夏軍強，董柏良，周美蓉，王小杰，夏 軍

(武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點實驗室，湖北 武漢 430072)

洪澇災(zāi)害是當(dāng)今人類面臨的最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，通常會造成巨大的人員傷亡與財產(chǎn)損失。據(jù)國際災(zāi)難數(shù)據(jù)庫(EM-DAT)統(tǒng)計，2000—2020年間全球共發(fā)生自然災(zāi)害8 591次，其中洪澇災(zāi)害發(fā)生次數(shù)最多，共計3 451次，占災(zāi)害總數(shù)的40.2%[1]。近年來中國城市化進程不斷加快，城市化在聚集人口及財富的同時，也對城市產(chǎn)匯流過程帶來一系列的影響，使得城市孕災(zāi)風(fēng)險上升且對洪澇災(zāi)害的承載能力減弱[2]。2011—2018年間，中國年均有154座縣市發(fā)生嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，造成了巨大的經(jīng)濟損失[3]。2012年北京“7·21”特大暴雨造成的洪澇災(zāi)害，導(dǎo)致77人死亡，6萬人被迫撤離，直接經(jīng)濟損失116.4億元[4]。2016年7月1—6日，武漢累計降水高達(dá)560.5 mm，突破有氣象記錄以來單周累計降水量最大值，短時間強降水超過了排水系統(tǒng)的抽排能力，中心城區(qū)162處道路出現(xiàn)漬水，地下通道、地鐵站等多個地下空間被淹[5]。在快速城市化與氣候變化雙重影響下，當(dāng)前極端暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生的頻率增加，不僅影響城市交通，而且危及群眾生命財產(chǎn)安全，已經(jīng)成為制約經(jīng)濟社會發(fā)展的突出瓶頸[6-7]。

開展洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估可以科學(xué)量化危險等級與受災(zāi)程度，為城市洪澇風(fēng)險管理提供科學(xué)依據(jù)[8]。行人是洪澇災(zāi)害中的主要受災(zāi)對象，洪澇災(zāi)害中行人的危險程度可以通過洪水作用下人體穩(wěn)定性來定量反映。在開展洪澇災(zāi)害風(fēng)險評估時，需要將宏觀的洪水要素時空分布特征與人體失穩(wěn)的微觀動力學(xué)機制相結(jié)合，進而具體量化洪澇災(zāi)害中行人的危險程度[9-12]。此外，洪澇災(zāi)害發(fā)生后居民逃生路線的選取，必須依賴于估算每條逃生路線上行人的洪水風(fēng)險，因而洪水中人體失穩(wěn)計算公式在逃生路線優(yōu)選研究中得到了充分應(yīng)用[13-14]。行人作為城市洪澇災(zāi)害中的典型承災(zāi)體，僅以水力要素作為判別依據(jù)，難以充分反映其在洪水作用下的危險等級或安全程度。已有研究表明洪水作用下行人的安全程度受水流條件(水深、流速、水流流態(tài)、紊動特性、漂浮物等)[14-15]、人體特征參數(shù)(身高、體重、年齡與健康程度)[16-17]、路面情況(坡度、粗糙程度)[18-19]以及其他要素(能見度、風(fēng)速)[20]等多方面因素的影響。目前基于水力要素的洪水中人體失穩(wěn)判別方法，已經(jīng)列入洪水風(fēng)險評估的相關(guān)規(guī)范中。日本與澳大利亞等國家基于水深及流速，給出了洪水作用下人體危險程度的計算曲線[21-22]。2017年中國發(fā)布了《城市防洪應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則：SL754—2017》[23]，該導(dǎo)則中采用洪水要素確定洪水中人體的危險程度及劃分閾值?，F(xiàn)有洪水中人體失穩(wěn)判別標(biāo)準(zhǔn)普遍存在經(jīng)驗性較強、機理研究不夠深入、普適性較差等缺點，有必要對現(xiàn)有研究成果進行總結(jié)與比較。

