我国沿海地区城市洪(潮)涝成因及应对策略——以深圳市为例

沿海地区受地理位置、全球气候变化和城市化快速发展等影响,城市洪(潮)涝灾害频发,已成为影响我国沿海地区城市公共安全的突出问题,严重制约经济社会可持续健康发展。根据城市水文循环过程,综合考虑致灾因子、孕灾环境和承灾体等,将沿海地区城市洪(潮)涝成因概括为“先天不足—后天变化”两个方面,并以深圳市为例进行了深入分析。在此基础上,从提高防洪(潮)和排涝能力,协调防洪、除涝、排水标准,科学规划城市发展,充分考虑地下空间竖向设计,全面加强流域统一管理5个方面提出沿海地区城市洪(潮)涝应对策略,为沿海地区城市防洪(潮)、除涝工程体系建设和城市洪(潮)涝风险管理提供支撑。

我国主要河川径流演变规律与归因及其区域特征

从径流演变规律主要分析方法和主要河川径流演变规律、径流主要归因方法和主要河川径流归因分析、案例分析、我国主要河川径流演变规律与径流归因分析区域分布特征4个方面系统总结和梳理了我国近年来在主要河川径流演变规律与归因及其区域特征研究方面取得的主要研究成果。结果表明:Mann-Kendall非参数趋势检验方法是较为常用的径流演变规律分析方法,水文模型法、统计分析方法和Budyko假设的流域水热耦合平衡方法是进行径流变化归因分析的常用方法,其中Budyko假设的流域水热耦合平衡方法应用较为广泛;我国主要河川径流量除西北诸河和西南河流源区部分河流呈增加趋势外,其他区域河川径流大多呈减少趋势;人类活动是引起我国主要河川径流变化的主要原因。

城市洪涝治理与韧性城市建设:变革、创新与启示

我国城市洪涝治理经历了从工程措施到工程与非工程措施并举,从洪涝分治到洪涝统筹,从城市局部治理到流域系统治理的重大转变。特别是海绵城市和韧性城市理念的引入,显著提升了城市洪涝治理水平,促进了城市可持续发展。经过多年探索与实践,我国在技术应用、政策管理、公众与社会参与等方面取得了显著进展,城市洪涝模拟与风险评估取得重要成果,监测感知系统日趋完善,预报预警技术取得突破,应用场景更加广泛;跨部门协作与联动机制、政府与社会资本合作模式的提出,高效信息传播机制和公众参与程度的加强,均显著增强了城市应对洪涝灾害的能力,为防洪减灾工作提供了有力支撑。借助北斗卫星、激光雷达、物联网、人工智能、大数据等先进技术,我国持续推进数字孪生流域、国家水网与区域水网建设,为洪涝治理和水利高质量发展提供了重要支撑。今后,城市洪涝治理将继续朝着系统化、智能化、生态化方向发展,面对新时代的机遇与挑战,应结合海绵城市与韧性城市建设,坚持系统治理、坚守底线思维、坚持创新发展,通过全局性谋划和整体性推动,不断提升水旱灾害防御水平和水安全保障能力。

基于精细化空间格局的城市承灾体脆弱性评估

针对目前流域内部跨行政区单元空间精细化模拟并用于评估城市洪涝灾害工作的空白,本文着重聚焦精细化经济指标空间分布并将多源数据融合,构建了基于精细化空间格局的城市承灾体脆弱性评估体系,量化了深圳河流域脆弱性等级。研究结果表明:单一数据不足以准确模拟流域GDP密度,结合多源数据是进行GDP空间精细化更加有效的办法;深圳河流域GDP密度与第二、三产业空间化结果显示出高度一致性,产值密度最高达617214万元/km^(2);流域两岸脆弱性等级存在显著差异和区域特征,深圳侧脆弱性明显高于香港侧,高脆弱性地区约占流域面积的8.8%。研究结果有助于识别灾害危险性大小和损失程度,提高城市洪涝灾害评估的精确性。

晋城市不同区域洪涝驱动要素分析

兼顾城市不同空间特征的内涝问题,是提升城市防洪排涝能力的关键.本文以晋城市主城区为例,针对不同开发程度的管网密集区与管网稀疏区2类下垫面,构建SWMM-ICM-WCA2D模型,模拟不同降雨情景下管网排水与地表淹没状态,分析城市内涝驱动要素.结果表明:管网密集区的内涝积水主要受降雨强度、管网排水能力和地形特征的影响,主城区现状管网设计标准较低,5 a一遇降雨条件下排水容量已趋于饱和;管网稀疏区高程≤751 m的淹没区水深较大,其余高程大的区域积水深度较小而流速较大;不同降雨情景下,管网指标与淹没要素间均表现出较强的相关性,特别在高水深(>1 m)时的联系更为密切,相关系数>0.78.

