1引言
近年来，我国城市频繁遭受洪涝灾害的影响。根据国家防办统计，2008年以来，我国每年遭受洪涝灾害的城市都在130座以上，2010年高达258座，2013年为234座。城市由于财产、人员相对集中，洪涝灾害造成的损失非常严重，如2010年浙江兰江“6.20”洪水造成兰溪市直接经济损失29.89亿元[1]；2012年北京市“7.21”洪水造成79人死亡，直接经济损失118.4亿元[2]。城市洪涝灾害防治已经成为我国防洪减灾的工作重点，分析城市洪水风险是开展城市防洪减灾工作的重要基础。城市下垫面受人工改造的影响较大，不透水地面多，雨水汇流快；大量修建的下穿道路和地下建筑，增加了积水区域；部分天然水系被人工涵洞或排水管代替，排水能力不足，甚至被完全截断。城市洪灾致灾因素多而复杂，除易受河道漫溢或溃决洪水淹没外，还容易因暴雨引起内涝，甚至两种类型洪水组合共同造成城市洪涝灾害。开展城市洪水风险分析时，需要综合考虑上述因素，方法较为复杂。目前，已有较多学者从不同角度做了相关探讨，如城市洪水的形成机理与解决策略[3-4]，利用水力学方法模拟河道洪水对城市的影响[5-8]，以及利用因子分析法对城市进行风险分区[9]，但针对暴雨引起的内涝积水或外洪淹没等各类型洪水及完整过程模拟的研究较少。本文从模拟城市降雨产流、汇流、排水，以及河道洪水漫溢等出发，考虑城市下垫面的特殊性，分析了蚌埠市不同频率暴雨情况下的洪水风险。
2研究区概况
蚌埠市位于安徽省东北部，辖怀远、固镇、五河3县，蚌山、禹会、淮上、龙子湖4区，总面积5917km2，总人口344.93万人。淮河干流自西向东横贯市区。本次研究区域为淮河以南的老城区，区域内地势低洼，自西向东分布有八里沟、席家沟和龙子河3条河流。蚌埠市地处淮河中游，汛期洪水持续时间长，水位高，内河受顶托严重，排水不畅，暴雨时极易成灾，如1950年、1954年、1956年、1965年、1972年和1991年等均发生了较为严重的洪涝灾害。
3研究方法与资料
3.1研究方法
淮河大堤在蚌埠市区防洪标准高，不会发生漫溢及溃决风险。蚌埠市的洪水类型主要为暴雨时低洼区积水、排水不畅和市区河流造成的洪水淹没。基于这个特点，利用水文模型分析暴雨产流情况，二维洪水演进模型分析雨水在低洼区的积水和河道洪水的漫溢、排水管网和泵站的排水。
3.2数据
本研究应用的数据主要有地形数据、工程数据和水文数据3类。地形资料为20世纪80年代1∶10000地形图，主要包括高程点、等高线数据及水系、道路、交通和居民区等基础地理资料；工程数据为蚌埠市防洪圈堤、涵闸和泵站等工程的特征参数，以及针对工程的调度方案，由蚌埠市防汛抗旱办公室提供或引自《蚌埠市防洪规划》（1996）；水文数据为蚌埠市24h降雨均值、Cv值和Cs值及24h的暴雨时程分配，八里沟、席家沟和龙子河3条河流的设计洪水与洪水过程，张公山大塘和龙子湖的水位-面积-容积关系曲线，均引自《蚌埠市防洪规划（》1996）。
4建模与风险分析
4.1模型建立
模型的建立主要包括计算范围划定、网格剖分、高程设置、降雨模型数据的输入、边界条件与初始条件的设置和工程调度条件等步骤。4.1.1计算范围与网格剖分选择中心城区作为研究区域，并根据研究区的下垫面特点，以防洪圈堤、道路等阻水建筑物作为模型外边界，控制计算范围。模拟范围内综合考虑内河堤防、公路、铁路等阻水建筑物的影响。将市区南以防洪圈堤，西、北和东以主要道路为界作为模型的外边界，控制计算范围。以堤防、公路、铁路等阻水建筑物为内边界，选用不规则四边形，以20m的尺寸剖分网格，网格总数157835个，图1为研究区范围和剖分后的网格。4.1.2高程设置剖分后的网格由两种类型的边组成，普通边、边界边。边界边包括内边界边和计算域界。单元和普通边元的高程值选用1∶10000的高程点和等高线资料插值生成。