城市轨道交通内涝风险评估及实践
近年来，国内城市轨道交通运营线路数量和长度逐年迅速增加，已成为部分大城市的主要市内交通工具。由于城市轨道交通的特殊性（主体大多位于地下、人流量大等），一旦发生涝水倒灌，轻则停运，影响城市交通和民众出行，重则造成巨大的财产损失，甚至危害人民生命安全。郑州、广州、深圳、长沙、昆明、南宁、成都等城市轨道交通均出现过强降雨引起的涝水倒灌问题，其中2021年7·20郑州地铁五号线重大人员伤亡事件，受到全社会严重关切。2022年7月1日，交通运输部发布关于修订《城市轨道交通初期运营前安全评估管理暂行办法》的通知，明确要求城市轨道交通工程开展初期运营前安全评估时，应提交工程项目防洪涝专项论证报告。提前识别轨道交通内涝风险，并进行预防预控是非常有意义和必要的。
然而，目前开展轨道交通内涝风险评估存在无明确的评估标准，缺乏具体的评估实施指导文件等现实问题。本文将从评估标准、评估实施等方面开展城市轨道交通内涝风险评估的系统研究，并给出评估案例，以期为同行从业者提供经验参考与借鉴。
01评估标准与评估实施
1.1 评估标准
评估对象是指发生城市内涝时，涝水可能倒灌进入并进而对城市轨道正常运行造成影响的轨道交通设施，包括城市轨道交通车站出入口（含消防出入口、无障碍电梯、物业连接口等）、风亭、区间风井、地上与地下衔接的敞口段、出入场线等口部设施及独立设置的变电所和控制中心、车辆基地（包括车辆段和停车场）等。防淹标高是评估对象可进水处（口部）的最低高程，若设有防淹设施，则为防淹设施顶部高程。对于运营阶段线路，需注意考虑其应急防汛措施对评估对象及其防淹标高的影响，如出入口加高防淹挡板或抬高出入台阶、风亭抬高通风口位置、辆段开口部设防水挡板或防水墙、提高易浸水设备安装平台的高度、安装全封闭防水门或柔性闸门等。
城市轨道交通内涝风险评估标准应基于轨道交通防淹标高设计标准制定，但目前暂无统一的防淹标高设计标准。根据国内相关设计标准梳理研究（见表1），部分城市轨道交通防淹标高设计主要以防淹高度或内涝水位加安全超高进行控制。
结合设计经验，考虑城市发展较快，地面竖向变化较大，极端天气发生频率较多，城市轨道交通内涝风险评估应以安全为重，其选用的暴雨重现期不应低于线路所在城市内涝防治重现期，防淹标高需保证在风险评估最高内涝水位的基础上尚有一定的安全超高才能判定为基本无内涝风险。
1.2 评估实施
1.2.1 评估方法
为保证评估结果可靠，城市轨道交通内涝风险评估应采用数学模型法进行内涝风险评估，可重点结合历史灾情法辅助评估。
数学模型法是借助于GIS技术、计算机技术和测绘技术，建立地形模型、降雨模型、排水模型和下垫面模型，模拟内涝在发生的情景，是一种高精度、可视化、动态的内涝风险评估方法。数学模型法能直观、高精度地反映一定概率的致灾因子导致灾害事件的影响范围与程度，能高精度地反映灾害风险的空间分布特征。但该方法的不足在于对区域地理资料和排水资料要求高、计算复杂、工作量大。
历史灾情法是基于历史灾情数理统计的内涝灾害评估方法。该方法虽然思路清晰、计算简单，不需要详尽的地理数据，但要求有长时间序列的历史灾情数据资料，一般城镇难以获得。且这种方法评估结果是区域性风险，不能反映灾害风险的空间差异，不适合在小尺度区域的评估。
考虑到城市轨道交通内涝风险评估的特殊性（防护对象占地面积小、精度要求高等），宜将数学模型法作为主要的评估方法。同时，因数学模型法采用的是机理模型，以实现仿真效果，受限于资料精度等原因，给出的结论存在一定局限性，为克服数值模型模拟自身局限性及单一方法的片面性，在数学模型法评估的基础上，宜结合历史灾情法，根据防护对象所在城镇历年易渍水信息、防内涝条件等定性判断，综合分析给出内涝风险评估结果。
1.2.2 评估流程
评估工作大致可按评估标准确定、信息收集梳理、模型初评估、综合研判、口部达标性评估、风险应对建议等6步开展，如图1所示。
图1 评估流程
评估标准确定：根据相关标准及所在城市的实际情况，确定暴雨重现期、设计雨型、安全超高等重要评估参数。