基于SWMM与LISFLOOD-FP耦合模型的城市街区内涝模拟研究

为了评估高度城市化建设背景下暴雨侵袭时城市街区内涝灾害的演变过程,以北京市海淀区清河流域某典型排水分区为研究对象,构建了基于SWMM与LISFLOOD-FP模型的水文水动力耦合模型。选择P20210712、P20210718和P202108233场实测降雨率定和验证模型参数,并应用于P20210703实测降雨的预测,同时选取降雨重现期分别为10、20、30、50 a的长历时(24 h)设计降雨情景进行内涝模拟分析。结果表明:3场实测降雨条件下模型的纳什效率系数分别为0.76、0.68、0.71,模型参数设置合理;P20210703实测降雨条件下,模型模拟所得淹没范围、淹没水深与实际观测情况较为吻合,耦合模型精度较高;4种不同降雨重现期的长历时设计降雨情景下,溢流节点数和溢流总量均随降雨重现期的增大而增加,淹没深度大于1.00 m的淹没面积从降雨重现期为10 a的0.024 km^(2),增大到降雨重现期为50 a的0.345 km^(2),主要集中在上地下凹桥区、安宁庄西路、安宁庄中街、安宁庄路等位置,与观测情况吻合较好。

河流生态系统健康评价——以银川市典农河为例

近年来,随着我国经济社会的快速发展,水资源开发力度和利用率不断增加,导致个别水域水生态系统发生退化,河流生态系统健康评价成为当前水环境治理和保护的重要基础性工作。文章梳理了国内外近十几年来的河流生态系统健康评价研究进展,归纳了河流生态系统健康评价的内涵;总结了河流生态系统健康评价的主要方法;并以银川市典农河为例,构建了以水生生物、水体生境、水环境质量与水资源4个准则层共22个指标层的评价指标体系。评价结果表明,典农河生态系统健康状态为一般,水生生物中,物种丰度以及多样性较高,基本处于亚健康状态;水资源指标中,典农河健康状态较差,后期需重点关注水量调度与生态补水,以维持典农河生态系统健康。最后,针对未来河流生态系统健康评价提出了一些建议。

基于元胞自动机技术的城市洪涝过程模拟——以济南市主城区为例

以济南市主城区为研究区,构建元胞自动机CAflood模型,采用6场历史暴雨过程数据验证模型,并模拟6种不同重现期下主城区洪涝过程,评估受灾状况.结果表明:1)6场历史暴雨过程实测值与模拟值平均误差为0.044 m,表明本文构建的CAflood模型模拟效果良好,可用于济南市城市洪涝淹没模拟;2)随着重现期增大,最大淹没水深h≤0.5 m的安全区域面积占比始终最大,约70%,其他各受灾状态面积均有所增加,且增长趋势先快后缓.其中>1~2 m的中度受灾区面积增速相对最高,由遭遇1 a一遇降雨时的0.97 km^(2)增大至100 a一遇降雨时的6.15 km^(2),增加5.3倍;3)基于淹没深度进行洪涝风险区划,区划结果可为城市防灾减灾提供一定参考依据,但区划图中重灾区与历史洪涝灾害伤亡地点有明显差别.表明在洪涝灾害风险评估中,仅考虑洪涝模拟结果,不考虑社会因素,其结果存在一定的局限性.

