基于等效水量法的城市内涝模型实时订正技术研究

为解决现有城市内涝模型在模拟计算时的输入场通常仅考虑降雨量及先期预先设定的相关参数,无法将实况积水数据代入模型对模拟结果进行实时订正,使得模型计算结果与实际存在偏差较大的问题,采用模型计算结果与积水监测数据实时同化确定模型中产汇流系数和排水系数,提出一种基于等效水量法的城市内涝模型实时订正方法。以石家庄市城市内涝仿真数学模型为应用案例,选取典型暴雨个例进行效果验证,结果表明实时订正后的模拟积水值更能较好反映出实际积水情况,模拟值与实况值的一致性指数从订正前的0.72提升到了订正后的0.96,通过订正技术显著提升了模型的计算精度。

广州城市暴雨内涝模型模拟效果评估

基于水动力方法构建的广州城市暴雨内涝模型,结合精细化降水预报,对内涝点的积水深度及风险等级进行模拟,结果表明,模型对近两年内涝点内涝风险等级命中率达65%,对总降水量为50~100 mm的降水过程命中率最高为72.8%。模型对2020年“5.22”特大暴雨过程模拟的积水深度和实况相比偏弱,误差主要分布在30 cm以内,大约占64%,大部分模型模拟积水深度偏小,主要位于广州中北部地区;此外,模型对积水1m以下内涝点的积水有不错的模拟能力,而对2m左右的深积水模拟能力还有限。不同重现期雨情下,广州中心城区的降雨量和历时越大,积水面积越大。1 h重现期雨情下,积水深度一般在20 cm以下,部分在20~59 cm;3 h降雨情景下,积水明显加深,积水深度一般在20~59 cm,部分在0~20 cm和60~119 cm。总体而言,模型模拟结果与实测内涝积水情况基本一致,模型准确度可满足业务需求。

城市二维内涝模型的GPU并行方法

针对二维水动力模型应用于城市内涝模拟时,在大尺度区域或精细分辨率情形下运行耗时过长的问题,通过耦合SWMM模型和LISFLOOD-FP模型构建城市内涝模型,采用GPU的并行计算技术加速城市二维内涝模型。以盐城响水县城区的内涝模拟为例,对并行模型的效率进行分析,结果表明,基于GPU的并行计算技术可以显著提升模型运行效率,在5 m分辨率下能够8 min内模拟12 h的内涝事件,可用于突发内涝事件下的快速响应;并行模型的加速效果在更高的空间分辨率下表现更明显,在2 m分辨率下取得最高10.86倍的加速比;要最大化发挥GPU计算效率,首先需要单步长有较大的计算量,其次是要尽量减少与GPU的数据频繁传输导致的额外开销。

外洪溃堤一、二维耦合模型与内涝模型叠加在防洪保护区内的应用探讨

针对防洪保护区河道洪水的漫滩、溃堤及其与内涝叠加耦合预测的难题,以模拟溃堤洪水遭遇区域内涝情况下洪水演进过程为目标,采用基于非结构网格的Roe格式离散控制方程,利用Mike-flood提供的标准连接、侧向连接实现一维与二维模型间的耦联,将溃口口门概化为宽顶堰并添加控制策略实现堤防溃决模拟。采用二维水动力模型耦合降雨径流关系计算净雨过程,建立与区域内涝模型叠加联用的一、二维水动力耦合模型。以中运河南片防洪保护区内洪水演进为例进行分析,结果表明:中运河右堤胡家险工溃决后,洪水向下游演进至房亭河与中运河交汇处的运西洼地内,最大淹没水深位于房亭河与中运河交汇处。模型能够较合理的反映区域内涝分布、地形及主要道路和涵洞对洪水演进的影响,可为区域内防洪抢险工作提供可靠依据。

