考虑人群活动的城市场所洪涝灾害风险动态评估——以深圳市为例

为了揭示人群动态活动对城市洪涝灾害风险的影响,本文引入场所视角,建立了考虑人群活动的城市场所洪涝灾害风险评估模型,以深圳市福田区4个典型社区为例分析了工作日和休息日的白天、晚上4个时段下不同类型场所的洪涝灾害风险变化。结果表明:①除危险性以外,频繁的人群活动亦会增加场所的洪涝灾害风险,与人群活动相关的指标权重达0.31;②不同类型场所的洪涝灾害风险差异显著,且随着人群活动动态变化,生活场所平均风险最高,在4个时段波动较小;居住型混合场所洪涝平均风险次之,但晚上时段比白天高25%左右;商业场所、公共服务场所和办公型混合场所平均风险也较高,在工作日白天高于其他时段;绿色休闲场所在4个时段风险都最低;③居住型社区和综合型社区的洪涝风险存在显著差异,居住型社区为持续性高风险社区,其高风险场所占比在4个时段均超过40%,尤其在晚上达60%,而综合型社区风险呈现出工作日白天高于其他时段的特征,其高风险场所比例最高达54%。

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。

城市洪涝风险的多方法组合评估与应用

近年来,受全球气候变化与城镇化快速发展的双重影响,城市极端降水事件频发,由此引发的城市洪涝灾害常造成灾难性的生命和财产损失,给城市公共安全带来了严重威胁。由于不同评估方法中指标赋权不同,评价结果往往存在较大差异,给风险评估与区划工作带来了诸多困难。因此,通过融合不同方法的权重构建一套复合权重,进而解决不同评估方法中结论非一致性的问题,这对于提升风险评估的准确性是至关重要的。该文以湖北省为例,旨从危险性、暴露性、脆弱性和恢复性四个层面构建城市洪涝风险评估体系。首先,分别采用熵权法和层次分析法计算指标权重;之后,通过Kendall检验判断两套权重序列的一致性并给出相应的复合权重计算结果;最后以湖北省下辖8个城市的历史洪涝事件为例,对上述风险评价结果进行了验证。结果显示,与熵权法和层次分析法相比,基于复合权重的组合评价方法具有更高的准确率。

基于知识图谱的城市洪涝灾害链推演及时空特性解析

城市洪涝灾害具有链式传播特性,解析城市洪涝灾害链的传递规律和时空演变特征对于阻断灾害链具有重要意义。本研究以郑州“7·20”特大暴雨洪涝灾害中地铁5号线被淹和京广快速路隧道被淹2个事件为案例,构建知识图谱揭示灾害链传递规律。通过复盘灾害链的演变过程,从中识别灾害链中的诱发点、引爆点、扩散点以及放大点,并着重分析致灾机理以及灾害链的时空特性,以灾害曲线形式直观展示不同灾害链的影响程度。郑州“7·20”洪涝灾害典型案例解析表明,两事件存在多个灾害链阻断时机,在救灾过程中应综合考虑灾前、灾中因素的影响,果断采取断链措施,并且要充分发挥应急措施的时效性,及时阻断引爆点和扩散点,降低洪涝灾害损失。该方法能够应用于链式灾害的复盘,指导分析具体事件的致灾机理和救灾切入点。

基于组合赋权-云模型的城市洪涝灾害韧性评价方法

基于城市系统应对洪涝灾害事件的响应过程,从基础抵御、防灾预警、应急响应和适应恢复4个方面构建了包含4个一级指标和20个二级指标的城市洪涝灾害韧性评价指标体系,在此基础上通过可拓层次分析法和熵权法对指标分别进行主观和客观赋权,结合博弈论理论进行组合赋权,提出了基于组合赋权-云模型的城市洪涝灾害韧性评价方法。南京市6个行政区的验证结果表明:该方法可有效评价城市洪涝灾害韧性水平,6个行政区中建邺区、江宁区为高韧性地区,鼓楼区、秦淮区为较高韧性地区,雨花台区为中等韧性地区,溧水区为较低韧性地区。

城市水灾下交通路网基础设施(群)韧性研究综述

从韧性研究角度出发,结合水动力模型与交通流理论,对城市水灾下交通路网基础设施(群)分析理论、运行机制、模型构建、安全管控、恢复提升等进行分析与阐述.首先,运用文献计量法,分析水灾下路网韧性研究概况与发展历程,明晰城市水灾下路网分析方向热点与演进历程;其次,从城市水淹计算与水灾交通路网2个角度,系统梳理城市雨洪场景与设施交互的计算理论;进而,分别从交通路网基础设施与城市水灾之间的相互影响、地上立交枢纽与地下交通设施水灾分析以及水灾下城市交通路网韧性分析与度量出发,阐述城市水灾与交通路网基础设施交互机制;然后,从灾前预防、灾中调度以及灾后恢复3个阶段,说明城市路网水灾处置与性能恢复策略.最后,归纳既有研究面临的主要问题与挑战,并从基于信息物理融合的智能调度、计入垂向尺度的交通设施抗水分析、面向实际场景的高精度恢复模型等方面,对极端气候下城市交通路网基础设施(群)韧性研究未来方向进行研判.

