基于SWMM和LISFLOOD-FP的城市内涝耦合模型研究

以柳州市箭盘山流域为例,构建SWMM一维管道模型与LISFLOOD-FP二维地面模型并将其耦合,基于实测降雨“20180818”24 h暴雨资料,将得到的暴雨内涝淹没水深和淹没面积与该场次降雨情况下记录淹没点的范围相比较,验证耦合模型具有较好的适用性。进而基于耦合模型,对柳州市箭盘山流域2、5、10、20年一遇下设计降雨进行模拟,得到不同重现期下研究区的溢流节点、淹没水深和淹没面积,并于ARCGIS平台将结果可视化。结果表明,重现期由2年上升到20年过程中,溢流节点比例从9.03%增加至25.99%,溢流面积从0.473 km^(2)增加至2.114 km^(2);重点淹没区域分布在屏山大道、炮团路、西江路和东堤路。

基于水动力学模型的城区防洪能力评估研究

城区河道现状防洪能力的准确评估是保障城市防洪安全的基础。过去针对单一河道现状防洪能力评估的研究较多,而对于多河汇聚洪水交互复杂区域的河道防洪能力研究相对较少。金堂县城素有“千里沱江第一城”之称,却也是沱江流域受洪水威胁最严重的地区。本文针对金堂县城区“三河汇一江”的复杂交互关系,构建一二维耦合洪水分析模型,利用典型场次洪水对模型进行了率定和验证,并从河道现状堤防防洪能力、城区整体过流能力、跨河建筑物现状防洪能力等多方面开展了金堂县城区现状防洪能力评估。结果表明:构建的一二维耦合模型具有较高的模拟精度,3场典型洪水中沱江干流三皇庙水文站模拟洪峰误差均在1%以内,峰现时间误差均在1.5 h以内;城区模拟淹没范围基本与实际调查一致,模拟最大淹没水深基本与实测洪痕相符,大部分点位的模拟最大淹没水深误差在0.2 m以内;城区现有堤防防洪标准低,大部分仅满足5~10年一遇,局部薄弱段不足5年一遇;城区整体过流能力受上游洪水遭遇组合影响,三河相互顶托明显;城区多座跨河建筑物防洪能力不足20年一遇防洪标准,其中平安桥、毗河大桥分别不足5年、10年一遇防洪标准。

河南郑州市防洪“五预”系统建设及应用

当前大数据、云计算、数字孪生等新兴技术在防洪工作中的应用,极大提高了洪水预报预警能力,为新时代防汛减灾提供了新的思路。为响应河南省政府防洪“五预”(预报、预判、预警、预案、预演)措施建设的号召,落实郑州市委、市政府“7·20”特大暴雨灾害调查报告整改和灾后重建工作专题会上的指示精神,针对郑州市河流众多、水系复杂的特点,开展郑州市防洪“五预”系统建设。基于“五预”理念,从监测感知和支撑平台方面梳理了郑州市防洪“五预”系统的总体架构,介绍了防洪预报、预判、预警、预演、预案“五预”模块的主要功能。该系统的建成对提高郑州市灾害预防和预警能力、增强郑州市对突发性洪水灾害的反应能力、有效降低灾害损失、保障社会经济正常运行和社会安定有重要意义,也为大型城市智慧水利建设提供了参考和借鉴。

基于元启发式算法优化的新乡市洪水风险评价

为提高新乡市洪水风险评价模型的评估能力,采用层次分析法(AHP)、逻辑回归(LR)模型、BP神经网络、随机森林(RF)模型以及结合元启发式算法粒子群优化(PSO)的PSO-BP模型和PSO-RF模型6种方法对新乡市进行洪水风险评估,生成包含200个洪水位置的洪水清单图。选择9个洪水影响因子,采用方差膨胀因子分析了洪水影响因子与洪水发生的相关性。利用混淆矩阵和受试者工作特性曲线对比6种洪水风险评估方法的评估能力,最后获得6种方法的洪水风险分布图。结果表明:PSO-RF、PSO-BP模型的评估效果优于单一算法,受试者工作特性曲线下面积分别为0.953、0.947;根据得到的洪水风险分布图,新乡市至少36.5%的地区被列为高度易受洪水影响的地区,耦合元启发式算法后的洪水风险评价模型具有更高精度。