边界边按堤防和主要道路的实际高程设置。市内席家沟上的张公山大塘和龙子河上的龙子湖由于无湖底高程资料，高程按水位-面积-容积曲线设置。4.1.3降雨模型设置水文模型的设置主要是输入降雨过程和水文模型的参数。降雨过程按降雨分区输入，设为八里沟、迎河-张公山大塘-席家沟、沿淮和龙子湖4个降雨分区，同一降雨分区内所有网格的降雨值相等，分别选用10%、5%、2%、1%降雨频率的24h降雨量。不同降雨频率的24h降雨量见表1。研究区域位于淮河南岸，汛期时雨水多，按前期土壤湿润程度等级划分，选为湿润（AMCIII）。蚌埠市主要为黄棕壤土，土壤类型为D类。研究区域除两个湖泊外，主要为城市居民区和商业区。基于上述土壤特性和土地利用，设湖区CN值为100，其余区域CN值为90。4.1.4排水模型设置将研究区划分为38个子排水区。分别输入子排水区的设计排水能力、等效管网容积、排水泵的设计排水能力，对于抽排龙子湖和张公山大塘两湖泊洪水的泵站，输入排水泵启用的控制水位，分别为17.5m和19.5m。4.1.5水动力模型的初始边界条件设置初始条件为八里沟、席家沟和龙子湖的初始水位；边界条件为淮河和3条河流在边界处的洪水过程，假设淮河处于高水位，设为恒定值22.05m（2003年最高洪水位），3条河流分别选用10%、5%、2%、1%洪水频率的洪水过程，并假设3条河流洪水是由当场降雨引起的，各河流的洪峰流量和进洪总量见表2。4.1.6涵闸设置八里沟入淮河的涵闸打开，依靠自排。沿八里沟的排涝涵闸关闭，席家沟和龙子湖入淮河涵闸关闭，依靠泵站强排。
4.2洪水风险分析
在运算过程中，程序保存了各个网格的最大积水水深，即为蚌埠市不同降雨频率的洪水风险，见图2。由图2（a），发生10%频率降雨时，八里沟西侧沿城市圈堤和八里沟沿友谊排涝站处城市圈堤，以及沿淮路与解放一路和解放二路交界处，大庆路与东海大道和兴中路的交界处，胜利路与解放路立交桥下等发生积水。由图2（b），发生5%频率降雨时，积水地点与图（2a）基本相同，但发生积水的范围增加。图2（a）和图2（b）反映，城市洪水风险主要由积水造成，且积水深度不大。由图2（c），发生2%频率降雨时，除上述区域发生积水外，还在八里沟东侧、席家沟西侧、龙子湖周围和龙子湖排涝泵站处发生成片积水,八里沟和席家沟之间沿城市圈堤的淹没区域向北延伸。图2（d）的积水地点与图2（c）基本相同，但发生积水的范围增加。图（2c）和图（2d）反映，城市洪水风险除由积水造成外，席家沟和龙子河周围还发生了河道漫溢。
5结论
蚌埠市的洪水风险主要为区间暴雨时低洼区积水和排水不畅引起的积水。基于这个特点，本文提出了水文、水力学和城市排水3类模型耦合的城市洪水风险分析模型，考虑泵站、涵闸等工程的调度，对蚌埠市不同频率暴雨产流、汇流、排水和洪水演进等模拟，分析了蚌埠市洪水风险。得出如下结论：（1）蚌埠市在发生不同频率降雨时积水和淹没区域基本相同，分布在沿河、沿湖周围，以及市内沿淮路、胜利路等低洼区域和市内的立交桥下。（2）淮河高水位顶托对市区洪水影响明显。席家沟和龙子河因上游洪水不能及时排出，仅靠泵站的抽排，容易造成内湖洪水位升高，淹没周边地区。（3）蚌埠市在发生10%和5%频率降雨时，低洼区域易积水，部分区域因排涝不及时，也容易发生积水；在发生2%和1%频率降雨时，除上述区域外，席家沟和龙子河周边容易发生漫溢。由于使用的地形图较早，部分区域的下垫面条件已经发生了较大的变化，并且模型的模拟工况设置为淮河高水位，且市区内河流洪水与降雨同时发生，洪水风险分析偏危险，与实际情况将有一定差别。
作者：张念强 马建明 邱沛炯 陈月华 李开峰 单位：中国水利水电科学研究院 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心