洪水中人體失穩(wěn)機理及判別標(biāo)準(zhǔn)，是開展城市洪澇風(fēng)險評估及逃生避險決策等研究的重要依據(jù)。自20世紀(jì)80年代以來這方面研究已經(jīng)成為國內(nèi)外洪水風(fēng)險評估的熱點問題之一。本文系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外洪水中人體失穩(wěn)機理與判別標(biāo)準(zhǔn)的研究成果，重點分析現(xiàn)有失穩(wěn)判別公式的優(yōu)缺點及適用條件，同時展望洪水中行人失穩(wěn)后續(xù)研究的主要方向。

1 洪水中行人失穩(wěn)機理與判別標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀

影響洪水中人體穩(wěn)定性的因素較多，不同學(xué)者在開展失穩(wěn)機理研究時通常選取來流水深及流速、人體身高及體重作為基本參數(shù)，開展不同尺度的水槽試驗、力學(xué)分析及兩者相結(jié)合的研究，提出了洪水作用下人體失穩(wěn)機理及其判別標(biāo)準(zhǔn)[24]。

1.1 洪水中人體失穩(wěn)的水槽試驗研究

水槽試驗是獲取洪水中行人失穩(wěn)臨界條件最直觀且較為準(zhǔn)確的方法。為揭示不同因子對洪水中人體穩(wěn)定性的影響，過去40 a中很多學(xué)者開展了一系列的概化水槽試驗研究。表1列出了這些研究的試驗設(shè)施、測試對象、試驗水流條件及所采用的失穩(wěn)判別標(biāo)準(zhǔn)。Foster和Cox[25]較早采用水槽試驗研究了洪水中兒童不同姿勢下的穩(wěn)定性。試驗結(jié)果表明，站立狀態(tài)下的穩(wěn)定性隨體重的增加而增加，行走狀態(tài)下人體穩(wěn)定性相較于站立狀態(tài)下有所降低，坐下時人體的穩(wěn)定性最差。由此可以推測，如行人在洪水中跌倒，就難以起身恢復(fù)站立姿勢[26]。Yee[27]以2名男童與2名女童為研究對象，開展了真實人體失穩(wěn)的水槽試驗。由于試驗對象年齡較小，失穩(wěn)時臨界水深與流速的乘積受測試者年齡影響較大。Abt等[18]基于水槽試驗研究了洪水中不同地面材料與坡度下成人的失穩(wěn)條件，結(jié)果表明水深較大時測試對象主要因為力矩不平衡而發(fā)生跌倒失穩(wěn)，該工況下人體穩(wěn)定程度不受地表粗糙程度影響。高橋重雄等[28]測定了3名成年人在水流作用下的受力情況，給出了不同情況下摩擦力與拖曳力系數(shù)的變化范圍，同時分析了不同來流方向、地面材料與測試者穿著對洪水中人體穩(wěn)定程度的影響。

表1 洪水中人體失穩(wěn)的試驗情況比較Table 1 Comparison of the parameters in experiments of human instability in floodwaters

