临邑县城区典型易涝点致灾阈值及风险评估

1. 引言

城市内涝灾害由于气候变化、城市化进程加速等原因日益严重。研究临邑县城区典型易涝点的致灾阈值并进行风险评估，不仅有助于了解区域内的水涝灾害风险，还能为城市管理者提供科学的应急决策依据，提升应对暴雨涝灾的防范能力，更能为未来城市排水系统的规划和设计提供科学依据，减少灾害损失，提高防灾减灾能力。临邑县地处鲁北平原，地形平坦，地势南高北低、西高东低，自西南向东北缓缓倾斜，西南部最高海拔 20.5 米，北部最低海拔 12.9 米，东西最大高差 3 米，地表径流滞缓，尤其是城区内分布的河间浅平洼地、背河槽状洼地等微地貌单元，易形成内涝。境内河流如徒骇河、 马颊河等属 原泄水河道，汛期外河水位上涨易对城区排水形成顶托效应，加剧内涝风险。此外，城区地下水位较高，土壤以粘质砂土和淤泥层为主，透水性差，进一步阻碍雨水下渗。

临邑县的气候特点属于暖温带半湿润气候，夏季降水集中，且降水强度较大。由于城区排水设施的规划建设存在一定滞后，暴雨天气常常导致内涝问题，严重影响市民的生产生活。在这种地貌特征下，部分低洼地带成为易涝点，易涝灾害的发生不仅与地貌特点密切相关，还受到气候变化和城市化进程加速的影响。本研究的目标是确定临邑县城区典型易涝点的降雨致灾阈值，并构建易涝点的风险等级体系，提供针对性防涝措施的科学依据。

2. 研究方法

2.1ArcGIS FloodArea 模型的应用

Floodarea 模型主要用于模拟暴雨后城区的地表积水情况。FloodArea 淹没模型是由德国 Geomer 公司开发的水动力模型，以模块的方式与 AcrGIS 实现无缝集成，使用二维非恒定流水动力模型，计算洪水淹没范围和淹没深度，而其中的暴雨模式，可以实现对一次暴雨洪涝灾害过程进行模拟，如图一所示 [1]。

该模型基于水动力原理，一个栅格周围包括 8 个单位，通过 Manning-Stricker 公式计算对周围栅格的汇入量，设定相邻单元流量

长度相同，对角线位置的单元，以不同的长度算法计算，其每个时次均能生成相应的淹没范围和水深，并以格点的形式展示 [2]。选用

floodarea 模型中的暴雨模型，即假设洪水是由降雨径流引起的。利用 DEM 数据构建城区数字高程模型，对高程数据进行平滑处理，并通

过填洼操作消除小区域误差，确保水流方向和地表排水流畅 [3]。设定 Floodarea 模型中的降雨强度和降雨历时参数，以模拟积水的变化过

程。将降雨情境数据与地形模型结合，启动Floodarea 模型进行模拟，输出逐时段下的积水深度图。Floodarea 模型输出的积水深度图中，

选择积水深度大于0.3 米的区域作为典型易涝点候选，然后进一步与历史积水数据对比，确认积水深度较大的区域为城区典型易涝点 [4]。2.1 数据收集与预处理

受副热带高压边缘低涡切变线影响，2022 年 7 月 11 日 18 时到 12 日 09 时，临邑县出现大暴雨天气，并伴有雷雨大风等强对流天气，且此次强降水与前期降水区域重叠，需更加关注并防范城乡积涝。据统计，2022 年7 月11 日18 时到12 日09 时，临邑县全县平均降水量143.4 毫米，最大降水量出现在临盘为163.6 毫米。

图 2（左）2022 年 7 月 11 日 18 时至 2022 年 7 月 12 日 09 时临邑县降水实况图（单位：mm）图3（右）2022 年7 月12 日02 时至07 时临邑县逐小时降雨量

首先，获取临邑县城区（DEM）数据进行栅格化处理，包括地势低洼区域的识别和地形坡度的计算。地形数据可以帮助分析水流方和流域分布，确定易积水的区域。降水数据选取2022 年7 月12 日临邑县的一次强降水过程（02 时至07 时）。