基于SWMM和InfoWorks ICM的城市街区洪涝模拟与分析

针对我国城市日益突出的洪涝问题,以福州市主城区某街区为例,基于SWMM与InfoWorks ICM构建了城市街区尺度洪涝模拟模型,基于差分进化算法率定SWMM关键参数,并在不同的降雨情景下,模拟了城市街区地表内涝淹没与危险性分布,并对比评估了模拟结果的可靠性。结果表明:基于差分进化算法率定得到的SWMM参数具有较好的效果,两次洪峰的模拟水位和实测水位误差均在1%以内;10 a、20 a、50 a和100 a 4种重现期降雨驱动下,研究区淹没面积分别为3.14 hm^(2)、3.37 hm^(2)、3.61 hm^(2)和3.72 hm^(2),重现期从10 a到100 a,总淹没面积占比由27.40%上升到32.46%;基于SWMM与ICM耦合的模拟方式在研究区具有较好的适用性。

福州晋安河片区海绵改造对城市内涝的影响

为研究海绵改造对城市洪涝的影响,有效提高城市对洪涝问题的韧性,对福州市晋安河片区海绵改造效果进行分析。基于InfoWorks ICM模型对片区管网、地表、河道进行耦合模拟,设计了7种海绵改造方案,对各方案计算结果进行评估,并进一步选择琴亭湖附近典型排水片区,量化分析了海绵城市建设与湖库联合调度协同措施下片区的内涝响应。结果表明:构建的洪涝模拟模型能有效模拟晋安河片区暴雨内涝过程,不同的海绵改造措施对最大淹没面积、溢流节点数、超载管道数以及主河道不同断面水位的影响有所不同;全域海绵改造与管网优化组合的方案作用下,模拟得到的海绵改造综合效益最优。苏迪罗台风降雨驱动下,典型排水片区在无海绵改造措施下的总淹没面积为22.87 hm^(2),采用可持续的城市排水系统(SUDS)措施后,淹没面积减小为22.48 hm^(2),进一步加入调度规则,总淹没面积减小为9.83 hm^(2),仅采用源头海绵改造措施在面对极端降雨时效果有限,结合SUDS与湖库调度可以有效减缓内涝问题。

深圳河流域城市洪涝风险分析

日益严峻的城市洪涝灾害严重威胁着城市安全和可持续发展,准确评估城市洪涝风险对于保护人民群众生命财产安全至关重要。本研究基于元胞自动机洪水模拟模型构建深圳河流域洪涝仿真模型,采用综合主观层次分析法和客观权重赋权法的博弈论组合赋权法对各指标赋权,评估和预测不同降雨情景下深圳河流域城市洪涝风险。结果表明:深圳河流域城市洪涝高风险区存在典型的时空差异,随着暴雨重现期的增加,面积占比从2年一遇的0.20%增加到100年一遇的0.82%;中低风险区面积占比从2年一遇的67.4%减少到100年一遇的64.7%。研究结果可有效识别深圳河流域洪涝风险分布,为完善深圳河流域洪涝综合防治体系,提升城市洪涝防御能力和韧性提供借鉴与参考。

高寒流域水文模拟与径流水源解析——以雅鲁藏布江帕隆藏布上游流域为例

为深入研究高寒流域河川径流的水源解析,选取雅鲁藏布江帕隆藏布上游流域为研究区,采用月流量、遥感积雪面积数据、实测冰川径流数据等多目标率定方法,改进单一依靠流量数据率定模型的方法,基于SPHY(Spatial Processes in Hydrology)水文模型开展水文模拟及径流组分研究,提高了总体建模质量.结果表明:在率定期和验证期Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.95和0.94,模型具有较好的适用性.降雨径流、融雪径流、冰川径流和基流作为径流来源,占总径流的比例分别为10%、25%、45%和20%,冰川径流和融雪径流是最重要的补给来源.月尺度上,冰川径流在7-8月占比最大,融雪径流在4-6月占比最大,降雨径流在各月占比最小.冰川径流占比最高,短期内可提供更多水资源保障社会经济发展,长期而言冰川径流将逐渐减少,造成水资源短缺.因此,当地需提高应对径流变化潜在风险的策略.

