国外洪涝预警系统在我国城市的应用探讨

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【摘 要】针对我国城市洪涝频繁的严峻形势，引进国外城市洪涝与流域汛情风险预警评估系统，通过消化、吸收、改进和实例的试用，论证了其对于我国中小城市的适用性，得出了应用经验和结论，为系统进一步的二次开发和推广应用奠定了基础。

【关键词】城市洪涝 预警评估 系统 经验

【中图分类号】P333.2【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0442-01

1、前言

洪涝灾害一直是城市主要灾害之一。多年来我国许多城市不断遭受暴雨、台风等不利气候的危险，发生了暴雨淹城的情况，给当地经济和群众生命财产造成了损失[1]。针对严峻的城市防洪排涝问题，各发都给予了高度的重视，并结合实际情况制定对策，认真解决这一重要的民生问题。水利部在948项目中推荐引进英国Wallingford公司研发的“2D城市洪涝与流域汛情风险预警评估系统”（FRMFS）[2]，以期通过非工程防洪措施提高洪涝灾害预警预报的准确程度。

2、FRMFS简述

FRMFS是国外最先进的城市洪涝风险预警评估系统之一，它率先将信息技术、网络技术、水环境工程及资产管理融为一体；实时链接水文与气象数据，以内嵌的完整水文水力模型为基础，对城市洪涝灾害进行实时预报预警。它结合地理信息及复杂的地形地貌资料，采用2维洪水演进模型评估城市洪涝灾害的风险、影响范围及影响程度，帮助管理者快速准确地制订区域防汛调度或应急措施，为公共报警及事故应急措施的运用提供决策支持。系统充分应用已有的水文水动模型，甚至经验模型，综合降雨径流模块以及模型转换、经济分析等各个模块。利用Web实现不受地域限制的远程洪水调度决策；系统支持局域网及广域网内不同权限的多用户访问，远程用户也能够在线驱动水情预测模拟并发布决策信息。

FRMFS的特点之一是雷达降雨采集，它可以根据地形，对站点周围半径200km以内的降雨进行测量。传统的实时洪水预警方法注重主要河流，适用于洪水波运行时间较长的情况；而该系统可针对小河流，特别是地形险峻或者城市化程度很高的区域，洪水波的形成时间很较快情况，采用雷达技术记录降雨信息，反复地用新雷达数据进行更新迭代，在水文模型支撑下预报局部产流，为小流域或城市排水系统提供有效的洪水预警预报。

系统采用1维水力模型（城市排水管网/流域河网水力模型）确定洪水出现的位置，采用2维引擎结合地形在更详细的局部范围内真实地确定洪水淹没范围、水深及流速，实现了二个分析引擎的完美结合，为洪水风险分析和灾害评估提供准确的评判依据，使计算成果更加合理，精度更高。

3、大型城市应用情况

除了在英国本土多个城市应用了FRMFS外，比利时等国都有应用的成功案例，但这些城市的共同特点是建筑结构整体规划合理，政府在城市防洪排水方面投入的资金量大，城市地下管道和河渠排水畅通，防洪排水调度水平高。

西班牙几个城市的经济情况、城市建设和FRMFS的应用环境与我国部分城市相近。该国一直应用FRMFS并进行了二次开发。在我们的考察过程中，FRMFS研究机构负责人Eduardo Martínez先生与技术工程师Adela女士介绍了FRMFS引进应用情况，演示了马德里市的应用成果，证明FRMFS引进是成功的。

在我国，上海市于2006年引进了该系统，2008年完成试用，提交了总结报告。对其成果的评价是：需要进一步加强实践跟踪工作，在实际系统的开发和运行过程中，不断验证设计的正确性，逐步完善。显然，FRMFS在上海的应用效果并不理想。分析相关的资料，可以发现其原因主要是系统对数据的要求比较高，大型城市需要输入的各种数据量巨大，往往会因为一个离散数据或不符合的边界条件，导致方程无法收敛，运算时间过长。由于洪涝汛情风险预警的紧迫性，该系统无法满足用户对于成果时间上的要求。同时，上海地下排水管网和地面高程数据等原始资料尚不能适应系统要求。本项目原计划在杭州市应用，也是由于数据问题未能实施。可见， FRMFS在我国大型城市应用有待进一步探讨。

