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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

深圳河湾流域城市洪涝模型研究与应用

受强降雨频发和城镇化高度发展的双重影响,深圳市为提高遭遇强降雨时的预警预报和防汛应急决策能力,提升强降雨下的防汛处置前瞻性和准确性,以深圳河湾流域为试点片区,开展深圳河湾流域城市洪涝模型研究和应用。在此背景下,收集深圳河湾流域地形、管网、下垫面、河网、暴雨洪涝过程等资料,结合应用场景,构建了水文+河道的流域快速洪水预警调度模型及水文+河道+管网+地表的精细化城市洪涝模型。目前,深圳河湾流域洪涝模型基于流域不同时空尺度雨情、水(潮)情、工情等边界条件,已在“四预”、洪涝风险分析、应急事件分析、极端暴雨分析等方面取得了良好的应用效果,为高度城市化的洪涝风险精细化管理提供了重要技术支撑。

徐州市主城区特大暴雨防洪避险应对措施探讨

为加强对特大暴雨状况的预警和防范,提高防洪避险能力,减少人民群众损失,对1997年徐州城区历史特大暴雨及受灾情况进行了分析,研究了境内洪水灾害与内涝风险成因及易积易涝中高风险区,针对徐州城区防洪防涝短板,提出了健全组织体系、做好汛前准备、建立监测预报预警与叫应服务机制、实施城市防洪排涝提升工程、做好防洪避险应急处置措施等系列措施,为城市防汛抢险救灾、防洪排涝建设等工作提供参考。

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。

海委直属工程防汛检查工作效能提升的思考

描述了海委直属工程现状及其提升防汛检查的必要性和目的,详细介绍了2023年委直属工程开展防汛检查工作的基本情况和水库、堤防、水闸存在的主要问题以及检查的主要成效,指出了工作中存在的制度建设有待完善、工作能力有待提高、检查实效有待提升等不足之处,针对性地提出了完善制度建设制定防汛问题清单、加强队伍建设提高检查工作能力和紧盯问题整改提升防汛检查工作效能等措施。本研究可为开展水利工程防汛检查提供参考和借鉴。

基于GIS的哈尔滨市洪灾风险评价

基于洪水灾害基本理论,结合哈尔滨市洪水灾害特点,从洪水灾害的危险性和易损性角度,选取降水、地形、水系、人口密度、地均GDP、农林牧渔业生产总值和耕地面积比7个评价指标,构建哈尔滨市洪灾风险评价模型;采用层次分析法,确定各个评价指标的权重分配;基于ARCGIS的地图代数功能以及空间叠加功能,对区域进行洪灾风险综合评价。结果表明,南岗区整个区域以及延寿县及其周边部分区域处于高风险区;同时,以南岗区以及延寿县为中心区域,洪灾风险性从这两个地区向四周风险性逐渐降低;阿城市、依兰县以及松北西部部分地区为洪灾低风险区。

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。

江汉平原四湖流域排涝工程与调度策略对流域防洪安全影响研究

四湖流域地处江汉平原腹地,流域内地势低洼,洪涝灾害问题突出。针对四湖流域排涝工程建设情况,耦合自然径流模型、受控径流模型、河网一维水动力模型、湖泊调蓄演算模型,构建了四湖流域水文水动力模拟模型,以2016年、2020年为典型年,研究了排涝工程建设及不同调度策略对四湖流域防洪安全的影响。结果表明:排涝工程建设能够显著降低四湖流域中下区防洪压力,2016年、2020年暴雨条件下,洪湖洪峰水位分别下降1.19 m和1.41 m,洪峰水位由保证水位以上降低至警戒水位以下;实施长湖、洪湖联合调蓄能够有效提升四湖流域总体排涝效益,2016年、2020年暴雨条件下,在洪湖洪峰水位仅分别上涨0.05 m、0.16 m,且不超过警戒水位的条件下,长湖洪峰水位分别下降了0.73 m和0.40m,显著提升了四湖流域上区防洪安全性,但受制于水闸和渠道过流能力,长湖水位仍超过警戒水位。排涝工程建设整体上提高了四湖流域内河渠防洪安全性,除排涝河(西)、沙螺渠及螺山干渠在参与流域统排后平均最高水位有一定上涨外,其余主要河渠平均最高水位均有所下降。排涝工程建设能够降低四湖流域中下区对新滩口泵站和高潭口泵站的依赖,2016年、2020年暴雨条件下,两座泵站排水总量占流域排水总量的占比下降13.23%~19.35%,洪湖防洪安全性得到了提升;实施长湖、洪湖联合调蓄能够提升四湖流域上区防洪安全性,降低田关泵站排涝压力,联合调蓄实施后,2016年、2020年暴雨条件下田关泵站排水总量分别下降60.97%和57.23%。本研究能够为江汉平原四湖流域提升排涝工程运用水平,增强防洪保安能力提供参考。

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。

太湖流域超标洪水应急调度效益评估

太湖流域水利工程众多、调度复杂,科学评估水利工程洪水调度减灾效益对流域制定工程方案、预案具有重要意义。采用太湖流域洪涝淹没仿真模型及太湖流域洪灾损失评估模型,可模拟不同情景下的流域河网水位、水量及洪水淹没情况,并根据洪水淹没特征分布,评估不同水工程调度后的洪灾损失。以太湖流域发生2020年超标洪水为背景,分别模拟了采用常规调度方案和应急调度方案两种情景下太湖流域洪涝灾害情况,评估了采用超标洪水应急调度方案在2020年洪水防御中发挥的减灾效益。结果表明:采用超标洪水应急调度方案在发挥水利工程减灾效益方面作用明显,尤其是可提高太浦河、望虞河两条太湖主要泄洪河道的排水能力,可降低太湖水位0.31 m,缩短高水位持续时间1~22 d,减少淹没面积180.1 km^(2),减少流域直接经济损失约16.2亿元。研究成果可为太湖流域洪水调度方案、预案制定工作提供参考。

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。