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。

沿江城市降雨特性及雨洪关系分析——以四川泸州市为例

沿江城市气候多变,外洪和内涝之间关系复杂,相互影响、相互制约,洪涝统筹是沿江城市面临的最主要问题。分析掌握沿江城市的暴雨、洪水特征,可提前预测不同降雨条件下河道洪水的特性及其对城区排涝的影响,对于城市防洪系统和排涝系统统筹兼顾、合理规划、洪涝预报预警,都具有重要意义。以四川泸州市为例,对暴雨时空分布特征、洪水特征规律等进行了分析探讨,以期为新形势下沿江城市防洪减灾体系建设提供参考。

岷沱江、嘉陵江流域致宜昌大洪水暴雨过程的特征及天气成因

为揭示岷沱江、嘉陵江流域致大洪水暴雨过程的天气成因及宜昌控制站雨洪规律,加深对宜昌站大洪水发生发展机制的研究,基于NCEP/NCAR再分析资料及常规气象水文观测资料,采用统计学、天气学等方法分析研究了1980—2020年发生在岷沱江、嘉陵江流域的19例致洪暴雨过程特征、雨洪关系、致洪暴雨源地及下垫面特征、天气系统配置等。结果表明:宜昌作为长江流域主要控制站,当前期起始入库流量达到19000 m^(3)·s^(-1)以上,且刚好遭遇连续性暴雨过程,则发生大洪水概率会显著提高。从岷沱江或嘉陵江的连续性暴雨过程开始至洪峰产生所需时长平均在6 d左右。暴雨持续时间和累计面雨量与洪峰有较好的对应关系,每次大洪水的形成都需要一次持续3 d以上的暴雨过程,多数在4~6 d。大洪水过程全部发生在7—9月。致洪暴雨过程以准静止类雨带为主,其次是东移类和转向类。89%的过程雨带呈东北—西南向的带状分布。强降水中心源地与特殊地形关系密切,主要分布于3处:岷江下游与青衣江交汇处,转向类降水多发;嘉陵江中下游、涪江流域及渠江流域,多以准静止类为主;涪江中游及渠江流域北部,东移类暴雨过程多发。孟加拉湾热带低压系统的存在对上游产生连续性暴雨至关重要,其次是南海地区的低值系统,两者参与过程占比达68%。低压系统不仅为岷沱江、嘉陵江流域带来充足能量和水汽,其东侧水汽的卷入容易在岷沱江、嘉陵江流域触发低涡,再配合特殊地形,产生强的上升运动。降水过程分为准静止持续性降水和移动性持续降水2类。易发大洪水的天气概念模型有3类:Ⅰ型为西太平洋副热带高压边缘、西风短波东移触发暴雨型,Ⅱ型为青藏高原低值系统东移触发暴雨型,Ⅲ型为低层偏东气流暴雨型。

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。

基于GIS的钦州市暴雨洪涝灾害风险区划研究

随着全球气候变暖,气象灾害日益突出,暴雨洪涝灾害已成为影响人们生产和生活最严重的气象灾害之一。根据钦州市2000—2020年逐日降水数据及对应年份的社会经济数据,利用熵权法和加权综合评价法,从危险性、敏感性、易损性及防灾减灾能力4个方面对钦州市暴雨洪涝灾害风险进行分析,并建立相应评估模型,借助GIS技术开展钦州市暴雨洪涝灾害风险区划研究。研究可为钦州市防灾减灾工作决策提供有益参考,以提高钦州市暴雨洪涝灾害防预能力。

