一维管网与二维地表双向耦合的城市暴雨内涝模拟

为快速、准确模拟城市暴雨内涝演化过程,提出一种排水管网与上覆地表动态水力交互方法,构建了一维管网模型(SWMM)与二维水动力(LISFLOOD-FP)双向耦合的模型,解决了一维管网和二维地表的双向流量交换和时间同步难题。以上海外高桥地区为例,采用两次短历时降雨过程对耦合模型进行校准和验证,比较分析了单向、双向耦合的淹没范围与水深变化。结果表明:双向耦合模拟精度较高,在研究区具有良好的适用性;对于占比80%以上的轻度(<0.2m)积水区,单向、双向耦合的模拟积水面积比为1.21;对于中等(0.2~0.3 m)和重度(>0.3 m)积水区,单向耦合模拟结果趋于严重,该比值分别增至1.88和2.1。所构建的双向耦合模型能够揭示城区内涝积水、扩散及消退的全过程,可用于城市暴雨内涝推演,为内涝治理和灾害防御提供科学依据。

基于贝叶斯网络和耦合度模型的城市暴雨内涝风险影响机制研究

为研究城市内涝事故致灾因素之间的关联性以及系统展示多因素对整个灾变过程的影响,运用贝叶斯网络和耦合度模型对暴雨灾害链的演化关键参数进行表征,分析单因素或多因素耦合对暴雨内涝的影响。研究结果表明:单因素分析时,环境因素是造成城市内涝的主要原因(80%),其次是城市硬件系统(78%);双因素分析得出城市硬件系统-环境耦合下城市内涝发生概率最大(82%);采用三因素分析得出城市硬件-环境-管理三者耦合后最易导致城市内涝(83%)。随后,以北京“23·7”特大暴雨灾害为例,得出模型评估结果与实际情况具有较好的相符性,并提出相应的预防措施。研究结果对未来城市内涝灾害防控具有指导意义。

面向三度空间的地铁车站暴雨内涝应急能力评价

为科学评价地铁车站暴雨内涝应急能力,减少暴雨内涝灾害事故,基于三度空间理念,采用熵权云模型进行地铁车站暴雨内涝应急能力评价分析。首先从三度空间的物理空间、社会空间、信息空间出发,结合灾害应急的预防能力、准备能力、响应能力、恢复能力过程属性,构建地铁车站暴雨内涝应急能力分析框架。参考借鉴地铁内涝灾害相关文献,建立了地铁车站暴雨内涝应急能力评价指标体系。随后,建立地铁车站暴雨内涝应急评价熵权云模型。利用云发生器matlab编程计算应急能力标准云和评价云的云数字特征,生成云滴及应急能力云图。对比评价云图和标准云图,结合贴近度来判定应急能力等级。通过SPSSAU障碍度模型计算,找到应急能力障碍因子。最后,进行实例分析,发现地铁暴雨内涝应急能力因子主要是在社会空间和信息空间,并据此提出相应提升建议。

Multi-Agent模式下的城市暴雨内涝应急决策方法研究

为厘清应对暴雨内涝灾害动态决策过程中决策主体、决策、决策方案等决策要素间的不确定关系,提出1种多主体(Multi-Agent)和贝叶斯决策网络(BDN)相结合的应急决策方法。首先分阶段构建“主体-任务”可视化网络,分析暴雨内涝灾害各应急阶段的主要任务和参与的决策主体;在考虑到决策要素间的动态不确定性可能造成决策风险的前提下,运用Multi-Agent和BDN方法探究各决策要素间的影响关系,以便进行方案集优选。研究结果表明:该方法具有实用性和现实意义,研究结果可为城市暴雨内涝灾害的应急决策提供理论参考。

基于遥感影像的城市基础设施暴雨内涝风险识别方法

由于极端天气和快速城市化,城市地区暴雨洪涝灾害的发生频率和严重程度仍在不断增加。城市暴雨内涝灾害可能导致道路、建筑物和基础设施被淹没,甚至中断交通、输电和其他重要的城市基础设施系统,导致巨额经济损失。本文提出一种基于遥感影像的城市基础设施暴雨内涝风险识别方法,构建城市基础设施暴雨内涝风险评估模型,对暴露于暴雨内涝的地铁站、桥梁和地下通道等基础设施点位进行提取,并利用ArcGIS的空间分析模块建立内涝损失等级图表达内涝风险,为灾前的预防与准备、灾害发生与发展时的灾情动态研判、灾情影响评估提供技术支持。