深圳河流域内陆侧洪涝风险分析

基于致灾因子、孕灾环境、承灾体与防灾减灾能力四大风险要素对深圳河流域内陆侧的洪涝风险进行分析,构建以雨、洪、潮叠加的复杂致灾因子危险性和高度城市化带来的高易损性为特征的沿海城市洪涝灾害风险评价指标体系,用层次分析法修正熵权法以确定评价指标的权重,得到洪涝的危险性风险、易损性风险和综合风险区划。结果表明:福田区西南部至罗湖区西南部是极高危险性与极高易损性的统一体,在防洪减灾中应予以较全方位的重点防护,其他低易损性且高危险性地区只需根据主导的危险性因子给予有所侧重的防护措施;构建的沿海城市洪涝灾害风险评价指标体系可为政府防灾减灾规划与防洪应急响应提供必要的参考依据,亦可为防灾资源分配和灾后恢复重建提供有效信息。

晋城市片区洪涝过程响应分析与马路行洪模拟

以晋城市金村区为例,利用SWMM与ICM-2D模型进行多情景洪涝过程模拟,分析降雨雨型与下垫面对晋城市片区内涝的影响;构建双层SWMM模拟马路行洪,分析金村大道和珏山路的淹没特征,并与ICM-2D模型模拟结果进行对比验证。结果表明:随着雨峰系数与降雨重现期的增大,地表洪水总量、淹没范围与水深增大,危险性等级提高;同一降雨重现期下的雨峰与洪峰间的时间间隔随雨峰系数的增大而减小;当52.53%的下垫面转化为不透水面时,同一降雨重现期下的综合径流系数约增加0.5;金村大道市委党校路段与珏山路水西村路段是主要易涝区,淹没面积分别为0.50 hm^(2)和1.31 hm^(2);双层SWMM在识别易涝点与推求洪水淹没要素方面具有较好的适用性。

基于SWMM和InfoWorks ICM模型的大红门排水区暴雨内涝模拟

为探究不同暴雨情景下北京市大红门排水区内涝过程演化规律,构建SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合城市暴雨内涝模型,模拟分析了大红门排水区不同重现期降雨下管网排水能力、地表淹没情况及内涝危险性。结果表明:SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合模型在大红门排水区暴雨内涝模拟中具有较好的适用性;大红门排水区70%以上的管道排水能力不足5年一遇设计标准,随着降雨重现期增大,溢流节点和超载管道数量增多,超载时长增加,但溢流节点超载时长增幅减小;易涝区和中高危险区主要分布在大红门排水区中部和东南部下凹桥区;随着降雨重现期增大,内涝区积水深度增加、积水范围扩大,0.2 m以上水深区域占比增加,低危险区主要向高危险区转化,较少向极高危险区转化。

基于物理机制的城市汇水单元降雨径流特性研究

【目的】城市下垫面透水面与不透水面之间错综复杂的空间关系使得城市地表降水径流关系变得更加复杂,与此同时,现阶段城市产汇流数值模型的产流计算模块仅停留在不透水地面产流量和透水地面产流量简单叠加的阶段。因此,有必要深入开展城市复杂下垫面径流机理研究,以便能够为城市内涝防治与治理提供理论基础和科技支撑。【方法】通过耦合一维垂向土壤水分运动方程和二维地表浅水方程,构建了适用于城市复杂下垫面的产汇流数值模型,结合室外水文观测试验对数值模型参数进行率定与验证。在此基础上,以汇水单元为计算尺度,就不同汇流模式下城市不透水面积比对城市地表产流系数的影响进行了定量描述。【结果】采用多场场地降雨径流监测结果对所建模型参数进行率定,且模型模拟精度验证结果表明,不同降雨径流过程的纳什效率系数分布在0.71~0.88之间,模型模拟效果较好。【结论】研究表明,在不同汇流模式下,不透水面积占比与径流系数呈线性函数关系,“有效不透水型”汇水单元的场次径流系数要略高于“无效不透水型”汇水单元的场次径流系数。

城市化下产汇流参数不确定性分析及洪涝模拟--以晋城市金村区为例

识别敏感参数,降低模型不确定性,是提高城市雨洪模拟结果科学性与准确性的重要步骤之一。本文以晋城市金村区为例,构建城市洪涝模拟模型,分别采用局部和全局方法识别敏感性参数,同时分析不同下垫面特征的参数敏感性。基于敏感性分析,模拟不同降雨情景和城市化进程中不同下垫面的洪涝特征值。结果表明:不透水区洼蓄量较敏感;降雨重现期增大,最大下渗率局部敏感性增强而全局敏感性减弱;硬化地面较多区域,不透水面相关参数较为敏感;不同区域洪涝特征值均随重现期的增大而增大;同一重现期下,特征指标值随城市化进程分布更加集中。本研究可以为城市分布式雨洪模型参数不确定性分析与洪涝特征响应分析,以及城市韧性提升提供一定的参考。