基于简化内涝模型的上海城区内涝危险性评价

根据城市的特征,基于SCS模型和GIS空间分析功能构建了一个简化的城市内涝模型(SUWM)。该模型主要由城市地形模型、城市降雨径流模型以及GIS空间分析模型构成。选取上海市中心城区对暴雨内涝进行模拟并进行危险性评价。结果显示:①不同概率的降水引发的内涝危险性不同。总体上,降雨量越大,形成的内涝积水越深,危险性也就越大;②相同概率的降水引发的内涝危险性在不同区域也不相同。总体上,杨浦、长宁和虹口区内涝危险性最高;徐汇、普陀和闸北区内涝危险性处于中等水平;静安区、黄浦区和卢湾区内涝危险性最低。

下凹式立交桥内涝模型构建方法及原因分析

以北京市GQM下凹式立交桥区排水系统为研究对象,CAD文件数据为基础,应用InfoWorks ICM建模软件,模拟GQM下凹式立交桥排水系统。通过基础数据整理、一维管网模型、二维地面模型的建立以及旱天、雨天模型校核,建立GQM桥区InfoWorks ICM内涝模型,为其他下凹式立交桥数学建模提供参考。通过模型结果的分析以及桥区现况的勘察可知下凹式立交桥的积水原因主要有桥区雨水口数量不足、布局不合理,管道、泵站设计标准偏低等,为规划改造下凹式立交桥区排水系统提供了直观的依据。

天津市典型区域立体多重城市内涝模型研究

以天津地区典型的津河局部地段作为研究对象,结合城市地理信息和排水管网运作方式,重新构建城市内涝模型,将河网、路网、管网和社区的计算网格分层划分,形成相对独立的河网、路网、管网和社区的计算模拟体系,通过对城市内涝数学模型进行改进,形成分区分层与立体多重的城市内涝计算模式。选取2009—2015年天津地区的10次降雨过程,结合排水部门提供的城市积水信息和河道水位数据,对建立的立体多重城市内涝模型的模拟结果进行验证。结果表明:建立的天津地区立体多重城市内涝模型模拟的最大积水深度与实况积水深度误差绝对值小于10 cm的降水过程,占模拟的2009—2015年天津地区全部降雨过程的88%,模拟的液面过程与实测液面过程的变化趋势一致,模拟的河道水位与实况水位的统计平均误差均小于10 cm,水量平衡的相对误差为0。可见,建立的天津地区立体多重城市内涝模型可以有效的模拟城市河道的水位和城市积水的变化。

城市内涝模型虚拟仿真教学系统

为满足应用气象专业城市气象学课程实践教学的需要,论文基于城市内涝模型,采用Visual C#语言和ArcGIS Engine开发引擎,开发了城市内涝模型虚拟仿真教学系统。系统包含地图操作、参数设定、模型模拟、制图功能和交互答题五个部分,方便学生学习与模型运行操作。该虚拟仿真教学系统已成为城市气象学课程的重要实践平台,有效提高了学生在城市内涝模拟和模型运行等方面的能力。

沿海城市潮、雨遭遇下内涝模型及应用

以海南省海甸岛为例,基于带有地表属性信息的高精度DEM地形网格,依据城市分区精细产流方法计算产流,以分段线性化方式拟合实际雨水管网排水能力曲线,并建立了排水能力与潮位新型函数关系式,将水陆边界条件处理为可双向过水的模型边界,最终将地表产汇流模块、地下管网水动力模块和潮(洪)水漫滩淹没模块三者耦合,建立沿海城市潮、雨遭遇内涝模型,探讨潮、雨遭遇情况下城市水情和涝情特征及差异。结果表明,潮、雨遭遇情景下城市内涝整体情况更加恶化,积水面积剧增;不同区域内涝恶化原因不同,临海区域主要是潮水倒灌引起,城区内部区域恶化主要是高潮位顶托下内水无法外排所致;对比单独降雨下,典型内涝代表点积水深度平均增加0.22 m,积水历时平均增加7.70 h,深度积水持续时间显著延长。