受城市地形影響，洪水通常沿街道向地勢較低方向演進，加之城市硬化路面的糙率較小，城市洪水一般呈現(xiàn)出水深小、流速大等特點。針對該情況Russo[29]開展了相關(guān)的水槽試驗，研究不同能見度、街道縱坡以及行走方向下洪水中人體的穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明行人垂直于水流方向穿過淹沒道路最為困難。Martínez-Gomariz等[17]對Russo[29]的水槽試驗進行了復(fù)演，進一步考慮了不同鞋子類型、人體雙手是否被占用以及不同測試對象在試驗過程中心理感受的影響，該研究發(fā)現(xiàn)洪水中行人穿著拖鞋時穩(wěn)定性最差，而能見度條件對人體穩(wěn)定性影響不大。此外Chanson等[30]分析了2011年1月澳大利亞布里斯班發(fā)生城市洪水時的實測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)真實洪水中水深與流速均波動很大，人體發(fā)生失穩(wěn)時的臨界單寬流量普遍小于水槽試驗值，因此推測洪水的紊動特性對人體穩(wěn)定性存在一定的影響，并以此為依據(jù)建立了以瞬時流速與水深為變量的洪水中人體失穩(wěn)條件。城市地下空間在洪澇災(zāi)害中容易受淹，人員沿樓梯逃生的穩(wěn)定性與速度對洪澇風(fēng)險評估至關(guān)重要。Ishigaki等[31-32]及Kotani等[33]采用具有樓梯結(jié)構(gòu)的試驗水槽，開展了一系列洪水中真人失穩(wěn)研究，并給出了相應(yīng)的穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)有洪水中人體失穩(wěn)的水槽試驗研究普遍存在測試標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、試驗流態(tài)與真實洪水流態(tài)不一致、受測試對象生理及心理因素影響較大等缺點。如圖1所示，不同試驗結(jié)果的分散程度較大，所有試驗數(shù)據(jù)進行線性擬合后得到公式的相關(guān)系數(shù)較低(R2=0.39)，因此，僅可認(rèn)為人體身高和體重之積(hpmp，hp為身高，mp為體重)與洪水中人體失穩(wěn)時的臨界單寬流量(Uchf，Uc為人體失穩(wěn)時的起動流速，hf為水深)存在一定的正相關(guān)關(guān)系。Foster和Cox[25]與Yee[27]的試驗對象為兒童，且以心理上感覺不安全作為失穩(wěn)的判別標(biāo)準(zhǔn)，因而研究所得的失穩(wěn)條件較實際情況偏安全。Martínez-Gomariz等[17]研究了行人穿過涉水街道時的穩(wěn)定性，相比其他人體保持靜止的試驗工況，該成果得到人體失穩(wěn)時的臨界單寬流量偏小。此外，為了保證洪水中測試對象的安全，試驗中采取了較為全面的安全措施(如帶頭盔、穿救生衣等)，加之室內(nèi)水槽難以充分反映實際城市洪水較為復(fù)雜的流態(tài)，故這些試驗結(jié)果偏于安全。鑒于水槽試驗研究可能存在上述不足，Chanson和Brown[34]重新分析了澳大利亞布里斯班洪水的現(xiàn)場觀測資料[30]，提出了更加保守的洪水中人體穩(wěn)定性的判別依據(jù)。

圖1 現(xiàn)有洪水中人體失穩(wěn)的試驗數(shù)據(jù)匯總Fig.1 Summary of experimental data of human instability in floodwaters

1.2 洪水中人體失穩(wěn)的受力分析研究

為揭示洪水作用下人體的失穩(wěn)機理，不同學(xué)者開展了洪水作用下人體失穩(wěn)的受力分析研究。這些研究通常對人體結(jié)構(gòu)進行了一定的簡化，即不考慮人體關(guān)節(jié)的移動以及重心的調(diào)整，而將人體概化成具有一定結(jié)構(gòu)的剛體。同時該類研究往往假定人體靜止，以便采用靜力學(xué)方法建立臨界失穩(wěn)狀態(tài)下的受力平衡或力矩平衡關(guān)系。如圖2所示，早期研究僅將人體概化為均質(zhì)的單一幾何體，難以有效反映人體在水流中的受力情況。洪水中人體主要有跌倒與滑移2種失穩(wěn)模式[19-20,37-38]。Keller和Mitsch[39]將人體概化成均質(zhì)垂直圓柱體，通過建立圓柱體跌倒或滑移失穩(wěn)時的力學(xué)平衡關(guān)系推導(dǎo)相應(yīng)的起動流速公式。Lind等[40]將洪水中的人體概化為圓柱體、長方體與復(fù)合圓柱體，推導(dǎo)人體跌倒失穩(wěn)時臨界單寬流量的計算公式，還基于Abt等[18]和Karvonen等[35]的試驗結(jié)果對已有公式的計算精度進行了評價。這些研究發(fā)現(xiàn)來流水深、流速以及人體身高、體重是判斷洪水中人體穩(wěn)定性最關(guān)鍵的要素，地面類型以及坡度的影響較小。Walder等[41]提出了一個適用于不同人群的洪水作用下人體滑移失穩(wěn)計算公式，并用于分析由泥石流引發(fā)的次生洪澇災(zāi)害帶來的風(fēng)險。由于該公式假設(shè)水深僅淹沒人體踝關(guān)節(jié)，因而未考慮水流的浮力作用。為了更好地反映人體特征，更加復(fù)雜的人體幾何模型被用于洪水中人體失穩(wěn)分析。Milanesi等[42]將人體概化為3個圓柱體組成的復(fù)合模型，并基于力學(xué)平衡關(guān)系推導(dǎo)洪水中人體的穩(wěn)定性，相較于其他公式，該公式在保證精度的同時涉及的參數(shù)較少。此外該研究還考慮了地面坡度與水流密度對人體穩(wěn)定性的影響。Arrighi等[14]提出了一個由水流與人體特征構(gòu)成的量綱一參數(shù)作為失穩(wěn)判別依據(jù)，同時采用三維流體力學(xué)模型計算了洪水作用下人體周邊的水流要素，計算結(jié)果表明水流弗勞德數(shù)與人體的淹沒程度是評估洪水中人體穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)。