信息收集梳理：主要包括线路设计图纸、所在流域基础信息（如下垫面分布、地势高程、排涝系统建设现状等）、水文信息（如历史降雨、流量水位、城市内涝相关信息等）。
模型初评估：采用数值模型模拟评估标准对应暴雨重现期下的线路积水情况。对地形高程、管网、地物地貌进行概化，并代入重现期对应的当地设计暴雨雨型、水位条件、排水设施调度规则等，率定后得到评估对象内涝风险模拟结果。
表1 国内相关设计标准梳理注:①防淹高度指口部标高与室外地面设计高程的差值；防淹设计基准标高指车站、区间、车辆基地、主变电所等部位室外设防水位、现状标高、规划标高三者中的最大值。②风亭指车站风亭，为车站的通风设施，根据通风功能的不同分为新风亭、排风亭和活塞风亭。
综合研判：在模型初评估基础上，宜综合历史内涝灾情、地形、场坪高程论证报告、排水系统等资料信息，并结合现场调查，对评估对象采用多角度、多方法进行潜在内涝风险分析，给出评估对象内涝风险结论。
口部达标性评估：在综合研判给出内涝风险评估结论的基础上，进一步分析存在内涝风险的评估对象口部是否满足安全超高要求，识别存在内涝风险的口部。
风险应对建议：根据风险判别结果，给出相应的工程类及非工程类风险应对措施建议。
02实践案例
2.1 评估线路概况
2.1.1 线路简介
SY线路为在建线路，位于武汉市，全长12.489km。线路走向见图2。
图2 线路走向及评估对象分布
2.1.2 评估对象及口部
该线路评估对象总计11个，包括8个地下车站，1个区间风井，1个停车场，1个主变电所，口部个数总计224个。评估对象及口部情况见表2。
表2 评估对象及口部情况2.1.3 周边建设情况整条线路均位于建成区，周边已完成开发，现状主要用地为居住用地、公共管理与公共服务用地和交通设施用地，具体建设情况见图3。
图3 评估对象周边建设情况卫星图
2.1.4 相关排涝系统
跨越武汉市武昌区、洪山区和东湖高新区等3个区，所在排涝系统分属汤逊湖水系和东沙湖水系2大水系，水系情况见图4。
图4 汤逊湖水系和东沙湖水系
2.1.5 外洪影响
该线路位于武昌防洪保护圈内，武汉城市防洪和防涝系统相对独立，城市防洪系统由城市统一规划和建设，在城市建成区内的所有设施无需单独考虑防洪问题。
2.1.6 历史涝水情况
根据水务部门统计信息，该线路评估对象周边无历史涝水情况。
2.2 评估标准制定
2.2.1 暴雨重现期
《城镇内涝防治技术规范》（GB 51222-2017）、《室外排水设计标准》（GB 50014-2021）对内涝防治设计重现期作出了相关规定：特大城市内涝防治重现期取50~100年一遇，超大城市内涝重现期取100年一遇。根据住房和城乡建设部《2021年城市建设统计年鉴》，截至2021年末，武汉城区人口首次突破1 000万大关，达到1 094万人，市区人口达到1 477万人，由此前的特大城市晋升为超大城市。《武汉市排水防涝专项规划（2021~2035）》也对武汉市建成区的防涝能力作出了要求：有效应对50年一遇暴雨，重要地区有效应对100年一遇暴雨。除此之外，《城市轨道交通工程项目规范》（GB 55033-2022）规定：主配电所、控制中心应按当地100年一遇的暴雨强度确定防内涝能力。结合国家相关标准、武汉市相关规划，建议该线路轨道交通内涝评估暴雨重现期标准采用100年一遇。
2.2.2 安全超高
由于极端天气出现的不确定性，并考虑城市发展造成地面加高以及地下空间沉降等因素，有必要在洪涝水位的基础上增加一定的安全超高，增强轨道交通自身的防淹能力。武汉市地下车站出入口防淹的一般做法为出入口平台+防淹挡板，考虑到地下车站出入口在轨道交通口部中占有较大比重，且地下车站出入口周边地面积水超过出入口平台时，地铁进水风险将明显增加，武汉市防淹挡板高度一般为550mm。根据表1深圳、武汉、苏州、福建、天津等地对设计安全超高的取值从0.3~0.75m。结合武汉市建设实际，并参照国内其他城市经验值，推荐安全超高取值为550mm。
2.2.3 内涝风险评估