上海城区动态洪水风险图应用系统及典型暴雨内涝分析

【目的】为了提高沿海超大城市对洪涝灾害的先知先觉能力,快速预测分析洪涝潮组合影响下的淹没风险时空分布,【方法】以水文-水动力暴雨洪水分析模型为核心模块,通过与外部的气象精细化降雨预报数据库、自动雨量站实时监测数据库及实时水情、闸泵运行数据库相关联,研发了上海城区动态洪水风险图应用系统。采用由雨量站点到气象格网和水力网格的降雨二级空间融合技术,实现了模型与气象预报降雨数据的有效耦合。利用数据挖掘提取和GIS空间分析技术构建了包含10项洪水风险要素要点的城市内涝预报专报自动生成方法,实现了对内涝风险的快速一站式概览。利用系统可以对城市暴雨、河道洪水和风暴潮等单一发生或遭遇组合引起的淹没分布进行快速实时预报计算,模拟和预测城市洪涝潮灾害的有关淹没特征数据和淹没动态过程。【结果】利用系统分析了2023年6月23—24日暴雨的内涝风险分布,将模型模拟的积水区域与积水监测站、灾情直报和热线灾报的积水点进行对比,结果显示在150处对比积水点中,有129处误差不超过20 cm,占86%。模型模拟的积水空间分布与实际情况基本接近。【结论】结果表明:系统满足汛期常态化、业务化运行需求,能够为城市洪涝风险的实时动态分析和防汛指挥决策提供重要工具。

《珠江流域防洪规划》实施情况评估与建议

2007年国务院批复的《珠江流域防洪规划》对完善流域防洪减灾体系,提升防洪保障能力,支撑经济社会快速发展发挥了重大作用。随着粤港澳大湾区等国家战略的实施,珠江流域的水文情势、下垫面条件和工程情况发生了新变化,流域防洪面临新的形势和要求。采用基础资料分析、现场调查、座谈交流、遥感影像、数学模型等多种途径和方法,对《珠江流域防洪规划》实施情况和效果进行了全面评估,提出了实施过程中存在的主要问题及防洪减灾面临的新挑战,对继续实施已有规划项目及加快《珠江流域防洪规划》修编提出建议。

中国城市洪涝问题:现状、成因与挑战

全球气候变化和快速城市化双重影响下,中国城市洪涝问题日益严重,已成为影响中国城市公共安全与区域高质量发展的突出瓶颈。本文基于文献资料、灾情数据、统计年鉴等,梳理了中国城市洪涝类型与灾害特点,总结了城市洪涝的基本现状与发展趋势,阐释了城市洪涝形成机制与灾害成因,分析了城市降水变化、产汇流特性变化、排水格局变化及规划与管理对城市洪涝的影响;为科学认识中国城市洪涝问题和实现变化环境下城市洪涝科学治理,从基础数据监测与信息共享、基础理论与机理研究、成因驱动与量化识别、城市洪涝预警预报与风险评估技术以及城市洪涝灾害管理等6个方面,指出了当前研究面临的主要挑战与未来研究的重点方向。

数字孪生中水动力学模型关键技术研究与应用进展

数字孪生技术正在水利行业快速应用发展。对水利数字孪生建设中水动力学模型的支撑作用进行了梳理分析,提出了水利数字孪生对水动力学模型的需求及解决方法。介绍了水利数字孪生中典型一维无压/有压水动力学模型模拟能力提升关键技术和大范围高精度二维水动力学模型计算效率提升关键技术。详细介绍了发展前沿中的坝堤溃决过程、暴雨山洪等特殊水动力学模型的数值挑战、关键技术、应用场景等方面内容。最后,从水动力学模型维度和功能、预测结果评估与实时校正技术、机理模型和数据驱动模型融合、虚拟计算与物理实体互馈模型等方面对水动力学模型发展方向进行了展望。研究成果可更好地支撑智慧水利建设。

推进我国防洪安全体系和能力现代化

防洪安全是关系国家长治久安的大事。习近平总书记多次亲自部署、亲自指挥防汛抗洪救灾工作,就保障防洪安全作出一系列重要讲话重要指示批示。党的二十届三中全会明确要求,推进国家安全体系和能力现代化,提高防灾减灾救灾能力,完善自然灾害特别是洪涝灾害监测、防控措施。

丘陵地区重要集镇预警雨量值计算技术研究——以广西巴马县燕洞镇为例

预警雨量值计算是山洪灾害防治非工程措施中的重要环节。为研究丘陵地区重要集镇预警雨量值计算方法,选取广西巴马县燕洞镇作为典型区域,通过设计暴雨、设计洪水、水位流量关系转换等方法,确定了预警时段、预警阈值等关键结论。

广东省北江流域防洪体系与布局优化

结合广东省水网建设规划中的“江河安澜防洪保安网”,重点针对北江流域“22·6”特大洪水暴露出的现状防洪体系与布局的短板、弱项,在分析评估北江流域(思贤滘以上)现状防洪体系与布局的基础上,结合设计水文计算成果及骨干水库调洪计算、飞来峡水利枢纽动态库容调洪计算等分析成果,提出了“防、管、控”三位一体系统治理的北江流域防洪(潮)治理思路及“调蓄、拦挡、蓄滞、分洪、畅泄”多功能、有韧性、相融合的防洪体系与布局。按照治理思路和科学构建现代化水网目标,综合提出了完善、优化北江流域防洪体系与布局的各项具体工程和非工程措施。