1.3 受力分析與水槽試驗相結(jié)合的研究

基于力學(xué)分析的研究成果通常對水流條件、人體結(jié)構(gòu)及人體受力情況進行了較多簡化或假設(shè)，為反映這些因素的影響需要引入一些經(jīng)驗參數(shù)，但這些參數(shù)的確定又依賴于試驗數(shù)據(jù)，故基于純力學(xué)分析的研究成果往往難以準(zhǔn)確評估洪水作用下人體的穩(wěn)定程度。有必要將力學(xué)分析與水槽試驗相結(jié)合，采用力學(xué)分析精確刻畫人體失穩(wěn)的動力學(xué)條件，從而構(gòu)建失穩(wěn)狀態(tài)下的判別公式，同時結(jié)合水槽試驗結(jié)果率定公式中的相關(guān)參數(shù)。該方面研究主要以Jonkman和Penning-Rowsell[20]與Xia等[37-38]的研究成果為代表。Jonkman和Penning-Rowsell[20]在英國Lea河的一個渠道中開展了試驗研究，并發(fā)現(xiàn)小水深大流速情況下滑移失穩(wěn)是最主要的失穩(wěn)模式。相較于以往的水槽試驗，現(xiàn)場試驗更能模擬真實的洪水流態(tài)?；谠囼灲Y(jié)果，Jonkman和Penning-Rowsell[20]將人體概化為長方體進行受力分析，進一步揭示了不同水流條件下洪水中人體失穩(wěn)機理，并提出了滑移與跌倒失穩(wěn)時的計算公式。Xia等[37]基于受力分析，采用基于人體工程學(xué)的數(shù)據(jù)計算不同水深下人體所受的浮力，結(jié)合河流動力學(xué)中泥沙起動的理論，推導(dǎo)出滑移及跌倒失穩(wěn)時洪水中人體的起動流速公式，同時采用小比尺的人體模型開展水槽試驗，率定了公式中的相關(guān)參數(shù)。Xia等[38]在后續(xù)研究中進一步分析了路面坡度對洪水中人體穩(wěn)定性的影響，提出了考慮坡度影響的穩(wěn)定性計算公式，同時采用250余組概化水槽試驗數(shù)據(jù)率定公式中的相關(guān)參數(shù)。

2 不同洪水中人體失穩(wěn)判別公式的比較

國內(nèi)外提出的洪水中人體失穩(wěn)判別公式主要可以分為2類：基于水流要素的簡單函數(shù)關(guān)系、綜合考慮水流要素與人體特征的失穩(wěn)判別公式。本節(jié)主要對不同失穩(wěn)計算公式的類型、適用范圍、涉及的假定進行總結(jié)，便于研究人員根據(jù)需要選用合適的失穩(wěn)判別公式。

