密集建筑物对城市洪涝模拟的影响研究

飞速发展的城镇化进程,使得城市建筑物数量繁多且密度增大,密集建筑物下的城市洪涝情况变得更加复杂,给城市洪涝模拟带来了严峻的挑战。城市水文模型是城市洪涝研究的关键手段,基于洪水分析软件IFMS,以广州市天河区猎德涌流域为例,构建城市管网和地表二维耦合模型并以实测资料对其进行验证,后采用高精度数字表面模型(DSM)分别对10、20、30、50 m分辨率的网格进行高程插值,选定以建筑物为研究对象时模拟精度最高的网格分辨率;在选取最佳网格分辨率后,采用高精度数字高程模型(DEM)和DSM插值网格高程,通过用DSM刻画地表建筑物与DEM形成对比情景,探索密集建筑物下城市洪涝的现状情况。结果表明:当网格分辨率从10 m增加到50 m时,淹没水深变得更大,淹没范围变得更广,使得洪涝情况变得更加严重;在密集建筑物情况下,淹没面积占比从15.46%缩小到6.67%,最大淹没水深从0.20 m增大到1.78 m。结论如下:在针对建筑物的城市洪涝模拟研究中,网格分辨率应该考虑实际建筑物宽度,选取网格分辨率为10 m时模拟效果最佳;密集建筑物会缩小淹没范围,加快汇流速度,加大洪涝淹没水深;相对DEM插值情况,采用DSM插值能够更真实的反应当下城市地表特征,提高模拟精度。研究结论可为城市的建设开发提供科学依据。

基于UAV精细化地表数据的城市洪涝模拟与分析——以济南市海绵城市示范区为例

近年来,气候变化与快速城市化使城市洪涝风险显著增大,给城市可持续健康发展造成重大威胁,精细化城市洪涝模拟是有效开展城市洪涝风险管理的重要手段,因此,雨洪模拟结果可靠性与精细程度至关重要。本研究以济南市海绵城市示范区为例,针对研究区特殊地形地貌特征,利用无人机(UAV)倾斜摄影技术获取精细化地表信息,基于此建立水文水动力学多过程耦合模型,评估地形刻画精细程度对洪涝模拟的影响。研究表明,高精度的地形数据能更好地刻画局部洼地,而降低分辨率则会坦化地形使模拟结果偏低,网格划分尺寸也会对地形的刻画程度造成影响,进而影响模拟结果,对模型中地形、地物的精细刻画有助于准确模拟洪涝,采用DSM或不考虑围墙等地物则可能高估或低估洪涝,造成不良后果。本研究可为济南市乃至全国的城市洪涝风险精细化管理工作提供参考。

基于汇水区分级划分的城市洪涝模拟

为了有效提高城市暴雨洪涝模拟的精度,针对城区复杂下垫面和雨水井数据缺失情况,分别提出雨水井节点数据的确定方法和基于空间信息的汇水区分级划分方法。以武汉市青山区为研究区域,选取2场典型降水过程,开展SWMM模型的参数率定和验证工作,并将基于不同方法划分的汇水区模拟结果与实际渍水数据进行对比。结果表明:①提出的雨水井节点数据确定方法,在雨水井实测数据缺失的城市洪涝模拟中具有一定的可靠性和适用性。②基于空间信息分级划分法、水文分析结合泰森多边形法和泰森多边形法所划分的汇水区,模拟的最大积水深度中分别有100%、63%和75%的典型验证点与实际渍水程度相符,模拟的溢流点中分别有80.0%、76.4%和77.4%的溢流点位置与5年一遇降雨渍水风险图相符。基于空间信息分级划分法所得的汇水区比较符合真实汇水情况,且模拟结果比其他2种方法更加准确。③5年一遇降雨重现期下,3种方法划分的汇水区所模拟的积水对研究区域影响程度相对较小,但遇到高于此重现期的暴雨会出现不同程度的内涝。本研究可为城市暴雨洪涝模拟中雨水井节点数据确定与地表空间离散化提供新方法,模拟结果可为城市防洪减灾提供参考。

遥感技术在城市洪涝模拟中的应用进展

对基于遥感的气象水文数据和地表信息在洪涝模拟中的应用进行了梳理综述,介绍了激光测高(Li DAR)、合成孔径雷达干涉测量(In SAR)技术以及倾斜摄影和高光谱遥感等目前使用较多且精度较高的遥感数据源及其相关应用,进一步对城市洪涝模拟中基于遥感的基础信息的相关热点技术和方法进行了总结.最后以实例阐述了基于遥感的城市洪涝模拟基础信息提取框架,并对遥感技术在城市洪涝模拟中的应用前景以及面临的问题与挑战进行了展望.