4、中小城市应用实例

本课题主要是在分析大型城市应用FRMFS的经验和教训基础上，重点研究我国中小城市的适用性，项目组经过三年多对系统的引进、消化、吸收和二次开发，成功地在浙江省金华市进行了试点应用，证明了在基础数据比较好的中小城市该系统是适用的。

金华市面积约2000km2，人口90余万，每年的台风、暴雨常常造成市区的洪涝灾害，主要原因有三个：一是自然条件。金华市位于金衢平原，城市地面高程与附近的河流水位接近；周边山地暴雨形成的山洪汇流快，迅速进入主城区河道。城市周围河流水位暴涨时，外围的大部分江河水位偏高，致使城区的排水泵闸不起作用，无法有效排出涝水。二是在市区发展规划时缺乏对地面和地下排涝设施的整体设计，城区蓄排涝设施标准低、能力差，河道宽度不足，设计过水流量不够，排水通道不畅。三是由于市区迅速地向周边扩展，先前的大部分市郊农田和水面已被不透水的结构覆盖，滞蓄洪水的能力基本丧失。一些原有的排洪通道被填堵，致使整个城市排涝不顺。

从以上的情况看，金华城区的状况与国内许多中小城市相似。

试点项目的输入数据有1：500的现状地形图和数字高程模型，完整的地下管网、河流和街道等实测数据，计算区域地面标高在35m～60m区间，概化节点近2874个，管网长度约79km，子集水区2715个。计算中对边界约束根据实际情况作了部分修正。软件提供方在系统内嵌入了当地的水力计算经验模型，并与系统原有模型溶合。最终计算成果与实测数据比较校验，水位、洪量、历时等误差均在5%之内，满足应用上的要求。

金华市应用FRMFS的成果特点体现在：在国内率先实施了中小城市FRMFS整套技术解决方案；集成了城市空间基础信息、灾情分析与评估、实时水雨情、工情等数据库以及分区域、分专题的综合信息管理；在应用中，成功地结合了当地的降雨量-水深模型，能有效地直接利用现有地理高程数据分析确定洪涝影响范围，并能根据不同用户的需要直观形象地展示可能发生的雨涝淹没范围、淹没水深等，定量地分析各种受洪涝影响的专题信息，预测城市雨涝蓄水量及损失程度；同时，在分析灾情现势性后，列出可能的排涝方案，代入分析模块，得到最优解决方案。

金华市引进和实施FRMFS，大幅度降低了防汛预警系统的建设成本，缩短了开发时间。系统的应用改变了全市洪涝汛情风险预警评估以手工作业为主的局面，提升该市洪涝汛情风险预警和评估的科学性、合理性和可操作性，满足了各级防汛指挥部门的工作需要，也为全市社会经济的可持续发展提供了保障。FRMFS应用存在的问题是：基础资料收集困难、约束限制条件比较多。

5、结论

FRMFS是目前国际上最先进、应用最广泛的城市洪涝与流域汛情风险预警评估系统之一，虽然在我国大型城市应用还有待于进一步研究，但实例表明，其在我国中小城市的应用是可行的。该系统不仅能应用于中小城市区域洪涝灾害的预测评估，为政府实施防汛指挥决策提供科学依据，还可应用于城市排水系统改造、新建城区排水系统的规划设计。

参考文献

[1] 戴慎志，曹凯.我国城市防洪排涝对策研究[J].现代城市研究， 2012，（01）：21～23

[2] 水利部科技推广中心.08年度水利先进技术推介会[EB/OL]. http：//www.chinawater.net.cn/zt/08tjh， 2008-04-16