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城市雨水排水系统灾害风险剖析与应对策略研究

一、引言

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

随着全球城市化进程的不断加速，城市人口数量持续增长，城市规模也在不断扩张。据联合国的数据显示，截至2023年，全球城市人口占总人口的比例已超过56%，预计到2050年，这一比例将接近70%。城市的快速发展对城市基础设施提出了更高的要求，其中城市雨水排水系统作为城市基础设施的重要组成部分，承担着排除城市雨水、防止内涝灾害的重要任务。然而，当前城市雨水排水系统正面临着诸多严峻挑战，这些挑战严重威胁着城市的安全运行和可持续发展。

全球气候变化导致极端天气事件日益增多，暴雨、洪水等灾害发生的频率和强度呈上升趋势。据世界气象组织报告，过去几十年间，全球范围内极端降雨事件的发生频率增加了20%，强度提高了10%-15%。在我国，近年来北京、武汉、广州等多个城市都频繁遭受暴雨袭击，引发了严重的城市内涝灾害。2023年7月，京津冀地区遭遇极端强降雨侵袭，多地降雨量突破历史极值，北京门头沟区最大降雨量达到了744.8毫米，远超当地排水系统的设计标准，导致城市交通瘫痪、大量房屋被淹、人员伤亡和财产损失惨重。这些极端天气事件给城市雨水排水系统带来了巨大压力，超出了其设计承受能力，凸显了现有排水系统在应对极端降雨时的脆弱性。

城市的快速扩张使得城市下垫面性质发生了显著改变。大量的自然地表被建筑物、道路等不透水地面所取代，城市绿地和水体面积不断减少。相关研究表明，城市建成区的不透水面积比例通常在60%-80%之间，有的甚至高达90%以上。这种下垫面的变化导致雨水的自然渗透和蒸发量大幅减少，地表径流系数显著增大，大量雨水迅速汇集，增加了城市雨水排水系统的负荷。例如，在一些新建的城市开发区，由于缺乏合理的规划和建设，排水设施建设滞后于城市发展速度，在暴雨来临时，常常出现严重的积水现象，影响居民的正常生活和城市的正常运转。

此外，部分城市在规划和建设过程中，对雨水排水系统的重视程度不足，存在排水设施建设标准偏低、排水管网布局不合理、排水系统老化等问题。一些城市的排水系统设计重现期仅为1-3年，远远低于国际标准（一般为5-10年，部分发达国家可达10-20年），导致排水能力严重不足。同时，排水管网的老化和损坏也使得排水效率降低，容易出现堵塞、渗漏等问题，进一步削弱了排水系统的功能。老旧城区的排水管网大多建设于几十年前，管材质量差，管径较小，且长期缺乏维护和更新，难以满足当前城市发展的需求。

1.1.2研究意义

城市雨水排水系统的安全稳定运行直接关系到城市的安全和居民的生命财产安全。频繁发生的城市内涝灾害不仅会造成交通瘫痪，影响居民的正常出行，还可能导致人员伤亡和大量的财产损失。通过对城市雨水排水系统灾害风险进行深入分析，能够准确识别排水系统的薄弱环节，提前制定有效的应对措施，降低内涝灾害发生的概率和危害程度，为城市居民创造一个安全、稳定的生活环境，保障城市的正常运行。

城市内涝灾害往往会给城市带来巨大的经济损失，包括直接经济损失（如建筑物损坏、物资损失、基础设施修复费用等）和间接经济损失（如商业中断、生产停滞、交通延误等）。据统计，我国每年因城市内涝造成的经济损失高达数百亿元。加强城市雨水排水系统灾害风险研究，提高排水系统的抗灾能力，能够有效减少内涝灾害带来的经济损失，节约城市建设和维护成本，促进城市经济的健康发展。在2012年北京“7?21”特大暴雨灾害中，直接经济损失达到了116.4亿元，而如果在事前对排水系统进行了科学的风险评估和优化改进，这些损失本可以得到一定程度的降低。

城市雨水排水系统的完善与城市的可持续发展密切相关。合理规划和建设雨水排水系统，不仅能够有效应对内涝灾害，还可以实现雨水资源的合理利用，减少城市对外部水资源的依赖，提高城市水资源的利用效率，促进城市生态环境的改善。通过建设海绵城市，采用雨水收集、储存、净化等技术，将雨水用于城市绿化、道路喷洒、景观补水等，实现了水资源的循环利用，同时也有助于缓解城市热岛效应，提升城市的生态品质，推动城市向绿色、可持续方向发展。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国外在城市雨水排水系统灾害风险研究领域起步较早，取得了一系列丰硕的成果。在风险评估方法方面，逐渐从简单的经验评估向基于模型和数据的复杂评估转变。美国环境保护署开发的暴雨管理模型（SWMM），能够对城市降雨径流、排水管网水流等进行模拟分析，通过输入不同的降雨情景和排水系统参数，评估内涝风险，该模型在全球范围内被广泛应用于城市雨水排水系统的规划、设计和管理中。欧洲一些国家则注重利用地理信息系统（GIS）和遥感技术（RS），结合水文水力模型，实现对城市内涝风险