城市地区场次降雨时空展布方法研究

受气候变化和城市规模不断扩张等因素影响,城市地区降雨过程的时空动态性愈发明显,通常采用的点、面雨量等表达方式难以体现这种时空动态性。随着降雨观测技术的进步,大多城市积累了长序列降雨观测数据,其中蕴含了丰富的降雨时空过程信息,为预报降雨或设计降雨的时空展布提供了可能。设计了一套降雨时空展布方法,包括数据收集、标准化处理、降雨场次划分、时空模式提取、标准网格插值、时空展布等环节,并提出每个环节的处理步骤和关键问题。以北京市为例,对该技术方法进行了验证,选择了12 h、24 h、72 h 3个历时的场次降雨,提取的时空模式和展布结果表达出了场次降雨的时空动态性,并与历史的降雨过程表现出很好的匹配性。表明该方法可用于城市地区降雨典型模式提取,以及降雨过程的时空展布。该方法利用历史降雨数据提取降雨展布模板,输入场次降雨(或预报降雨)的总雨量,得到该场次降雨的时空分布过程,展布结果可为洪水预报提供更为准确的降雨输入条件。

城市新区极端雨洪汇流淹没特性与致灾机理调查研究——以郑州“7.20”特大暴雨(郑东新区)为例

近年来全球极端暴雨发生的可能性与不确定性提高,增加了城市遭遇特大洪涝灾害的风险。城市雨洪与河道洪水有显著差异,灾后雨洪信息快速采集与调研对认清雨洪特性与致灾机理尤显重要。本文以郑州2021年“7.20”特大暴雨为例,结合郑东新区地理与社会环境特点,采用野外调查测量、口述记录、多源数据分析、数值模拟对比相结合的方法开展了城市雨洪汇流淹没特性及致灾机理的调查研究。针对城市雨洪洪痕特征,拟定调查基本方法与适宜工作程序,根据调查区93处洪痕数据绘制了区域雨洪淹没分布图,分析了城市雨洪峰值水位分布特征及调查区汇流特性,探索了道路雨洪汇流流速及行洪道路阻力参数的确定方法。研究表明,城市雨洪地表主要泄流通道是街区道路,汇流方向受连续阻水、导水建筑与路网布局影响,雨洪淹没深度分布与下垫面条件和雨洪汇流特性有关。致灾机理研究分析表明,极端暴雨汇流远超城市排水管网泄流能力,雨洪选择阻力小的街道快速行洪,街道交汇处壅阻引起局部积水严重,这是极端暴雨致灾的直接诱因;而城市新区水系泄洪排涝关系不协调以及清障不力,导致城区河流行洪不畅,干支流异常高水位的顶托,严重降低了管网排涝功能,则是城市雨洪严重积涝致灾的深层原因。研究成果可为城市雨洪调查标准方法的建立与城市新区防洪排涝体系规划提供技术参考。

基于GIS和SWMM的西安市北郊片区排涝模拟与排水系统优化

为解决西安市北郊河道超载风险问题,通过SWMM和GIS技术构建管网-泵站-河道耦合模型,在不同设计降雨重现期(1、2、5、10、20、50年)下对该区域排水系统进行模拟,进而分析下游河道水位变化规律并提出雨水分流调配与调整泵站调度的协同优化措施。结果显示:在5、10、20和50年降雨重现期下,随着降雨峰值的到达,整个系统88%的排口都存在顶托现象,最长持续时间160min。在重现期为1、2、5和10年降雨条件下,协同优化的措施使得河道峰值流量分别下降了17.6%、4.9%、3.7%和2.6%,河道水位平均下降了35cm,排水系统的超载节点分别减少了16.7%、31.4%、34.2%和27.5%,超载管段的数量分别减少了25.0%、28.6%、30.8%和25.3%。