基于贝叶斯网络的地铁暴雨内涝风险预警模型及协同响应机制研究

为提升暴雨灾害发生后的风险预警能力,有效化解地铁内涝重大风险,建立基于贝叶斯网络的风险预警模型,分析提出协同预警响应需求。以暴雨导致城市地铁内涝事故为例,建立综合考虑暴雨及预警、地铁站系统结构、客流量、应急措施、事故后果的基于贝叶斯网络的风险预警模型,分析预警信息对事故后果的影响,进而提出风险预警协同响应机制建设需求。研究结果表明:风险预警对提升地铁暴雨内涝事故应急处置的及时性、精准性和协同性具有显著影响,能够有效减小事故后果。研究结果可为建立重大灾害风险预警方法和机制提供参考。

郑州市新、老城区暴雨内涝灾害风险指标重要性分析

为探究影响城市暴雨内涝灾害风险的评价指标及各指标的重要性,以郑州市高新区和金水区作为新、老城区的代表,建立了涵盖自然要素和社会要素的风险指标评价体系,并利用随机森林模型分别确定了各评价指标对新、老城区暴雨内涝灾害影响的重要程度。结果表明,对于新、老城区来说,孕灾环境敏感性均是最重要的一级指标,其中,不透水率、管道密度分别是地表、地下孕灾环境最重要的三级指标;致灾因子危险性对于金水区和高新区的重要性最低,且雨量的重要性远大于雨型;新、老城区的差异主要体现在承灾体稳定性,其对于金水区、高新区的重要性分别为0.23、0.09。结果可为郑州市暴雨内涝灾害的防治提供一定参考。

暴雨内涝下公交应急方案评价方法

为甄选出不同暴雨内涝情景下的最优公交应急方案,提出一种公交应急方案评价方法。提出不与地铁联动和与地铁联动两种公交应急路径设计思路。以公交出行成本最低为目标,搜索最优公交应急路径。构建公交线网的连通效率、运行效率和应急效率3个评价指标对公交应急方案进行评价。结果表明,不与地铁联动时宜启动临时公交接驳线路,与地铁联动时宜采用原线接驳的方式。假设3种暴雨内涝情景,从情景1到情景3暴雨内涝程度逐步加剧。与原公交线网相比,各公交应急方案的运行效率降幅较小且接近;不与地铁联动和与地铁联动时情景1下的应急效率最高。

基于GIS与SWMM的暴雨内涝风险评价——以山东半岛某LNG接收站为例

随着全球变暖和厄尔尼诺事件回归导致极端天气频发,洪涝灾害频次和程度逐步上升。暴雨内涝风险评价逐渐成为城市防灾减灾工作的重点。本文基于GIS和SWMM构建了山东半岛LNG接收站暴雨内涝模型,采用50 mm、100 mm、200 mm、400 mm四种降雨情景,对山东半岛某LNG接收站开展暴雨内涝模拟分析及风险评价。根据评价结果提出山东半岛LNG接收站站暴雨内涝预警及治理措施。研究思路对于国内同类型LNG接收站开展暴雨内涝风险防范工作具有借鉴意义,研究结果可供山东半岛LNG接收站暴雨内涝风险应对参考。

城市构筑物暴雨内涝分层模拟技术及应用

气候变化和城市快速发展,导致我国城市洪涝问题日益突出。城市洪涝模拟是当前城市洪涝灾害风险管理领域研究热点,但国内外依然缺乏针对城市多层构筑物的精细模拟技术和方法。城市立交桥,是一种典型的城市多层构筑物,极易遭受洪涝灾害,并对城市交通造成严重影响。以城市立交桥为代表,在现有全分布式城市暴雨内涝模型基础上,结合城市立交桥的特点,提出一种分层模拟技术,并从网格分层构建、分层产汇流计算、地表与管网分层耦合和上层网格排水等方面详细阐述了分层模拟技术。将该分层模拟技术应用于深圳市罗芳立交桥2018年“8.29”暴雨积水过程模拟,与单层模拟方法相比,多层模拟结果更接近上报积水信息。研究表明,分层模拟技术更能准确表达城市复杂多层建筑物的实际暴雨内涝过程。