下沉式地铁车辆基地防洪排涝设计标准研究

[目的]下沉式地铁车辆基地是一种特殊空间利用形式的车辆基地,在防洪排涝方面存在较大风险,但国内现有相关规范和标准中尚无针对这方面的规定。因此,需对下沉式车辆基地防洪排涝设计能力进行深入研究,明确规范和标准中的相关内容,为此类项目建设提供设计依据。[方法]以宁波地铁5号线前殷停车场工程为例,分析了现有规范和标准中有关防洪和排水的设计要求,分析了下沉车辆基地的防洪涝设计方案,分别按50年和100年暴雨重现期对下沉基坑内不同区域防洪涝设计方案进行了对比分析。[结果及结论]下沉式车辆基地应采用“可靠的防、排内涝水措施”来满足防洪排涝的基本要求。在防洪涝方面,下沉式车辆基地防洪墙顶高程和出入口路面高程应高于百年洪水位+安全高,同时防洪墙与周边地面的高差应高于100年暴雨重现期下的所在地块内涝水位。在排涝方面,下沉基坑内的盖体屋面区域排水宜遵循“高水高排”的原则,按100年暴雨重现期设计屋面排水能力,通过重力流方式直排至基坑外;坑内敞开区域采用抽排方式,按100年暴雨重现期设计雨水泵站的总排水能力。

暴雨洪涝灾害转移安置人数的组合预测模型研究

为了更加科学精准地预测暴雨洪涝灾害下需要转移安置的人数,收集2011—2018年全国范围内严重暴雨洪涝灾害案例,通过Pearson相关性分析检验转移安置人数与表征暴雨洪涝灾害严重程度影响因素之间的关系;分别使用基于主成分分析的回归模型和支持向量机(SVM)预测暴雨洪涝灾害下需要转移安置人数,并以2种方法的结果为基础,提出1种组合预测方法对暴雨洪涝灾害转移人数进行修正。研究结果表明:组合预测法的MSE、MAE均小于回归预测和SVM模型预测。使用组合预测方法对洪涝灾害转移安置人数进行预测,可以充分结合单一预测模型的优势,提高组合预测模型的预测精度和泛化能力。研究结果可为确定暴雨洪涝灾害的避难需求并制定避难疏散计划提供参考。

海河流域大清河系暴雨中心移植和地区洪水组成分析

近年来极端天气事件频发,暴雨洪涝灾害的突发性、极端性愈发显著,海河流域大部分区域多年未经特大洪水检验,为分析未来可能发生极端暴雨洪水的致灾情况,开展暴雨中心预测及可能的地区洪水组成分析十分必要。研究以多年未发生极端暴雨洪水的大清河系为对象,基于研究区域103个雨量站降水数据,预测了河系暴雨中心可能位置,以“63·8”暴雨分布为参照,开展暴雨中心移植及地区洪水组成分析。结果表明:大清河系特大暴雨中心位置较为稳定,可能的暴雨中心位置海拔高度主要介于100~600 m之间;在相同雨量条件下,暴雨中心位于水库下游山区附近(“63·8”)时,产生洪水总量相对较大,暴雨中心位于平原地区附近时相对较小,且暴雨中心位置的变化对地区洪水组成的影响显著。

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。

近62 a湖北省旱涝特征分析

利用湖北省76个国家气象站1961—2022年地面气象观测资料,基于气象干旱综合监测指数(Meteorological Drought Composite Index,MCI)和有效降水指数(Effective Precipitation,EP)识别湖北省历年干旱和洪涝过程,分析近62 a旱涝过程频次时空变化和旱涝年、旱涝转换特征以及2010年以来旱涝特点。结果表明:湖北省旱涝频发区总体呈东涝西旱、南涝北旱的片状分布。干旱和暴雨洪涝发生频次分别呈现波动式下降、上升趋势。干旱主要发生在春季和伏秋季,发生频次总体呈减少趋势,但夏秋干旱以及极端干旱有趋多增强的态势;暴雨洪涝主要集中在夏季,发生频次呈增多趋势。旱涝年年际间呈现连旱2~4 a、连涝2~3 a或旱涝交替的特征,部分年份年内旱涝并存、旱涝急转,2010年以来无旱涝并存年。旱涝转换站数年际间波动较大,呈现5个阶段性上升特征,各递增阶段最大站数呈递减趋势。2010年以来旱涝呈现极端性增强、骤发性增多及连旱连涝的特点。