融合多源数据的湖北省城市洪涝灾害韧性综合评估

【目的】洪涝灾害是湖北省主要自然灾害之一,为了评估湖北省城市洪涝灾害韧性水平,以加快韧性城市建设、助力推进省域协同发展,【方法】从洪涝灾害的暴露度、敏感性、适应力和恢复力4个维度,构建湖北省城市洪涝灾害韧性评价指标体系,采用G1法(序关系法)和熵权法对评价指标进行赋权,收集气象、遥感影像、基础地理、社会经济等多源数据,应用GIS空间分析技术,对湖北省城市洪涝灾害韧性进行评估。【结果】结果显示:湖北省城市洪涝灾害韧性整体处于中等韧性水平。其中,高韧性区域主要分布在神农架林区、宜昌市和武汉市,较高和中等韧性水平区域大多位于荆门市及其以西的鄂西地区,其余地区洪涝灾害韧性水平较低,总体呈西强东弱的分布态势。【结论】融合多源数据的洪涝灾害韧性评估方法能准确高效地评估研究区洪涝灾害韧性水平,研究成果可为湖北省制定区域洪涝灾害管理及韧性城市规划提供参考。

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。

城市轨道交通工程防淹能力评估方法研究

近年来我国城市轨道交通工程水淹事件频发,人民生命财产安全受到威胁。交通运输部在2022年7月修订的《城市轨道交通初期运营前安全评估管理办法》中增加了“工程项目防洪专项论证报告等材料”作为轨道交通新线投入初期运营前的前提条件之一,因此开展城市轨道交通工程防淹能力研究十分必要和紧迫。本文从外部风险、基础防汛能力、防汛预警能力、应急救援能力等方面研究了影响城市轨道交通工程防淹能力的关键因素,利用专家打分法、层次分析法构建了评估指标体系及其权重系数,并根据我国现行法律法规标准规范提出了各指标评分细则,建立了城市轨道交通运营线路防淹能力评估方法,以期为我国汛期城市轨道交通运营安全提供技术支撑。

基于循环神经网络的山前平原型城市河道洪水预报研究

山前平原型城市拥有复杂的下垫面条件,其洪水兼具了山洪和城市洪水的特征,为水文模拟和洪水预报增加了难度。以小清河济南市黄台桥水文站以上流域为研究对象,构建了基于循环神经网络变体的洪水预报模型,并评估了模型的预测性能。研究结果表明,所构建的洪水预报模型既适用于对场次洪水的预报,又适用于对长系列洪水过程的连续预测,且能够灵活地输出流量、水位过程,在一定预测步长内拥有较高的预测精度,其中基于双向门控循环单元(Bidirectional Gate Recurrent Unit,BiGRU)网络构建的模型预测性能最佳,且随预测步长的延长,其性能衰减最弱,能够作为山前平原型城市河道洪水预报的新方法新手段。

基于HEC-HMS的黄土高塬沟壑区流域城市化对洪水情势的影响

黄土高塬沟壑区城市化过程中下垫面硬化会影响暴雨水文情势,增大洪水模拟预报难度。为实现对流域城市洪水灾害的预警,基于HEC-HMS水文模型,分别率定砚瓦川流域城市化前后不同时期土地利用条件下的产汇流参数,开展极端暴雨洪水情景设计,揭示流域城市化对不同重现期洪水的水文效应。结果表明:建立的HEC-HMS降雨-径流模型适用于黄土高塬沟壑区洪水预报,其模拟综合合格率为81.25%,平均Nash效率系数为0.82;流域城市化对重现期短的洪水要素变化影响较大,且洪量变化幅度大于洪峰变化幅度,100 a一遇洪水的洪峰和洪量的增幅分别为4.54%和6.40%,5 a一遇洪水的洪峰和洪量的增幅分别为7.06%和9.49%;各子流域设计洪水对流域城市化的响应分布具有空间差异性,以西北部地区响应为最强,其次为南部地区,东北部地区最弱。

小区尺度雨洪过程模拟及径流分配特性研究

为了研究小区尺度地表径流各组分占比随不同重现期降雨的变化规律,以西咸新区天福和园小区为研究对象,采用GAST-SWMM耦合模型,以模拟时长及地形边界条件为变量进行研究分析。研究表明:经两场实测降雨过程验证,模型确定性系数分别为0.83和0.82,表明构建的一二维耦合模型精度较高;在本文设置的两种工况下,小区地表径流外排率和管网排水率均随降雨重现期增大而以渐进曲线形式增大,土壤下渗占比和地表填洼率随降雨重现期增大而减小;小区地表径流外排和管网排水主要发生在降雨期间,分别占各自排水总量的94.88%和94.36%;小区地形边界条件对径流过程模拟的影响不容忽视,在有围墙及无围墙工况下平均地表径流外排率分别为9.42%、22.55%。本研究可为地势相对四周较低区域的排水防涝设计提供参考。