西安市老城区暴雨内涝模拟及其灾害风险评估

城市内涝灾害严重影响城市可持续发展,其灾害风险不仅受内涝积水影响,更与城市地形、人口分布和建成环境紧密相关。通过SWMM模型与GIS工具对西安市老城区10、20、50、100 a这4个重现期下2 h降雨进行暴雨内涝模拟,同时从危险性、暴露性和脆弱性出发构建内涝灾害风险评价体系,叠加运用传统数据与新兴多源数据计算内涝灾害指数。研究表明:西安市老城区在4个重现期下都出现较为严重的积水,排水管网系统尚不足以抵御10 a一遇的暴雨。积水严重区域主要集中在道路交叉口和城墙下穿区域、大面积城市广场和停车场、地势低洼处三类区域,主要原因是这些区域管线交汇且地势低洼,或存在大面积铺装且缺乏快速排水系统,或场地低洼且管网设计标准较低。西安市老城区内涝中、高风险区域主要集中在积水严重的道路交叉口、城墙下穿区域、城市广场和地势低洼处,主要原因是这些区域本身易积水,再加上周边的城市道路、人流车流、敏感设施相对密集,暴雨内涝影响严重。研究结果有助于深入认知城市内涝灾害风险,也有助于政府和相关人员准确绘制内涝风险地图。

基于InfoWorks ICM的临安亚运场馆暴雨内涝模拟研究

【目的】杭州亚运会举办期间正值汛期,亚运场馆及其周边区域内涝灾害风险显著增加,以水文水动力模型为支撑的暴雨内涝模型是预防、降低重点区域内涝灾害损失的重要手段。【方法】以临安区亚运场馆为例,运用InfoWorks ICM模型,构建核心区域的一维-二维暴雨内涝耦合模型。以2022年7月31日、2022年9月13日两场实测降雨对模型进行参数率定验证。在此基础上模拟不同设计降雨重现期下(10 a、20 a、50 a和100 a)的积水情景,分析核心区域的主要内涝点和成因,从而为预防城市内涝灾害提供决策依据。【结果】结果表明:模型的相对误差范围为11.11%~17.65%,表明其具有一定的可靠性。在不同设计降雨重现期下,受地形与排水管径大小等因素的影响,九州街与秀泉路路段积涝情况均比较严重。在重现期大于20 a时,亚运场馆西侧道路上出现深度大于0.40 m的积水,并随着重现期增大,积水面积也不断扩大;在降雨重现期为100 a的情况下,九州街与秀泉路路段积水最深达58 cm,积水面积为13.68 hm2。【结论】临近场馆道路的大面积积水对赛事的顺利举行将会带来一定挑战。建议增加周边商业地块与住宅区的绿地等透水面面积,并在积涝危险程度较大处设置排水泵。研究成果对解决城市内涝问题、制定相关策略具有参考价值。

暴雨内涝灾害下地铁项目施工韧性评估与实证研究

暴雨内涝是地铁项目在建设过程中,面临的波及范围最广、发生频率最高的一类灾害事件。开展系统、有效的地铁项目施工韧性评估是应对暴雨内涝灾害,保证工程顺利实施与如期交付的关键。基于系统性文献综述法与专家调查法,识别与提炼了地铁项目施工韧性评价指标体系,包含33个2级指标,4个1级指标(鲁棒性、冗余性、恢复性、适应性)。运用网络层次分析法,确定了各指标的权重。基于偏好顺序结构评估方法,构建评价模型,确定了多个评价对象韧性相对优势程度及完全排序,以及每个目标项目的优势指标、均势指标与薄弱性指标。基于上述评估方法与模型,对H省Z市4个地铁项目在暴雨内涝灾害下的施工韧性进行了实证分析。研究结果表明:整体上,6、8、12号线项目在应对暴雨内涝灾害中施工韧性较好,7号线项目较为薄弱。各目标项目施工韧性的整体排序为:8号线项目>6号线项目>12号线项目>7号线项目;各分项指标上,4个地铁项目均表现出相应的优势韧性指标、均势韧性指标以及薄弱性韧性指标,提升与强化薄弱性韧性指标能够有效地提升各项目施工韧性。研究成果可为暴雨内涝灾害下地铁项目施工韧性评估提供一种有效的量化方法,也可为地铁项目施工韧性的提升提供参考与决策依据。

暴雨内涝灾害下城市社会系统韧性评估研究

为定量评估城市社会系统应对暴雨内涝灾害的能力,从韧性“抵抗力、恢复力、适应力”三大属性构建暴雨内涝灾害下城市社会韧性指标体系。基于该指标体系,结合熵值法和加权平均法计算2016—2020年河南省下辖17座城市暴雨内涝灾害下城市社会韧性综合指数。计算结果表明,不同城市抗涝社会韧性差别较大,同一城市的抗涝社会韧性随时间不断变化。总体上,有10座城市社会系统应对暴雨内涝灾害的能力呈上升趋势,7座城市呈下降趋势。结合指标体系和评估结果,提出提升城市抗涝韧性策略。

