(yán)重且道路排水不暢，河道拓寬整治和道路豎向調(diào)整可使河道峰值水位顯著下降，管網(wǎng)溢流程度降低45%，內(nèi)澇淹沒(méi)面積減小73%，內(nèi)澇治理效果良好?；诟纳啤按笈潘到y(tǒng)”排水能力的內(nèi)澇治理模式對(duì)于珠三角平原城市高度建成區(qū)的內(nèi)澇防治是有效且可實(shí)施的。

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（編輯：郭甜甜）

Simulation and prevention of urban waterlogging in highly built-up

areas of a plain city during torrential rainTAN Qingqian1，CHENG Fashun1，GAO Yang2，CAI Shuai1，WANG Xun2

（1.Power China Zhongnan Engineering Corporation Limited，Changsha 410014，China； 2.College of Environment，Hohai University，Nanjing 210000，China）

Abstract： For urban waterlogging caused by torrential rain in highly built-up areas of plain cities，a coupling model of urban waterlogging was constructed by using MIKE URBAN，MIKE 11 and MIKE 21 based on the MIKE FLOOD platform.Taking Dongguan City in Pearl River Delta as an example，a new long-duration designed storm was proposed based on historical rainstorm events to analyze the process of urban waterlogging and characteristics of flood inundation in the central urban area of Dongguan City under 50-year designed storm scenarios.Measures to improve the drainage capacity of \"major drainage system\" were suggested，and its effectiveness was evaluated.The results showed that the main causes of urban waterlogging in the central urban area of Dongguan City were river water jacking and poor road drainage.Combining river channel widening and road vertical adjustment could reduce the overflow volume of the pipe network by 45% and decrease waterlogging area by 73%.Improving the drainage capacity of \"major drainage systems\" such as rivers and road drainage channels has a significant effect on improving the waterlogging situation.The research results can provide technical support for the management of waterlogging in highly built-up areas of plain cities.

Key words： waterlogging control；long-duration designed storm；major drainage system；hydraulic coupling model；highly built-up area；plain city

收稿日期：2023-07-15；接受日期：2023-08-29

基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（B200204033）；江蘇省環(huán)洪澤湖生態(tài)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題項(xiàng)目（HZHLAB2301）

作者簡(jiǎn)介：譚清乾，男，工程師，碩士，主要從事城市內(nèi)澇治理、水污染防治理論與技術(shù)研究工作。E-mail：835574777@qq.com