局部管道改造对内涝风险的影响--以晋城市金村区为例

城市洪涝灾害是社会经济可持续发展的制约性要素。针对城市雨水管网提标需求与改造空间受限的矛盾,论证局部管网改造可提升全域的内涝控制效果:构建水文水动力耦合模型,结合易涝区识别设计管网改造方案,在当地防洪排涝设计重现期下进行改造前后的内涝要素分析和融入多源数据的洪涝风险评价。改造结果显示,3a与30a一遇降雨下,重病态管线长度分别减少1990m与921.6m;节点溢流量分别削减73.61%与55.13%;洪水危险率“极高”等级区面积下降72.9%;洪涝极高风险区面积下降17%。研究结果为城市雨洪过程控制和降低区域内涝风险提供了优选方案,综合风险评价可为当地防灾减灾规划与防洪应急响应提供必要的参考依据。

高寒区多源降水产品精度与水文模拟效果评估——以雅鲁藏布江流域和拉萨河流域为例

卫星降水产品在缺资料地区开展水文气象研究及径流模拟中发挥着至关重要的作用,然而卫星降水产品的精度可能会影响径流模拟效果。采用多种统计指标和VIC水文模型综合评估5种卫星降水产品(CMORPH-BLD、GSMaP_Gauge、CMFD、MSWEP和PERSIANN-CDR)在雅鲁藏布江流域的精度和拉萨河流域的水文模拟效果。结果表明:(1)CMORPH_BLD和GSMaP_Gauge在少雨季存在低估,CMFD在少雨季与观测值具有很好的一致性。MSWEP和PERSIANN-CDR在多雨季和少雨季存在高估。降水量方面,CMORPH-BLD和CMFD均较为接近观测值,其他降水产品存在不同程度的高估。(2)日尺度上,除CMFD外其他卫星降水数据与观测值具有较小的相关性(0.26~0.45),CMORPH-BLD和CMFD和观测值具有较好的一致性,CMFD和MSWEP探测小降水事件(0.1,0.5,1 mm/d)的能力优于GSMaP_Gauge。各卫星降水产品在探测强降水(2,5,10 mm/d)方面能力不足。日降水2 mm/d的降水阈值为各分类指数的变化点。(3)月尺度上,各降水产品与观测值具有很强的相关性(0.73~0.99),CMFD和CMORPH_BLD的精度较高,其他产品稍微偏低。(4)CMFD水文模拟效果最好,CMORPH-BLD次之,MSWEP产生令人满意的模拟结果,GSMaP_Gauge和PERSIANN-CDR表现不佳。CMFD和CMORPH-BLD在雅鲁藏布江地区水文气象研究及径流模拟中具有较大优势。研究结果对该地区的水文气象应用及水文水资源研究具有重要意义。

土地利用变化对流域产汇流的影响:以济南市黄台桥以上流域为例

【目的】为探究城市化推进对流域产汇流的影响,降低洪涝危害,分析不同城市化阶段下产汇流与土地利用间的响应关系必不可少。【方法】以济南市黄台桥流域为例,采用长时序土地利用数据,基于CLUE-S模型预测未来土地利用情况,构建SWMM(Storm Water Management Model)模型,分析了不同下垫面与降雨情景下研究区的产汇流变化情况。【结果】结果表明:(1)研究区城市化未来将以平均1.51 km2/a的速度向西北方向推进;(2)城市化对不同重现期降雨产汇流过程均产生显著影响,洪峰流量对高城市化率的响应更显著;(3)城市化对低重现期降雨产汇流过程影响更显著,重现期由1 a一遇增加为5 a一遇时,更高的城市化阶段洪峰流量增幅较更低的平均高出27.59%。【结论】过去随城市化持续推进,建设用地不断增加导致城市面临的防洪压力提高。预计2030年洪峰流量将继续增大、峰现时间提前,在特定地段增设管道节点增加排水能力,可以有效降低洪涝灾害发生的风险。