基于GIS的台州临海暴雨内涝模型研究

该文基于笔者参与的国网浙江省电力公司科技项目,以基于GIS的台州临海暴雨内涝模型为研究对象,论文首先分析了暴雨内涝成因,进而基于GIS构建了内涝仿真模型和内涝模型,以供相关人士参考与借鉴。

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。

基于SWMM模型的城市内涝模拟分析——以芳村围排涝片为例

芳村围排涝片是广州市荔湾区内一重要排涝片,研究其内涝模型对广州市内涝工作具有重要意义。以芳村围排涝片内8个易涝点为例,利用SWMM与GIS技术相结合构建内涝模型,每个内涝点至少用3组实测降雨-积水数据对模型进行参数率定和验证。以此为鉴,基于实测降雨数据对率定后的城市内涝积水深度模拟。结果表明,在实际降雨的情况下,模型可以准确预测出芳村围排涝片内易涝点是否会发生内涝以及内涝等级,并展示出在各易涝点内涝峰值时刻。精准的模拟效果为广州市城市内涝治理提供了重要的依据。

基于内涝数学模型的雨水与竖向规划优化研究

针对目前雨水规划和竖向规划存在的诸多问题,在城市新开发区域采用InfoWorks ICM软件构建“排水管道、河道与地表耦合”模型,对雨水和竖向规划初步方案进行区域内涝数学模型分析。结合模拟结果在内涝防治方面存在的问题对规划方案进行反复调整,多轮推算并结合土石方投资分析,得到雨水管网规划和地面竖向规划的最优方案,优化提升区域总体规划方案,提高规划设计的安全性、科学性和准确性,实现社会效益和经济效益的有机统一。

深圳市罗湖区城市典型内涝点内涝成因及风险分析

城市化的不断发展以及极端强降雨事件频发加剧了城市内涝灾害,通过开展城市内涝风险研究、分析成因及风险分布,对城市内涝灾害防御及治理具有重要意义。选取了深圳市罗湖区2019—2022年汛期历年均出现内涝积水的爱国路与太宁路交叉口作为典型风险点,基于自主研发DHM Urban,构建片区城市内涝模型,模拟分析了2019年“4·20”、2020年“5·31”、2021年“8·4”、2022年“5·12”典型场次暴雨;模拟结果与实际积水相对误差为-12.5%~5.0%,满足精度要求。经初步分析,该片区内涝受排水系统、地形、下垫面和降雨等因素的综合影响。利用模型进行100年一遇内涝防治标准的评估分析,该片区将出现严重内涝风险,片区总积水面积达30.1 hm^(2),占比7.3%,其中爱国路与太宁路交叉口最大积水深度达1.2 m。通过城市内涝模型评估不同降雨条件下的内涝风险可为内涝防御及治理提供重要参考。

基于城市内涝模拟的管网排水能力及内涝风险评估研究

选取东北地区某片区为研究区域,利用InfoWorks ICM软件建立一维/二维耦合城市内涝模型。模型模拟结果显示,在1年一遇、3年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇、30年一遇的设计降雨情景下,研究区内均有超过50%的排水管网处于超负荷状态;在3年一遇降雨的标准下,研究区雨水管网排水能力达标率仅有27.7%;在30年一遇的设计暴雨情景下,研究区域内多处产生严重积水,积水深度最高达1.2 m,城市内涝高风险区主要位于八面通街和乌苏里路附近。为提高城市内涝应急管理效率,在内涝风险等级评价的基础上提出城市内涝智慧化管理方案,可为城市应急管理部门防涝管理工作提供参考。