城市暴雨洪涝模拟:原理、模型与展望

在气候变化和人类活动的双重影响下,我国城市洪涝问题日趋严重。在对城市水循环规律深入研究的基础上,开发城市水文水动力模型模拟城市洪涝过程,是弄清城市洪涝致灾机理、减轻洪涝灾害和评估海绵城市减灾效果的重要工具。本文从我国城市洪涝现状和海绵城市建设出发,总结了城市洪涝模拟方法,对水文模型、水动力模型以及二者的耦合机理进行了较为深入的分析,并介绍了目前常用的城市洪涝模拟模型。在此基础上,梳理了当前与城市洪涝模拟相关的热点研究领域,并对其未来发展趋势进行了展望。

基于LisFlood-SWMM耦合模型的城市停车场所积水风险评估

全球变暖气候变化导致特大暴雨频发,城市化水平提高下建成区面积不断增加,由此引发的洪涝灾害风险居高不下,城市内涝发生时市内车辆泡水现象频发。本文以深圳市福田区城市停车场为研究对象,利用POI(兴趣点)数据爬取方法构建了深圳市福田区的停车场数据库,根据LisFlood-SWMM模型模拟了不同降雨情景下的淹没情况。以此为基础,划分了内涝造成的积水风险等级,得到了不同降雨情景下城市停车场所积水风险评估,并提出了风险防范措施建议,对我国城市停车场积水风险评估具有一定参考意义。

基于倾斜摄影的城市洪涝过程三维可视化展示方法

针对城市洪涝过程数值模拟计算结果对数据精度的高度敏感性问题,以及满足城市洪涝过程高逼真度展示的需要,本文将倾斜摄影测量获取的高精度测绘地理数据用于城市洪涝过程数值模拟计算,以获取的高精度计算结果和倾斜摄影实景三维建模等数据为支撑,提出基于倾斜摄影的城市洪涝过程三维可视化展示方法。首先设计基于倾斜摄影的城市洪涝过程三维动态可视化技术流程框架,然后重点研究倾斜摄影实景三维建模与三维地理空间场景构建、洪涝淹没数据与DEM数据整合等关键技术,最后定制开发洪涝过程三维可视化展示系统Flood-3DGIS,通过实例对城市洪涝过程进行了三维实景动态仿真可视化展示,结果实用、可靠。文章成果可有效提升城市洪涝可视化认知水平,其作为城市防洪减灾非工程措施的重要技术支撑,具有良好实际应用价值。

考虑双层排水系统的城市地下排水管网能力评估

城市雨洪管理模型SWMM最新的5.2版本采用了考虑排水管网和道路的双层排水思想,使城市雨洪模拟与实际情况更为接近。为了分析该版本与以往版本的差异,以广州市东濠涌流域为研究对象,分别构建双层排水系统模型和仅考虑地下排水管网的模型,模拟设计暴雨重现期分别为5 a、10 a、20 a、50 a、100 a情景下的洪涝过程。结果表明,随着设计暴雨重现期增大,两个模型的管道超载个数、节点超载数及节点积水个数也随之增多;在同一重现期暴雨情景下,双层排水系统模型的地下管网承载力比仅考虑地下管网的模型相对较高。将实测内涝点与双层排水系统模型模拟得出的内涝点进行对比,得出模型对于淹没深度较大的内涝点识别情况较好,但对淹没深度较小的内涝点识别情况一般,且对范围和水深的模拟有局限性。

沙湾河截排工程对沙湾河与深圳水库防洪排涝的影响研究

沙湾河截排工程是深圳水库饮用水源保护区优化调整的要求,工程建设后可能增加深圳河流域的防洪排涝压力,因此有必要进行工程建设前后对流域防洪排涝的影响研究。利用城市洪涝数值模拟技术,选取不同的沙湾河截排方案,研究其对深圳水库和沙湾河防洪排涝的影响。结果表明:(1)源头调蓄和复合型雨洪调蓄湖相结合的截排方案相较于流域内分洪和地下调蓄湖相结合方案对沙湾河流域洪涝排除优化效果较明显;(2)在源头调蓄和复合型雨洪调蓄湖相结合的截排方案下,沙湾河遭遇100年一遇洪水时,沙湾水闸泄洪的洪水总量、洪峰流量随着深圳水库起调水位的降低呈现增加趋势且深圳水库调洪压力得到一定程度缓解。结果揭示了河流截排工程对流域防洪排涝的优化作用,对截排工程规模和工程方案决策有一定指导性作用。

基于GIS空域表征的双层排水系统构建方法

提出基于GIS和SWMM的双层排水系统构建方法。采用GIS水文分析、栅格计算和叠置分析等工具,提取地表洼地的空域结构属性和连接水网特征,构建地表一维排水模型。采用SWMM水文和水力建模,研究地表排水模型与地下管流模型的水动力耦合方式和机制,构建双层耦合排水系统。结合GIS空域数据库和SWMM水动力计算结果,完成地表积水的演进计算,实现二维淹没的动态显示。结果表明,提出的双层排水模型既可保留一维模型在计算上的高效性和稳定性,又可调控地表洪涝的模拟精度,显示地表易涝区的淹没范围和水深,可为城市洪涝模拟提供选择方案和工具。