3. 研究结果

运用 Floodarea 模型模拟，步长选取为 1h，所得结果如图 4 所示，其中图 4a 模拟时效是 01:00—02:00，图 4b 为 02:00—03:00，图4c 为 03:00—04:00，图 4d 为 04:00—05:00，图 4e 为 05:00—06:00，图 4f 为 06:00—07:00。由图 4 可以看出，洪涝灾情从 03:00 以后才开始趋于明显，而在 06:00 以后灾情越趋严重，到 07:00 达到顶峰，这种变化趋势与面雨量的变化趋势基本一致，即雨量是影响洪涝水位高低的主要原因; 在05:00—06:00，面雨量超过了40mm，模拟的积涝灾情明显增加，即短时强降雨容易产生城区积涝。

.01:00-02:00;b.2通过 Floodarea 模型模拟降雨，结果表明在降雨强度超过 30 毫米 / 小时、历时超过 1 小时的暴雨条件下，城区易涝点积水深度显著

超过致灾阈值，易对行人和车辆通行构成威胁。在分析降雨量和积水深度的关系后，确定典型易涝点的积水致灾阈值为 0.3 米。降雨积涝

高风险区域主要集中在地势低洼处、人口密集区和排水系统薄弱的区域，例如兴隆街与迎宾路交叉口、明德广场东北角、泰平新村（师范

附小对面）、县政府门口等；中风险区则为次低洼和主干道路区域，例如永兴大街东西段，广场大街中段，苍圣大街中段，开元大街东段，

迎宾路大牛（城标）一段，花园路中段（新广场东边）；低风险区域分布在地势较高的区域。3.2 致灾阈值的确定方法及风险评估模型的构建

致灾阈值指在特定降雨条件下，区域积水达到威胁人身安全或设施运转的临界值。利用 Floodarea 模型模拟历史降雨情况和历时下的城区积水情况，识别积水深度较高的区域，初步确定城区典型易涝点，并对易涝点的积水深度进行量化分析，将积涝风险等级划分为 5 个等级，如表 1 所示 [7]。依据城市交通、基础设施的耐受标准，设定 0.3 米为行人和车辆通行的积水致灾阈值。对于地下设施或关键建筑周边，阈值可能会设定更低。在 Floodarea 模型的降雨历时下，记录易涝点积水深度的变化。分析得出不同历时下，临邑县城区易涝点积水深度超过 0.3 米的情境，从而确定典型降雨量的致灾临界值 [8]。风险评估采用风险矩阵法，将降雨强度、积水深度、历时和排水能力作为主要参数，通过风险矩阵的组合计算，形成城区内涝风险等级。将积水深度划分为轻度（0-0.3 米）、中度（0.3-0.5 米）和重度（>0.5 米）等风险等级。以降雨强度和积水深度为主要因子构建风险矩阵，不同降雨强度下的积水深度对应不同的风险等级。

4. 未来研究方向及研究局限与展望

在本研究中，ArcGIS 中的Floodarea 模型为临邑县城区易涝点的识别与风险评估提供了科学工具，但也存在一定的局限性和改进空间。首先 Floodarea 模型对地形数据的精度要求较高，细微的地形变化会对积水分布产生较大影响，后续可以通过更高分辨率的 DEM 数据或无人机航拍获取精细化地形信息，以提高模拟精度。Floodarea 模型主要基于地表积水的模拟，而实际情况下，地下排水管网的排水能力对积水的形成和消退影响显著 [9]。未来可以结合城市排水管网数据，使用 SWMM（暴雨水管理模型）等软件对地表和地下水流进行联动模拟，以增强结果的准确性，同时结合实时气象数据和传感器监测数据，构建临邑县城区动态积水预警平台，为管理部门提供实时监控和预警能力。再根据不同暴雨情境下的积水预测结果，制定分级的内涝应急预案，包括应急排水、人员疏散、交通疏导等措施，为突发涝灾提供行动指导 [10]。