平原城市高度建成区暴雨内涝模拟及防治研究

针对平原城市高度建成区暴雨引发的城市内涝问题,以珠三角城市东莞市为例,基于MIKE FLOOD平台,利用MIKE URBAN、 MIKE 11和MIKE 21构建了城市内涝耦合模型。同时,结合历史暴雨事件提出一种长历时暴雨设计雨型,分析50 a一遇设计降雨重现期下东莞市中心城区暴雨内涝过程和积水特征,提出改善“大排水系统”排水能力的内涝治理措施并评估其实施效果。结果表明:东莞市中心城区内涝的主要原因为河道水流顶托及道路排水不畅,河道拓宽整治结合道路竖向调整可使管网溢流程度降低45%,内涝淹没面积减小73%。提高研究区内河、道路排水通道等“大排水系统”的排水能力对改善研究区域的内涝现状效果显著。研究成果可为平原城市高度建成区的内涝治理提供技术支撑。

分区层化立体多重天津城市暴雨内涝模型研究

该文以城市下垫面空间差异性分区为重点,重新构建天津城市暴雨内涝模型,以城市地表与明渠河道水流运动为主要模拟对象,基本控制方程以平面二维非恒定流的基本方程为骨架,将河网、路网、管网和社区的计算网格分层划分,形成相对独立的河网、路网、管网和社区的计算模拟体系,形成分区分层和立体多重的模型计算模式。针对2018年7月24日台风'安比'降雨过程造成的天津城区内涝灾害,结合自动积水监测数据,对模型模拟结果进行验证,结果表明,内涝模型模拟的积水监测点最大积水深度与实况积水深度平均绝对误差小于0.1m,模拟积水过程与实况积水过程变化趋势基本一致,一致指数达到77%,模型具有一定的模拟精度。

滨海丘陵城市内涝灾害风险评估方法优化研究

为提升滨海丘陵城市内涝风险评估方法科学性和准确性,以青岛市东部城区海泊河、李村河、张村河及沿海流域为例,基于传统层次分析法,耦合ArcGIS空间分析技术与InfoWorks ICM内涝数学模型,优化传统城市内涝风险评估方法。结果显示,在传统积水深度因子评价基础上,增加积水时间、积水流速、地形特征、城市要素等特征因子评价,利用内涝数学模型定量分析积水因子影响,通过ArcGIS技术叠加分析各类因子得到高、中、低内涝风险等级区,可准确反映不同程度内涝灾害风险空间分布特征,为制定针对性防灾减灾救灾措施提供有力支撑。

城市内涝模型参数灵敏度分析与方法比较

频发的内涝灾害给城市运行和管理造成了严重影响,尤其是道路交通。针对道路上的典型内涝点建立城市内涝模型,以积水过程为目标函数计算暴雨情景下各参数的灵敏度,并比较局部灵敏度分析与全局灵敏度分析两类方法对参数灵敏度计算结果和排序的影响。结果表明,管道曼宁系数是最灵敏参数,其灵敏度远大于其他参数;在局部灵敏度分析中,步长越小则参数灵敏度的可区分性越大,且灵敏度随参数初始值变化而剧烈波动;全局灵敏度分析得到的参数灵敏度取值较稳定,且参数灵敏度排序也较为稳定。

基于城市暴雨内涝数学模型的福州内涝灾害风险评估

以福州市城区地表和明渠河道为主要模拟对象,结合福州市城区高精度地理信息、排水设施、排水运作方式等数据,建立福州城市暴雨内涝数学模型。利用该模型对福州市历史上3次典型降雨过程以及不同重现期降雨造成的城区内涝灾害进行模拟。对模型的模拟结果与实况积水进行评估表明,3次降雨过程的模拟与实况积水深度绝对误差小于10 cm的积水点分别占比为50%、78%、76%。模型对雨强较大的短时强降雨过程,模拟效果稍差,模拟积水比实况积水整体偏小;对长时间、雨强比较平均的降雨,整体模拟效果较好。利用模型对不同重现期降雨下福州市城区内涝灾害风险进行评估表明,模型能够客观反映不同重现期降雨过程下福州市城区内涝灾害风险分布。