基于社交媒体数据的城市洪涝灾害信息智能提取与分析

近年来,由于气候变化导致极端降雨引起的城市内涝灾害事件频发,给我国城市水安全和可持续发展带来威胁,准确掌握受灾区域的舆论主体和公众情绪,对提高应急管理部门内涝灾害的态势感知能力具有重要意义。在当今智能网络时代,人们通过社交媒体反映问题和建议的诉求日益凸显,社交媒体已逐渐成为反映民众情感和社会舆情的主要载体,为获取自然灾害信息提供了新的途径。如何从社交媒体中快速提取城市洪涝灾害信息,并对自然灾害信息进行主题分类和情感分析,准确掌握区域灾情的主题类别和民众舆论倾向,是目前亟待解决的关键技术问题。以新浪微博为例,阐述了洪涝灾害数据的获取与预处理方法,构建了基于FastText的城市洪涝灾害信息主题分类和情感分析模型,以准确掌握受灾区域的主题类别和舆论导向。以2021年郑州“7.20”特大暴雨期间洪涝灾害为例的研究结果表明,本文方法实现了对社交媒体中城市洪涝灾害数据的智能提取与分析,主题分类模型对预设八种类别数据的分类预测F1值达到0.80以上,且情感分析模型基本能够准确预测情感标记为“负面”的数据,这表明本文构建的基于FastText的城市洪涝灾害信息主题分类和情感分析模型能够满足支撑城市应急管理部门动态掌握洪涝灾害发展态势及公众情绪的需求,对防涝减灾调度、安抚民众情绪和实时定点救援等工作具有重要的指导意义。

基于PSO-SVM的鹤盛溪流域山洪风险评价

为探究温州市鹤盛溪流域山洪风险空间分布,综合考虑山洪致灾因子、孕灾环境和承灾体3方面的山洪影响因子,建立基于粒子群优化-支持向量机(PSO-SVM)混合算法的山洪风险评价模型。选取准确度、灵敏度、特异性、F-score值、Kappa系数和受试者工作特征曲线等6个指标,采用学习矢量量化(LVQ)算法量化山洪影响因子对山洪灾害发生的影响程度,并将PSO-SVM混合算法模型与单一算法模型进行对比。结果表明:混合算法具有一定的迁移能力,能够更加准确地反映山洪风险的空间分布特征;验证集受试者工作特征曲线指标、Kappa系数和准确度分别为0.934、0.833、0.912,PSO-SVM混合算法模型能显著提高山洪风险评价精度。

不同暴雨条件下扇形和羽形流域的洪水规律

为了探讨降雨过程时空分布不均匀性对河道径流的影响,以沂河、沭河流域为例,利用瞬时单位线法和马斯京根法计算重现期为10、 20、 50 a的3 d特征暴雨和2019年台风“利奇马”暴雨在2个流域中的洪水流量,得出各防洪控制站在不同暴雨条件下的洪水规律。结果表明:扇形流域内洪水汇流较集中,容易发生洪灾;羽形流域内各支流洪水交错汇入干流,近水先去,远水后去,洪水较缓和,沂河的防汛压力大于沭河的防汛压力;在相同降雨量条件下,沂沭河流域内临沂站在从北向南的降雨过程中更易形成大洪峰,斜午站、石拉渊站和重沟站在从南向北的降雨过程中更易形成大洪峰;莒县站位于沭河上游,控制流域包含多个支流和3个水库,流域形状为属于羽形流域的沭河流域中的扇形流域,具有洪水汇流集中的特点,沭河莒县站的防汛压力大于沭河其他防洪控制站的防汛压力,而且当沭河流域出现大范围同步降雨过程时,莒县站更易形成大洪峰。

数字孪生钱塘江流域建设及应用

钱塘江流域洪涝台潮灾害频发,亟需通过数字孪生技术实现流域防洪统筹调度,提升水灾害防御决策能力。首先分析了平台总体设计思路,从基础信息设施、数字孪生平台、孪生场景3个维度重点分析数字孪生钱塘江流域建设方式。具体地,优化“天空地水”物联感知网,迭代提升水利信息网,从数据底板、模型平台、知识平台方面加强流域级数字孪生平台统筹构建;同时重点建设融合“预报、预警、预演、预案”四预过程的水灾害防御孪生场景,实现孪生钱塘江和物理钱塘江的孪生共长、交互映射、协同联动。对流域级数字孪生水灾害防御平台建设思路进行了总结,对其他数字孪生流域建设具有一定借鉴意义。