长三角城市群城市洪涝韧性与生态系统服务的耦合协调关系

厘清城市洪涝韧性与生态系统服务之间耦合协调关系,可为城市防洪减灾和生态文明建设提供重要决策参考。综合运用基于麻雀算法的投影寻踪模型、InVEST模型和耦合协调度模型,在分析2000—2020年长三角城市群的城市洪涝韧性与水源涵养、水质净化、土壤保持和气候调节四种生态系统服务时空格局基础上,尝试探索两者耦合协调关系及其时空演变特征。研究发现:(1)长三角城市群的城市洪涝韧性水平呈现“N”型增加趋势,并呈现“上海>江苏>浙江>安徽”的空间格局,表明经济水平越高的城市展现出更强的洪涝韧性,经济是影响城市洪涝韧性波动的主要因素,而自然韧性成为城市洪涝韧性提升的关键短板;(2)生态系统服务存在显著的空间异质性,高植被覆盖的南部地区提供了更高的生态系统服务,从时间维度看其空间分布是稳定的,水源涵养和水质净化服务总体呈向好趋势,土壤保持服务整体呈现倒“N”型增加,气候调节服务呈现微弱的下降趋势;(3)城市洪涝韧性与生态系统服务的耦合协调度在研究期内较为稳定,且与生态系统服务的时空变化趋于一致,呈现“南高北低、由西南向东北逐渐减弱”的趋势,生态系统服务较高的城市,表现出更好的耦合协调性,且随着生态系统服务的增加而改善。因此,长三角城市群有必要从提高生态系统服务功能的角度出发,因地制宜、分类施策,促进城市洪涝韧性与生态系统服务的协调发展。

山地城市暴雨洪水中人车失稳风险数值模拟研究

【目的】为定量分析山地城市暴雨内涝中行人和车辆的失稳风险特征,【方法】以重庆市悦来新城某排水片区为研究区域,构建一二维水文水动力耦合模型,对研究区不同降雨情景下的承灾体暴露性进行了模拟分析,按照最不利原则,从失稳风险范围和失稳持续时间等维度计算分析了典型人车(轿车、SUV、成人、儿童)的失稳风险。【结果】结果显示:降雨重现期越大,承灾体暴露性越高,失稳开始时间越早,持续时间越长,轿车的失稳风险最高,SUV次之,成人最小;四类承灾体在不同重现期下的轻微风险区域占比均最大,且其分布与积水深度较浅(如低于0.15 m)或流速值低于0.4 m/s的区域分布较为相似。【结论】结果表明:失稳风险等级越高的区域,其面临的洪水特征可能越复杂,尤其对于地形起伏多变的山地城市,应根据承灾体的特征进行风险图绘制,并结合降雨预报进行风险预警,提升灾害应急管理的精细化水平。

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。

城市极端暴雨洪涝灾害成因及对策研究进展

从极端暴雨形成机制、城市洪涝致灾机理及风险评估、防灾减灾措施和应对极端暴雨的城市韧性4个方面对城市暴雨洪涝问题国内外研究进展进行了综述,指出研究中下垫面对强降水和产汇流过程的影响机制认识不清,以单灾种为研究对象的风险评估缺乏对各类灾害关系的厘定,应对极端暴雨的城市韧性研究多停留在理论探讨层面等问题,未来应重点研究城市极端暴雨预报预警能力提升技术、洪涝灾害形成及灾害链传导机制、洪涝灾害治理措施、可实施层面的城市韧性提升方法等。

气候变化对城市暴雨洪涝影响研究进展

在气候变化和城市化的双重驱动下,人口稠密、经济发达的城市地区的洪涝问题日趋严重。气候变化背景下城市暴雨洪涝研究既是全面认识和理解气候变化影响的重要内容,也是降低灾害风险、减轻灾害影响的实际需要。从探究方法和技术手段的角度,综述了气候变化下极端降水特征、城市暴雨洪涝和城市洪涝韧性3个方面的国内外主要研究成果;系统归纳了气候变化下城市暴雨洪涝变化趋势的诊断方法、技术手段,关注气候情景设计、洪涝评估模型;阐述了气候变化下城市洪涝韧性的理念与实践,总结了韧性定性、定量评估方法;指出了气候变化下城市暴雨洪涝研究面临的主要挑战及关键技术难题,提出了未来研究的重点方向,如加强对气候变化与城市化双重驱动下极端降水、复合洪涝时空演变特征及其形成机理的研究,提高人工智能模型对气候变化背景下洪涝模拟的准确性和可解释性,深化城市洪涝韧性中概念框架、定性定量方法以及不确定性的探讨等。