2.1 基于水流要素的簡單函數(shù)關(guān)系

2.1.1 以水深與流速為主要判別依據(jù)的經(jīng)驗關(guān)系

水深(hf)與流速(Uf)是評估洪澇災(zāi)害嚴(yán)重程度的2個主要參數(shù)。隨著洪水水深的增加，行人在水流拖曳力的作用下更容易發(fā)生跌倒失穩(wěn)甚至漂浮，進而直接威脅到行人的生命安全。如表2所示，目前以水深與流速為依據(jù)的洪水中人體失穩(wěn)判別標(biāo)準(zhǔn)較多，但不同學(xué)者提出的判別閾值差異較大且經(jīng)驗性較強。SCARM[22]認(rèn)為水深大于1.20～1.50 m時可能導(dǎo)致人體失穩(wěn)。國內(nèi)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市防洪應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則：SL754—2017》[23]分別考慮了內(nèi)澇積水與洪水對人體的危險性，針對內(nèi)澇積水時流速較小的特點，以淹沒水深為依據(jù)劃分了3個危險等級，用于城市洪澇風(fēng)險評估與防洪應(yīng)急預(yù)案編制。實際上洪水中人體所受的水流拖曳力隨著流速的增加而增加，水深較小而流速較大時人體在水流拖曳力的作用下容易發(fā)生滑移失穩(wěn)，水深較大時在較小的流速作用下即可能導(dǎo)致人體發(fā)生跌倒失穩(wěn)。因此，選取固定的水深與流速作為失穩(wěn)判別閾值，難以準(zhǔn)確反映人體在不同洪水條件下的穩(wěn)定性。針對此不足，Chanson和Brown[34]基于對實測數(shù)據(jù)的分析，考慮了真實洪水較為強烈的紊動特性對人體穩(wěn)定性的影響，提出了較為保守的失穩(wěn)判別標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)來流流速小于1 m/s且水深小于0.27 m時可認(rèn)為人體安全；當(dāng)水深小于0.3 m且流速小于3.0hf～7.4hf認(rèn)為人體在洪水中較為安全。Russo等[43]針對城市洪澇中水深較小且流速較大的特點，根據(jù)水流流速大小劃分了3個風(fēng)險區(qū)。

表2 以水深或流速為依據(jù)的洪水中人體穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)匯總Table 2 Summary of stability criteria using limiting water depths or flow velocities

2.1.2 以單寬流量為主要判別依據(jù)的函數(shù)關(guān)系

單寬流量(Ufhf)能夠體現(xiàn)水深與流速這2個主要致災(zāi)因子，因此能夠更加準(zhǔn)確地評估洪水作用下人體失穩(wěn)的風(fēng)險程度。由表3可以看出，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為當(dāng)水流單寬流量達(dá)到0.5 m2/s附近時人體將發(fā)生失穩(wěn)。英國Defra和EA 2個機構(gòu)組織編寫的洪水中人體失穩(wěn)風(fēng)險評估報告[45]中采用危險率公式作為評估洪水中人體危險程度的依據(jù)，該公式涉及水深、流速及漂浮物因子，根據(jù)計算所得的危險率劃分出4個洪水危險等級。國內(nèi)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市防洪應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則：SL754—2017》[23]以單寬流量為依據(jù)將洪水風(fēng)險劃分為低、中、高3個危險等級。澳大利亞[26]與日本[21]等國家均采用水深及流速的組合曲線判別洪水中人體危險程度。澳大利亞[26]根據(jù)水深和流速劃分了4個危險等級，并給出了成人與兒童避險的極限曲線。盡管使用基于水流要素的簡單函數(shù)關(guān)系來判別洪水中人體的穩(wěn)定程度較為方便，但此類方法經(jīng)驗性較強，而且不能充分反映不同人群身高、體重等人體特征參數(shù)對穩(wěn)定性的影響，因而公式的適用范圍相對較窄。綜合考慮水深與流速的關(guān)系式，相比僅考慮單因素的失穩(wěn)判別關(guān)系，能夠更加充分體現(xiàn)水流要素對人體穩(wěn)定性的綜合影響，因而具有更強的實用價值。此外由于對人體失穩(wěn)的定義不同，導(dǎo)致不同標(biāo)準(zhǔn)選取的失穩(wěn)閾值差別較大。

表3 以單寬流量為主要依據(jù)的洪水中人體失穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)匯總Table 3 Summary of stability criteria using different limiting unit-width discharges