燕子河流域洪水演进数值模拟

为了对中小河流流域洪水风险进行预测分析,以山东省临沂市燕子河流域为研究对象,利用水动力学模型对洪水演进进行数值模拟;采用MIKE 11软件建立一维水动力学模型,分别模拟洪水重现期为5、10、20、50、100 a的河道洪水演进过程;利用MIKE 21软件对燕子河防洪保护范围构建二维模型;利用MIKE FLOOD软件侧向耦合一、二维模型,模拟不同洪水重现期洪水从河道漫溢至岸边的演进过程,对模拟结果进行分析,得到洪水的淹没范围、水深、流速等信息。结果表明:洪水重现期为5、10、20、50、100 a时洪水淹没范围分别为0、4.09、7.59、13.87、18.44 km^(2),最大淹没深度分别为0、4.56、5.46、6.20、6.49 m,洪水最大流速分别为0、3.04、3.58、3.98、4.70 m/s;罗庄区西陆庄村、为儿桥村以及兰陵县西庄村、松山东村等村落为淹没风险较大区域。

珠三角城市群内涝灾害韧性综合评估及障碍因子识别

为解决珠三角地区城市治理中亟须应对的城市内涝灾害问题,在构建城市内涝灾害韧性综合评估指标体系的基础上,运用CRITIC-TOPSIS组合模型与韧性发展度测算和分析了2022年珠三角城市群内涝灾害韧性的空间分布、维度差异与类别异质性,并采用障碍度模型识别了其障碍因子。结果表明:珠三角地区内涝灾害韧性空间分布上以广州、深圳为中心向周边递减,呈现“中心高四周低”特征;各城市在经济发展、社会生活、生态环境、基础设施与人口素养等维度的发展上具有显著差异性;在内涝灾害韧性抵抗力、适应力与恢复力方面广州、深圳两城具有显著优势,珠三角地区各城市总体处于“梯队式”发展趋势;经济发展是惠州、江门与肇庆的首要障碍因子,社会生活是佛山、东莞与中山的首要障碍因子,生态环境是广州与珠海的首要障碍因子。

基于DEM的水库下游洪水淹没演进过程研究

水库作为重要的水利工程在防洪减灾中发挥着重要作用,同时关系到下游广大人民的生命财产安全和经济可持续发展。为此,提出一种基于DEM的水库下游洪水淹没演进过程分析方法,并将其应用于周公宅水库下游区域洪水淹没演进过程研究中。结果表明,该方法能提高洪水淹没演进过程的分析效率,可实现水库下游洪水淹没演进过程模拟,且模拟结果符合山区河道的洪水淹没演进规律,可为水库洪水防御预案制定、下游洪水风险预警发布、避险转移工作开展提供数据参考和技术支撑。

基于改进智能算法水库群防洪优化调度研究

水库群防洪优化调度通过合理安排水库群的蓄泄水量,最大程度减轻洪水灾害。针对水库群防洪调度目标难以分解以及“维数灾”等问题,构建基于最大削峰准则的水库群防洪优化调度模型,利用轮库法有效降低维度并结合粒子群智能算法优化求解。以黄河花园口以上干支流的5座大型水库组成的混联水库群为例,开展典型年水库群联合优化调度,结果表明:相较于常规调度,优化调度方案能够削减防洪控制点的洪峰流量,平稳泄流过程,提高控制性水库的防洪可靠性,大大减轻黄河下游的防洪压力。

岩溶区洪水预报模拟研究——以阳朔金宝河流域为例

岩溶地区产汇流机制复杂,洪水预报的精度难以保证。为检验分布式水文模型(HEC-HMS)对岩溶地区山洪径流过程的模拟效果,以阳朔金宝河流域为例,利用水文气象及下垫面资料构建水文模型。基于修正的Morris筛选法分析模型的参数敏感性,并选取9场洪水进行模型参数率定和验证。研究结果表明:岩溶地区水文模型的主要敏感参数为径流曲线数(Curve Number,CN)、流域滞时、退水常数、峰值比和蓄量常数;参数对目标函数的敏感性随着雨强的增大而降低,且参数对峰现时间的敏感性受雨强影响较小;金宝河模拟场次洪水的径流深误差均小于20%、峰现时间误差均小于1 h,综合合格率为88.89%,平均Nash效率系数为0.85,达到乙级预报精度,遇龙河洪水预报同样也达到了乙级精度,表明所构建的模型对金宝河及其他岩溶山区小流域径流模拟具有良好的适用性;模型计算得出不同降雨重现期下易受灾点的预警时间和预警流量,可为该地区防洪预警提供依据。