2023年里下河地区暴雨洪水分析

里下河地区地势平缓,河网错综复杂,水势传播较慢,易发生超警戒洪水过程。为研究里下河地区梅雨期降雨特点,采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线法、距平分析法和降雨水位逐时过程图法,针对里下河地区2023年梅雨期暴雨洪水过程,通过与历史梅雨期降雨进行对比,全面分析了里下河地区梅雨期暴雨洪水特征。结果表明,里下河局部地区无降雨与极端降雨情况并存,在最大1天降雨中存在特大暴雨,最大3天降雨中出现特大暴雨的地方占8.4%。短时间强降雨加上里下河地区河网地势特征是发生超警戒洪水过程的主要原因。洪水过程下沿江抽排及五大港抢排对里下河地区水位变化有较明显影响。

深圳龙岗区2023年“9·7”极端特大暴雨洪涝灾害风险评估与对策

2023年9月7—8日,深圳市出现超历史纪录的极端特大暴雨,打破了深圳市1952年有气象记录以来7项历史极值,其中龙岗区暴雨中心爱联河片区3 h降雨量超100年一遇,导致城市内涝积水。以深圳龙岗区爱联河片区为例,构建城市暴雨洪涝耦合模型,对2023年“9·7”极端特大暴雨洪涝情况进行模拟,分析龙岗中心城区内涝积水情况,为揭示洪涝灾害成因和提出防治对策提供依据。

北江“2024.4”与“2022.6”两场特大洪水比较分析

2024年4月16—23日,珠江流域发生入汛后最强降雨过程。受其影响,北江干支流水位全线上涨,其中北江发生超100年一遇特大洪水,这是北江流域自“2022.6”特大洪水后,发生的又一场特大洪水。以实测资料为依据,从暴雨成因、暴雨分布、暴雨特点、洪水量级、洪水组成、洪水特点等方面对“2024.4”与“2022.6”两场特大洪水作详细分析比较,并总结两场洪水过程中北江水工程联合调度效果,以期为未来抵御北江流域特大洪水提供经验参考。

暴雨山洪与山坪塘漫坝多灾害耦合风险分析

为研究强降雨下山洪与漫坝耦合灾害对下游居民的影响程度和范围,应用HEC-RAS软件构建暴雨山洪与山坪塘漫坝多灾害耦合模型。首先,以重庆市巴南区某山坪塘为研究对象,根据巴南区暴雨强度公式设计不同重现期的降雨雨型;其次,借助数字高程数据对山坪塘进行原始构建,采用参数化模型对溃坝楔口参数进行预测,结合物理溃坝机制模拟漫坝过程;最后,选取洪水深度、洪水流速和洪水滞留时间等3个评价指标进行洪水风险分析。研究结果表明,突发强降雨下的山洪形成迅速且山坪塘发生漫坝的机率极大;山坪塘漫坝会加重附近区域的洪水风险等级。

测雨雷达在暴雨山洪灾害防御中的应用初探

面对全国极端天气灾害带来的防汛新形势和新挑战,测雨雷达建设是提升暴雨山洪灾害防御能力的必然要求。分析了传统地面点雨量站在应用中存在的不足和雷达定量降水估算方法。探讨测雨雷达布局和在暴雨山洪灾害防御中的应用:在测雨雷达布局中,雷达0°仰角观测覆盖范围应尽可能减少重点区域观测盲区;在暴雨灾害预警应用中,测雨雷达可有效前移灾害防御时间线和提高灾害防御识别区确定性;在洪水流量模拟应用中,测雨雷达将洪峰预报时间提前了25 min,但出现模拟流量峰值相对实测流量峰值偏低的情况。未来,测雨雷达与气象卫星、地面水文站网和监测平台实现更深入的融合应用可为防灾、减灾、救灾工作提供更好支撑。

毛溪沟水库暴雨洪水特性及设计洪水计算分析

针对贵州省松桃县乌罗镇山区雨源型河流水文特性,在充分考虑毛溪沟水库坝址以上流域特征及流域内无水文气象测站现状,以邻近乌罗镇雨量站和松桃气象站实测连续降水序列数据为依据,采用“雨洪法”对流域暴雨洪水特性进行论证分析,并推求获得坝址及施工分期设计洪水。所得设计洪水与地区暴雨洪水的分布规律基本一致,与历史调查洪水相近,成果合理。