2.2 綜合考慮水流要素與人體特征的失穩(wěn)判別公式

根據(jù)研究方法不同，洪水中人體失穩(wěn)公式主要可以分為基于實測數(shù)據(jù)的擬合關(guān)系與基于力學(xué)理論推導(dǎo)的計算公式2類。基于數(shù)據(jù)擬合與經(jīng)驗分析等方法建立的失穩(wěn)公式缺乏足夠的力學(xué)機理，通常僅適用于某一類特定的研究對象，難以評估洪水中不同人群的風(fēng)險程度。Abt等[18]通過擬合水槽試驗數(shù)據(jù)建立了洪水中人體失穩(wěn)時的臨界單寬流量與人體身高體重之間的指數(shù)關(guān)系。Karvonen等[35]根據(jù)水流條件、人體狀況、鞋底與地面的接觸情況等將環(huán)境分為較好、一般、較差3個等級，認(rèn)為人體失穩(wěn)的臨界單寬流量與人體的身高體重之間的乘積存在線性關(guān)系，且該線性關(guān)系會隨著環(huán)境條件的變化而變化?；诶碚撏茖?dǎo)的洪水中人體失穩(wěn)計算公式由于考慮了失穩(wěn)時的動力學(xué)機理，因而公式的適用范圍較廣。Keller和Mitsch[39]與Lind等[40]基于力學(xué)分析分別建立了人體滑移失穩(wěn)與跌倒失穩(wěn)的計算公式。Jonkman和Penning-Rowsell[20]基于理論推導(dǎo)建立了跌倒失穩(wěn)與滑移失穩(wěn)時人體穩(wěn)定性的計算公式，但由于公式中忽略了人體浮力的影響并假定來流沿水深呈均勻分布，因而無法準(zhǔn)確判別大水深條件下人體的穩(wěn)定性。Xia等[37]建立的公式考慮了水流浮力、流速沿水深不均勻分布等情況的影響，更加符合實際情況。Arrighi等[14]建立了以人體身高、寬度和水深為變量的量綱一參數(shù)形式的人體失穩(wěn)臨界閾值，當(dāng)由水流弗勞德數(shù)計算的參數(shù)大于該閾值時即認(rèn)為人體失穩(wěn)。將不同公式與洪水中人體穩(wěn)定性的試驗結(jié)果繪制于圖3，當(dāng)實際洪水的水流參數(shù)位于公式曲線下方時即可認(rèn)為人體安全。

圖3 洪水中人體失穩(wěn)的臨界曲線Fig.3 Criteria for human instability in floodwaters

Abt等[18]、Karvonen等[35]提出的公式與Jonkman和Penning-Rowsell[20]提出的人體滑移失穩(wěn)狀態(tài)下計算公式具有相同的形式，即當(dāng)水流單寬流量大于由人體身體參數(shù)組成的某一判別閾值時即認(rèn)為人體發(fā)生失穩(wěn)。相比采用固定單寬流量判別洪水中人體的穩(wěn)定性，這些公式能夠更好地反映不同人體特征的影響，因而具有廣泛的適用性。圖3還可以看出，人體失穩(wěn)時的水流條件與水深、流速均密切相關(guān)，因此，表2中僅考慮水深或流速的穩(wěn)定性判別關(guān)系的精度較低，難以精確計算洪水中人體失穩(wěn)的風(fēng)險程度。Jonkman和Penning-Rowsell[20]與Xia等[37]提出的計算公式區(qū)分了人體在洪水中跌倒與滑移2種失穩(wěn)狀態(tài)，相較于其他公式考慮了更加復(fù)雜的力學(xué)機理，但由于涉及的參數(shù)較多因而在實際使用中相對復(fù)雜，見表4。此外，現(xiàn)有的洪水中人體失穩(wěn)試驗結(jié)果多在國外開展，其試驗人員的身體特征參數(shù)與中國群眾略有不同，直接使用這些研究成果指導(dǎo)中國的洪水應(yīng)急避險與防災(zāi)減災(zāi)工作可能會帶來額外的風(fēng)險[48]。

表4 洪水中人體失穩(wěn)公式匯總Table 4 Summary of human instability formulas

3 結(jié)論及展望

洪水作用下人體的穩(wěn)定性計算是開展城市洪澇風(fēng)險評估的重要內(nèi)容。目前國內(nèi)外開展了一系列洪水中人體失穩(wěn)的水槽試驗與理論分析研究，并將提出的判別標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于洪澇風(fēng)險評估與應(yīng)急避難決策。影響洪水中人體穩(wěn)定性的主要水流參數(shù)為水深與流速，基于水流參數(shù)的失穩(wěn)判別關(guān)系由于形式較為簡單因而使用較為方便；基于單寬流量的判別關(guān)系能夠較為充分地反映主要水流致災(zāi)因子，因而對試驗結(jié)果擬合程度較好。除了水流要素外，人體的身高、體重、站立角度，地面坡度及水流漂浮物等均會對洪水中人體穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。為反映這些要素的綜合影響并建立更具普適性的失穩(wěn)判別標(biāo)準(zhǔn)，眾多學(xué)者基于數(shù)據(jù)擬合與理論推導(dǎo)等方法建立了洪水中人體失穩(wěn)的計算公式。但現(xiàn)有公式通常存在適用范圍窄、研究條件與實際洪水條件差距大、不能有效評估當(dāng)前城市洪澇災(zāi)害中群眾面臨的突出威脅等缺點。今后需要從以下幾方面進一步完善洪水作用下人體的失穩(wěn)機理與判別標(biāo)準(zhǔn)研究，并推動相關(guān)研究成果的實際應(yīng)用，最大程度地降低城市洪澇災(zāi)害可能帶來的生命財產(chǎn)損失：