本研究假设降雨强度为均匀分布，但实际暴雨常呈现出时段性变化。后续研究可以将暴雨时段的强度变化引入模型，以更真实地反映积水形成过程。随着城市建设发展，城区土地利用结构和不透水面积比例不断变化，可以利用 Floodarea 模型对改造前后的易涝点积水情况进行对比分析，量化改造工程的效果，并为进一步防涝工程优化提供依据。同时提高低洼区域的排水设施能力，必要时增加应急泵站，提升排水能力；安装积水深度传感器，实时监测易涝点积水情况；通过预警信息发布、宣传教育等手段，增强市民对涝灾的防范意识。定期更新土地利用数据，并模拟不同开发情境下的易涝风险，可为城市规划提供前瞻性指导[11]。

5. 结论

本研究基于 ArcGIS 中的 Floodarea 模型，对临邑县城区的典型易涝点进行了致灾阈值和风险等级的评估。研究结果表明，降雨强度和地势低洼是城区易涝的主要原因，在降雨强度超过 30 毫米 / 小时、历时超过 1 小时，积水深度会超过 0.3 米，易对行人和车辆通行构成威胁，易造成显著的涝灾风险。本研究的结果对防涝规划和风险管理具有重要的应用价值，未来可以通过多模型联动、实时监测和动态评估等手段进一步提升对临邑县城区内涝灾害的防范能力。

参考文献：

[1] 谢五三 , 吴蓉 , 丁小俊 . 基于 FloodArea 模型的城市内涝灾害风险评估与预警 [J]. 长江流域资源与环境 ,2018,27(12):2848-2855.

[2] 邓 国 卫 , 孙 俊 , 徐 沅 鑫 , 等 . 基 于 FloodArea 模 型 的 成 都 主 城 区 内 涝 风 险 评 估 [J]. 气 象 科 技 ,2024,52(02):265-276.DOI:10.19517/j.1671-6345.20230225.

[3] 常倬林 , 崔洋 , 缑晓辉 , 等 . 基于 Floodarea 的石嘴山市暴雨山洪灾害风险影响区划 [J]. 自然灾害学报 ,2021,30(04):191-202.DOI:10.13577/j.jnd.2021.0421.

[4] 王娜 , 雷田旺 , 肖舜 , 等 . 基于 Floodarea 模型的暴雨洪涝灾害风险预评估技术及效果检验 [J]. 中国沙漠 ,2022,42(06):25-32.

[5] 楚丹丹 , 张琦 . 基于 Floodarea 模型的新源县则克台流域暴雨洪涝灾害临界雨量研究 [J]. 新疆农垦科技 ,2021,44(02):51-54.

[6] 旷兰 , 田茂举 , 康俊 , 等 . 基于 Floodarea 模型的一次特大暴雨洪涝淹没模拟 [J]. 中低纬山地气象 ,2023,47(02):24-29.

[7] 薛 丰 昌 , 朱 一 晗 , 顾 人 颖 , 等 .Floodarea 模 型 的 城 市 内 涝 可 视 化 数 值 模 拟 [J]. 测 绘 科 学 ,2020,45(08):181-:10.16251/j.cnki.1009-2307.2020.08.027.

[8] 邓汗青 , 田红 , 方茸 , 等 . 合肥市城市典型易涝点致灾阈值确定及其风险评估 [J]. 暴雨灾害 ,2017,36(05):482-487.

[9] 张连成 , 余行杰 , 邵伟玲 , 等 . 基于不同数据的新疆山洪淹没模拟及致灾阈值分析 [J]. 高原气象 ,2020,39(01):80-89.

[10] 朱一晗 . 基于 FloodArea 模型的宁波市鄞州区城市内涝模拟及应用研究 [D]. 南京信息工程大学 ,2019.DOI:10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000603.

[11] 陈慧忠 , 汪博炜 , 黄锋 . 基于 FloodArea 淹没模型的一次暴雨过程洪涝灾害模拟 [J]. 广东气象 ,2019,41(01):40-42.