滃江流域“2022·6”暴雨洪水特性分析

2022年北江共发生3次编号洪水,其中6月份第2号洪水(简称“2022·6”北江洪水),发展为超百年一遇大洪水,北江支流滃江流域也发生暴雨洪水。该文分析了滃江流域“2022·6”暴雨洪水的成因及洪水特性,探寻洪水演进规律,为下游水库进行洪水预报提供科学依据,对有效地监控暴雨洪水、正确地指挥防汛、提高对该地区暴雨洪水规律和形成机制的认识,对防洪减灾具有一定的参考价值。

基于微博文本数据的灾害信息公众关注分析--以河南暴雨洪涝事件为例

面对未来暴雨洪涝灾害风险挑战,加强关于风险沟通、公众参与的研究,提升风险管理有效性,将有助于减轻风险。社交媒体凭借其强大的信息传播能力,在灾害管理中日益重要。基于从新浪微博“河南暴雨”关键词爬取的微博信息98078条,通过文本提取、统计和共现网络分析公众关注度的变化情况,探究公众对不同灾害信息关注的差异以及关注倾向。研究结果表明:河南暴雨洪涝灾害事件演化过程分为潜伏期、爆发期、持续期和淡化期4个阶段,公众关注度的大小在灾害初期受致灾因子强度的影响,致灾因子达到一定强度并造成严重灾情时,会引起公众广泛而持续的关注。暴雨洪涝自然灾害事件的微博文本主要呈现致灾因子、灾害影响和响应3个主题,本事件根据信息内容可细分为26个类别,公众对不同时期、不同类型的灾害信息的关注热度不同,潜伏期公众最为关注山洪等致灾因子的预警信息,但关注度较低。在爆发期、持续期和淡化期,内涝成为公众最为关注的致灾因子,人员伤亡和交通受阻为公众最为关注的灾害影响,灾民网上求救、捐款捐物和现场救援为公众最为关注的响应行为。本次事件出现人员伤亡、交通受阻、经济损失、能源通讯、生产生活和次生灾害6个凝聚子群,其中人员伤亡、灾民网上求助、现场救援和捐款捐物作为本次暴雨洪涝灾害的核心事件,构成了最核心的“人员伤亡”主题的凝聚子群。研究成果为政府发布灾害信息提供参考和改进建议。

基于整体价值保护的城市文化遗产暴雨洪涝灾害风险评估——以武汉市主城区为例

城市文化遗产具有突出普遍价值,且不可再生,承载着城市独一无二的历史文化信息。受全球气候变化影响,暴雨洪涝等极端天气及其衍生灾害频发,对文物古迹等文化遗产造成破坏。研究以武汉市主城区为例,通过遗产整体价值评价和暴雨洪涝灾害风险评估两方面来构建评估模型,结合GIS空间分析技术,得到文化遗产风险图。结果表明,武汉市主城区文化遗产整体价值等级与灾害风险等级在空间上呈正相关,高价值-高风险区域集中分布在长江和汉江交汇口周边。评估模型的构建能够为相关部门制定遗产防灾减灾措施提供依据。

基于随机森林模型的山区铁路线暴雨洪灾风险评估——以朔黄铁路原平段为例

随机森林决策树分裂易受数据集不平衡性及变异性的影响,导致权重分配和预测结果出现偏差。山区洪灾风险评估影响因素众多、数据差异性大,如何降低数据不平衡性以及变异性的影响,直接关系各因素重要性的科学排序以及评价结果的准确性。该文依据流域灾害系统理论,从致灾因子和孕灾环境选取9个风险指标,构建山区铁路洪灾风险评估数据集,在此基础上,分别采用基于Gini指数和Sigmoid函数两种分裂方式的随机森林模型进行对比分析,之后采用最优模型对朔黄铁路原平段沿线洪灾风险进行预测,并利用实地调研结果对预测结果进行验证。研究发现:地形要素(高程、坡度、坡向)与洪灾风险密切相关,孕灾环境作为产生暴雨洪灾风险的内因,在山区铁路洪灾风险评估中起决定性作用;基于Sigmoid函数分裂方式的随机森林模型在分裂过程中可以降低信息不纯度和数据变异性对结果的影响,精度更优,预测结果与实际吻合度较高,方法适用性较强。研究成果可为山区铁路暴雨洪灾风险评估提供方法参考。