1基于模型的内涝原因分析 1.1主要的现状问题 一般情况下，造成城市内涝的主要原因包括自然原因和人为原因，其中人为原因主要包括3个方面： 城市发展方式； 城市排水设施自身问题或者彼此间衔接关系不合理； 城市日常管理缺位。 具体来说： ①自然原因主要是气候问题，如极端暴雨事件增加和暴雨强度增强； ②城市发展方式的问题反映在城市下垫面硬化比例增加、城市竖向不合理、城市河湖减少等方面；
1基于模型的内涝原因分析
1.1主要的现状问题
一般情况下，造成城市内涝的主要原因包括自然原因和人为原因，其中人为原因主要包括3个方面：
城市发展方式；
城市排水设施自身问题或者彼此间衔接关系不合理；
城市日常管理缺位。
具体来说：
①自然原因主要是气候问题，如极端暴雨事件增加和暴雨强度增强；
②城市发展方式的问题反映在城市下垫面硬化比例增加、城市竖向不合理、城市河湖减少等方面；
③城市排水设施自身问题或者彼此间衔接关系不合理反映在：城市排水防涝设施能力不足、管道系统收集能力与排除能力不匹配、城市排水防涝设施之间能力不匹配、以及排水管道与下游河道不匹配导致管道受下游受纳水体顶托排水不畅、城市外部客水没有有效拦截进入城市建设区等方面；
④城市日常管理缺位反映在日常管理不到位和应急管理措施不到位等方面。
1.2利用模型辅助分析内涝原因
对于自然原因、城市发展方式和城市日常管理等问题，可以通过GIS等手段进行统计分析，利用模型辅助主要应用于分析城市排水设施自身问题或者彼此间衔接关系不合理。
（1）城市排水防涝设施能力不足分析。
利用数学模型可以分析管道能力对于积水的影响，如图1所示，在利用现状模型和规划模型2种模型进行模拟后，可以得到管道改造后积水变化情况。通过结果分析可以发现，该内涝积水点的主要积水原因是管道能力不足，在管道能力提高后，积水量由86 057 m3减少到6862 m3，减少了超过90%，积水问题得到很大缓解。
图1某积水点管道改造前后积水情况
（2）管道系统收集能力与排除能力不匹配分析。
由于城市雨水系统建设时，道路雨水收集系统仅考虑道路本身产生的雨水收集，而没有考虑周边小区的雨水收集。周边小区的雨水应通过自身的雨水系统进行收集，然后通过小区雨水干线排入市政雨水干线。但是在实际建设过程中，很多小区没有建设雨水排除系统，小区内雨水通过坡面流直接排出小区进入市政道路。由于市政道路的雨水收集系统无法及时收集这部分雨水，将会导致积水。利用数学模型可以快速对这一情况进行分析，并明确由于雨水收集系统所导致的积水量。如图2所示，通过结果分析可以发现，该内涝积水点的主要积水原因是雨水收集系统和排除系统不匹配，在管道收集能力和排除能力匹配后，积水量由9953 m3减少到1005m3，减少了接近90%，积水得到很大缓解。
图2某积水点管道收集与排除能力匹配前后积水情况
（3）城市排水设施之间能力不匹配分析。
城市排水设施包括管道、泵站等多种设施，设施之间由于能力不匹配也会导致排水不畅的情况，特别是泵站强排系统。如表1所示，某市在现状排水管道和泵站能力下，如果不改造管线，仅仅提高泵站能力使之
与管道能力匹配，内涝风险区面积下降了80%，积水问题得到很大缓解。
（4）排水管道与下游河道不匹配问题分析。
利用数学模型可以分析下游河道水位对于积水的影响，如图3所示，在利用不同河道水位的模型进行模拟后，可以得到河道水位降低后积水变化情况。通过结果分析可以发现，该内涝积水点的主要积水原因是下游河道顶托，在河道水位下降不再顶托后，积水量由18624m3减少到3275 m3。
图3某积水点受下游河道水位影响积水情况
2现状雨水管渠系统提标改造
2.1改造原则
进行现状雨水管渠系统改造应以现状模型评估结果为基础，尽量不对现状管道进行改建和废除，采用的工程措施使用顺序为：
首先采用分流、串联等方式在工程量较小的模式下进行改造；
然后采用调蓄进行改造；
最后采用增加雨水管道或者翻建方式进行改造。
同时，应在改造方案制订过程中充分应用模型进行评估分析。
2.2改造方案制定步骤示意
第一步，分析现状管道整体情况，找到需要改造的管线区域。如图4a中浅灰色的管线就是不需要改造的管线，深色为需要改造管线。
第二步，分析待改造管线周边管线的情况，将需要改造的管线与不需要改造的管线联通，分流一部分水量，充分利用所有各管道能力。如图4b中所圈范围内管线就可以进行南北联通，以充分利用北侧管道富裕的能力。
第三步，分析周边用地情况，寻找在绿地或者开敞空间建设雨水调蓄池（见图4c）。
第四步，新增或者改建雨水管道，当顺向的几条道路管线均不满足要求时，可选择其中1条较好实施的道路新增1条较大管线，将几条道路串联，分段截留入新增管线，以减少施工难度。如图4d所示，南北向3条道路管线均不满足要求，规划选择其中1条道路新组建1条大型管道，并分别在东西向道路上进行联通，使得3条南北向道路改造后均能满足要求。
图4雨水管道改造步骤
3下凹式立交桥等重点积水区域分析
3.1辅助标准确定
城市下凹式立交桥是重要的内涝积水点，为了进行立交桥的整治，需要首先确定立交桥改造的规划标准。由于立交桥改造牵扯高水系统、低水系统、高水系统是否封闭（客水拦截）等多方面因素，为了合理确定标准，可利用规划模型辅助区分不同组合情景的积水情况。表2为某工程根据不同情景积水模拟后得到了最终内涝标准。
3.2辅助划定客水范围
在立交桥改造时，进行客水拦截是必要的规划对策，这首先需要合理分析客水区，在规划中利用二维漫流计算结果，分析地表流动，并结合现场踏勘，综合确定客水范围。
3.3辅助制定客水拦截方案
明确客水区后需要制定客水拦截方案，但是考虑到道路的交通功能，客水拦截不能完全在道路内解决，需要在周边选择区域进行拦截，通过模型分析可发现客水流向，明确客水拦截措施的具体位置。
3.4实施效果分析
通过模型分析，可以评估规划方案（情景1）的实施效果，以及分期实施效果（情景2、情景3、情景4），见表3。
