基于MIKE FLOOD耦合模型的城市中心片区内涝分析

范庆元 程定谱

摘要：本文通过建立MIKE FLOOD耦合模型，得到内涝淹没深度、淹没范围、淹没时间等关键信息，分析内涝严重程度;并结合治理方案验证内涝治理效果，最后得出MIKE FLOOD耦合模型能够为内涝治理提供理论支撑的结论。

关键词：MIKE FLOOD耦合模型;内涝治理;淹没

随着城市基础建设的日趋完善，城市下垫面情况逐渐发生变化，混凝土等不透水面积逐年增加，导致雨水径流增大，城市内涝日益严重。李品良等指出，目前我国各地城市排水标准普遍偏低，应当对其运行能力进行评估，找出管网中存在溢流情况的节点进行改造，已成为城市防洪排涝的关键所在[1]。而通过扩增雨水管网，利用雨水管网将上游场地的积水输送至下游，虽然解决了场地积水的问题，但在汇流过程中产生的洪峰流量能在河道中不断地迅速叠加，从而将雨洪压力转嫁到下游[2]城市下游河道洪峰流量增加、水位增高必将导致雨水管网顶托排水不畅，进一步加大内涝风险。

本研究以深圳某片区为例，通过构建城市河流水系模型（MIKE11）、雨水管网模型（MIKE URBAN）、城市二维地形模型（MIKE21），利用MIKE FLOOD模型平台进行耦合，分析100年一遇降雨下城市积水点，结合内涝严重程度，提出管网扩建、空间调蓄、海绵城市建设等综合措施解决城市内涝问题。

1.模型建立

MIKE11模型由河网文件、断面文件、参数文件、边界文件、模拟文件等主要部分组成，如下图所示。模型建立时输入主要边界包括汇水区参数、降雨、下游水位、河道基础参数等，得到城市河流暴雨洪峰水流模型。

MIKE Urban模型主要利用研究区域的管网数据信息搭建流域内给排水管网模型。本次根据实测1：1000地形图、雨水管网物探资料，以排口为单位划分汇水分区，并制作成矢量文件导入MIKE Urban中，使用集水区自动划分工具进行子集水区的划分。

MIKE21模型主要为二维地形处理，利用1：1000地形图提取地形地貌信息等。

利用MIKE FLOOD模型平台在同一个地理坐标系统下加载MIKE11文件、MIKE21文件、MIKE Urban文件，形成动态耦合模型系统，分析片区100年一遇降雨下城市内涝情况。

本次所采用的MIKE系列软件因各模块的研究范围、研究目的和所需资料等各不相同，故对各模块单独进行率定和验证。通过与周边已有河流模型数据比较，本次模型模拟的成果与现有成果趋势、峰现时间、洪峰及总量基本一致，因此认为模型成果可用。

2.内涝分析

根据《深圳市内涝防治完善规划》中内涝防治标准要求：近期（至2025年）：城市内涝防治设计重现期为50年，重点地区内涝防治重现期为100年;远期（至2035年）：城市内涝防治设计重现期为100年。本次研究片区位于深圳市中心区，属于重点地区，且为城市密集建成区，内涝防治设计重现期为100年。

本次研究片区，面积0.95平方千米，其中建成区约0.81平方千米，绿地等生态区域面积约0.14平方千米。片区高程在4.3～9.0m之间，通过地形分析可知，北侧地势较高，中东部地势较低，东侧和南侧的地形为明显低洼点，平均低于中西部汇水区域0.5-1m，且区域内局部有低洼点。片区现状管渠系统建设较为完善，主干道两侧均铺设有两条雨水管道，小区支路大部分均有一条雨水管，片区雨水管管径DN300～DN2000及雨水箱涵1.3m×1.5m等，根据排口溯源，该区域共包含4处汇水分区。

100年一遇暴雨排口对应全流域模型的河道水位工况下，通过MIKE FLOOD耦合模型，得出片区现状洪水淹没水深图，如下图。其中A处最大淹没深度0.43m，淹没面积3375m2;B处最大淹没深度0.45m，淹没面积3000m2;C处最大淹没深度0.86m，淹没面积3560m2;D处最大淹没深度0.638m，淹没面积3175m2。

按照不同的淹没深度和淹没时长划分风险等级：淹没水深大于0.15m且淹没时长超过30分钟为风险等级1;淹没水深大于0.3m且淹没时长超过30分钟为风险等级2;淹没水深大于0.5m且淹没时长超过30分钟为风险等级3;淹没水深大于0.75m且淹没时长超过30分钟为风险等级4。通过下图风险图可知，该片区存在两个3级以上风险积水点：C处与D处，如下图。

3.治理方案及效果评估

由于该片区为密集建成区，实施大范围工程措施难度较大，因此本次治理方案将范围内雨水管渠按10年一遇标准进行复核设计，并将小区及道路两旁绿化带进行海绵化改造，在可利用的小区公园等空地建设空间调蓄设施。

通过以上措施，再次利用Mike flood耦合模型进行模拟，得出洪水淹没水深图，通过措施实施前后对比图可知，该片区通过防治措施内涝风险绝大部分得到解决。但C处局部仍存在低风险，主要由于该处地势较低，且周边为密集建成区，可采取的工程措施较少，建议该区域通过建设排涝泵站解决该处内涝风险。

4结论

Mike flood耦合模型能够通过对河流、管网、地形地貌系统分析找出城市内涝原因，并得出淹没深度、淹没范围、淹没时间等信息，为内涝治理提供理论支撐。通过研究，该片区内涝原因主要为地势低洼及管网过流能力不足，通过扩管、海绵城市改造及增加空间调蓄等措施可以有效解决内涝风险。

参考文献：

[1]李品良，覃光华等.基于MIKE URBAN的城市内涝模型应用[J]水利水电技术 2018，49（12）：11-16

[2]孙喆.北京中心城区内涝成因[J]地理研究 2014（9）：33

[3]王成坤，黄纪萍，王俊佳.基于MIKE FLOOD模型的城市排水能力评估与内涝综合治理方案研究[J]排水防涝与管网规划建设

[4]陈彩虹，刘卉芳等.基于MIKE FLOOD 耦合模型的道路工程内涝分析[J]水利规划与设计1672-2469.2019.06.030

[5]陈倩云，余弘婧等.当前我国城市内涝问题归因分析与应对策略[J]华北水利水电大学学报（自然科学版）2019，40（1）：55-63

作者简介：范庆元（1991-）男，籍贯：河北邢台，研究生，土木工程（给水排水工程）专业。