(1) 揭示真實洪水中行人在運動狀態(tài)下的失穩(wěn)機理及判別標(biāo)準(zhǔn)。洪水中群眾的避難逃生是洪澇風(fēng)險管理與防災(zāi)減災(zāi)亟需解決的關(guān)鍵問題之一。目前對于行人在洪水中失穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)缺乏力學(xué)機理研究，以往研究多基于真人水槽試驗，試驗工況較少且與實際洪水的流動特點差別較大，研究成果缺乏普適性。有必要研究真實洪水中行人在運動狀態(tài)下的失穩(wěn)機理與判別標(biāo)準(zhǔn)，進而指導(dǎo)居民選擇合理的避難措施，增強應(yīng)對洪澇災(zāi)害的能力。

(2) 開展過水樓梯上行人的穩(wěn)定性及判別標(biāo)準(zhǔn)研究。城市地鐵站、地下商場等地下空間由于其地勢與空間結(jié)構(gòu)的特殊性極易遭受洪澇災(zāi)害。洪水沿樓梯灌入地下空間將引起較大的局部流速，給群眾逃生造成極大的困難。有必要研究行人在漫水樓梯上逃生的失穩(wěn)判別標(biāo)準(zhǔn)，基于力學(xué)分析及概化水槽試驗建立人體沿漫水樓梯逃生的穩(wěn)定性公式，為城市地下空間受淹時群眾逃生避險措施選擇提供科學(xué)依據(jù)。

(3) 構(gòu)建實際洪水中人體失穩(wěn)的數(shù)據(jù)庫。目前國內(nèi)外對于真實洪水中人體失穩(wěn)的試驗或現(xiàn)場觀測資料較少，未來需要依靠大數(shù)據(jù)技術(shù)獲取互聯(lián)網(wǎng)上城市洪水中人體失穩(wěn)的影像資料，估算失穩(wěn)時的水流條件以及人體的身高、體重等特征參數(shù)，進而建立實際洪水中人體失穩(wěn)的數(shù)據(jù)庫，進一步支持該領(lǐng)域的科學(xué)研究及工程應(yīng)用。

(4) 深入研究洪水中行人站立姿勢調(diào)整對其危險性的影響。現(xiàn)有洪水中人體失穩(wěn)研究成果難以指導(dǎo)群眾采取合理的措施降低洪澇災(zāi)害的風(fēng)險，未來需要引入運動力學(xué)的手段研究人體在洪水中行走時肌肉、關(guān)節(jié)的受力情況，獲得洪水中行走的最優(yōu)姿勢，以提高群眾應(yīng)對洪澇災(zāi)害風(fēng)險的能力。此外還需要引入人體姿態(tài)檢測技術(shù)，獲得人體在洪水中行走的最危險姿態(tài)并開展該狀態(tài)下的受力分析研究。

(5) 推動洪水中人體失穩(wěn)判別標(biāo)準(zhǔn)的實際應(yīng)用。為了降低特大暴雨洪澇災(zāi)害中的人員及財產(chǎn)損失，需要在城市洪澇高精度水動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上結(jié)合行人失穩(wěn)的判別公式，建立洪澇災(zāi)害的綜合分析模擬系統(tǒng)。預(yù)測地表與重要地下基礎(chǔ)設(shè)施的洪澇過程及行人危險程度的時空分布特點，指導(dǎo)防洪預(yù)案編寫并提出具體的防洪減災(zāi)措施，最大程度地降低洪澇災(zāi)害帶來的不利影響。