融合社会信息的城市暴雨内涝风险评估

针对现有城市暴雨内涝风险评估未充分考虑社会信息的问题,本文提出融合社会信息的城市暴雨内涝风险评估方法。基于城市雨洪模型获取内涝灾害自然信息,利用网络爬虫技术抓取社会信息,建立耦合自然与社会信息的城市暴雨内涝风险评估指标体系,通过指数模型综合评估研究区暴雨内涝风险。以大连市青泥寺儿沟区为实例,评估结果表明:仅考虑自然信息时,50、100年一遇暴雨对应的高风险区面积为0.53 km^(2)、1.24 km^(2);考虑社会信息后,研究区暴雨内涝风险增加,高风险区面积分别为1.12 km^(2)、1.50 km^(2);融合社会信息的风险评估模型会提高城市人口密集区、交通干线等重要地段的内涝风险等级,降低城市非重要地区内涝风险等级,内涝风险评估结果更合理。

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。

基于QuickFlood和Cloud⁃EWM的城市暴雨内涝风险及应急能力评估

针对城市暴雨内涝灾害的风险防范和应急管理工作,文中以山东省青岛市城阳区为例,开展城市内涝风险和应急能力评估。首先,开发基于栅格的洪水情景模拟算法QuickFlood,用于城市雨洪数值模拟;其次,建立正向云算法和熵权法耦合的暴雨内涝灾害综合风险评价方法(Cloud-EWM),用于风险评估;最后,运用网络分析方法进行资源时空可达性分析。研究结果表明,综合风险及应急能力评价方法能够有效评估城市暴雨内涝灾害风险,为城市内涝精细化应急管理提供参考。

“韧性城市”视角下的上海居民小区暴雨内涝防治研究

近年来,全球气候变化导致极端天气事件多发,上海作为超大城市,极端天气下居民小区暴雨内涝防治能力仍有待提升,“韧性城市”理论为城市防灾减灾提供了一种新的视角和研究思路。从“韧性城市”的视角,从降低居民小区在发生暴雨内涝时的易损性、提高居民小区对于暴雨内涝灾害的自适应性、提高居民小区暴雨内涝后恢复能力等方面提出了具体对策建议。

基于小尺度的城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险评估

自然灾害情景模拟与风险评估是灾害研究的核心内容和热点问题之一,但城市自然灾害风险评估至今却缺乏统一的程序与范式。本文选择了城市频发的暴雨内涝灾害为研究对象,结合上海市静安区实证研究,提出了一套基于小尺度的城市暴雨内涝灾害风险评估的思路与方法。基于灾害风险的基本理念,从致灾因子分析、脆弱性分析和暴露分析三方面入手,探讨不同情景下的小尺度城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险表达方式;提出了小尺度城市暴雨内涝灾害风险评估宜采用情景模拟和综合分析方法,充分考虑城市的内部地形特征、降水、径流和排水等因素,创建一个基于GIS栅格的城市内涝模型,并基于多种重现期灾害情景,更客观地模拟内涝积水深度和淹没面积;采用多次实地调查获得的内涝损失数据,拟合出居民房屋和室内财产的灾损曲线;利用灾损曲线评估脆弱性、暴露要素和损失,建立超越概率-损失曲线,创建了基于GIS栅格城市暴雨内涝灾害的风险评估模型与范式,为制订城市暴雨内涝灾害风险管理和规划奠定了基础。这亦为进一步开展小尺度城市自然灾害情景模拟和风险评估研究提供了一种新探索。

基于GIS的城市社区暴雨内涝灾害风险评估

以2008年9月20日上海市浦东、南汇等地区发生的暴雨内涝灾害为例,选取受灾最为严重的川沙镇临园社区作为研究区,从致灾因子评估、脆弱性评估和暴露分析3方面建立了城市社区暴雨内涝的综合灾害风险评估模型。结合遥感影像、实地调查以及各种基础资料数据与GIS技术,对社区暴雨内涝灾害进行情景分析和灾害风险评估,以年均暴雨内涝损失表示研究区的暴雨内涝风险,该研究为城市社区灾害风险规划与管理提供决策依据。