标准统筹考虑排涝安全、管理风险和日常使用要求等因素，确定武汉市内涝风险评估标准为：当防淹标高≥100年一遇内涝最高水位＋550mm时，基本无内涝风险。
2.3 模型初评估
模型评估选择InfoWorks ICM软件（软件版本号V10.5），100年重现期24 h设计暴雨321.5mm的模型评估结果如表3所示，有9个评估对象存在内涝风险，所在位置地面积水水深不小于0.15m，分别是：B车站、C车站、D车站、E车站、F车站、A区间风井、H车站、A停车场、A主变电所，其他评估对象未出现地面积水或积水深度小于0.15m。
表3 模型初评估结果注:高程采用1985国家高程系统，下同；表中“—”表示无地面积水或积水深度小于0.15 m。
2.4 综合研判经
综合研判，评估对象风险情况结果如图5所示。B车站、C车站、D车站、E车站、F车站、A区间风井、A停车场、A主变电所等8个评估对象周边存在城市内涝风险，同时预估内涝最高水位参考值分别为21.4、25.3、25.0、24.4、22.1、20.9、21.0、21.4、22.9、23.1、20.8、20.7 m。其他评估对象现状无城市内涝风险。
图5 综合研判结果
以A停车场为例，整体地势（见图6）较为平坦，局部地势较低，地面高程在21~23m。位于直排区，现状雨水主要通过市政管网收集后排入主干箱涵箱涵，后经江南泵站抽排入长江。雨势较大时市政管道排水能力不足，雨水径流以地面漫流形式无序排放，导致积水风险出现（见图7）。
图6 A停车场周边高程
图7 A停车场最大积水深度
2.5 口部达标性评估通过评估对象进水风险的评估，以下5个口部（见表4）不满足最低安全超高要求。
表4 不满足最低安全超高的口部
以E车站为例，其各口部分布及内涝水位情况如图8所示。对各口部安全超高进行分析（见表5），Ⅲ号出入口安全超高（0.45m）低于0.55m，不满足要求；1号高风亭组及1/2号安全出口安全超高（1.09m）高于0.55m，满足要求；其他两个口部未出现地面积水。
图8 E车站各口部分布及内涝水位情况
表5 E车站各口部安全超高分析
2.6 风险应对建议
针对A车站、B车站、C车站等满足安全超高要求的评估对象，下一步工程建设中，应考虑周边地块及排水设施建设时序，做好与周边排水系统衔接，确保场地径流有序排放，避免出现排水不畅等引起的局部渍水情况的出现；施工期间加强有组织排水，严格口部标高控制；运营期间加强日常排查，完善应急预案，强化汛期监测预警，加强汛后研究记录。
针对D车站的Ⅱ号出入口、无障碍电梯，E车站的Ⅲ号出入口，A停车场的2个出地面楼梯间等不满足安全超高要求的口部，除上述措施外，还需采取工程措施（包括完善或增加评估对象周边排水管道，提高排水能力；编制专项整改方案，采取增高防淹挡板、修建挡水墙等工程措施，抬高防淹标高），使口部满足安全超高要求。
03结 语
(1)轨道交通内涝风险评估应以安全为重，选用的暴雨重现期不应低于线路所在城市内涝防治重现期，防淹标高需在内涝风险评估最高水位的基础上尚有一定的安全超高才能判定为基本无内涝风险。
(2)为保证评估结果准确度，宜将数学模型法作为主要的评估方法，可结合历史灾情法进行内涝风险辅助评估，评估大致流程包括评估标准确定、信息收集梳理、模型初评估、综合研判、口部达标性评估、风险应对建议等。
(3)可能导致实际内涝风险与评估结果存在较大差异的原因有：城市轨道交通评估工作涉及范围大，城市在不断新建和更新，评估使用的城市地形、竖向高程及排水管线数据难以保证与实际完全相符；设计降雨量和设计雨型，与未来实际发生的降雨也有偏差；评估结果基于官方公布的排水防涝调度方案，未考虑实际管理中未按照方案进行调度，或者由于运维欠缺使得排水能力低于预期值。因此，建设单位需加强与市级或区级水务部门及运维单位的沟通协调，保证轨道交通所处汇水区域排水防涝调度正常，争取优先开展轨道交通周边及所在汇水区排水设施建设，提高排涝能力。此外，评估对象周边进行城市开发或相关基础设施建设后，评估对象的内涝风险可能变化，应重新进行评估。
