基于DRIVE-Urban模型的长沙市区暴雨内涝灾害研究

以城市内涝模型DRIVE-Urban为基础,对长沙市区内的两次典型内涝事件进了街道尺度(10 m分辨率)和6个不同重现期(5年、10年、20年、30年、50年和100年)下的模拟,并根据模拟结果确定了内涝风险等级和风险区划。结果显示DRIVE-Urban模型能够很好地反映市区内街道积水的淹没情况,两次内涝点命中率(POD)分别达到了64%和67%,且随着重现期增大,积水面积也逐渐增大,积水面积最高占比甚至达到了市区总面积的8.2%,约96.51 km~2。内涝的风险等级分为低风险、中风险、较高风险和高风险。高风险和较高风险区域主要集中在岳麓区东部、天心区北部、芙蓉区、开福区南部、雨花区北部以及高新区南部,而高新区北部、岳麓区西部和雨花区南部风险等级较低。

基于MIKE FLOOD耦合模型的深圳黄沙河片区内涝风险评估和改造分析

为解决城市内涝问题,以深圳市黄沙河片区排水分区为例,基于MIKE FLOOD平台,耦合城市雨水管网、水系及地形地物,建立城市内涝模型,模拟分析研究区2年一遇、10年一遇、50年一遇等不同重现期的排涝情景。结果表明:耦合模型能直观反映受涝区积水深度与积水时间,并随着重现期的增大,溢流点和充满的管道会增多;建立MIKE FLOOD耦合模型,发现黄沙河片区高风险区域面积1.6 km^(2),主要集中在坑塘立交桥、龙岗大道;中风险区域面积3.2 km^(2),主要集中在同富裕工业区、新联北路;低风险区域面积2.8 km^(2),主要集中在坑塘立交桥、坪梓路,并分析易涝点的成因,提出改造建议。

基于MIKE FLOOD耦合模型的城区上游水库溃坝洪水模拟研究

[目的]研究溃坝洪水演进过程模拟方法,为水库溃决风险防控、制定溃坝早期预警及人员疏散方案提供科学依据。[方法]以河南省郑州市上游尖岗和常庄水库为例,基于GIS技术构建高仿真地形数字高程模型,利用MIKE FLOOD耦合模型进行水库溃坝一二维模型耦合,模拟水库溃坝后洪水演进过程,探讨洪水在下游河道和复杂城区的演进特征。[结果]常庄水库和尖岗水库溃坝瞬间最大下泄洪峰流量分别为4542.03和17549.1 m^(3)/s。贾鲁河下游距尖岗水库约15.00~31.39 km范围内河道两岸的漫堤洪水淹没面积为56.37 km^(2)。常庄水库溃决1.00 h后,河道漫堤,开始产生淹没区,溃决4.25 h后,尖岗水库发生溃坝。当尖岗水库溃决洪水演进历时1.25 h后,原淹没区水深显著增加,溃决1.92 h后,淹没范围开始增大。常庄和尖岗水库溃坝后,洪水水位均增大至超过南水北调防护堤堤顶,大量洪水涌进南水北调总干渠,洪水流速普遍增大。[结论]尖岗水库溃坝洪峰流量远大于常庄水库,溃坝危害性更大,溃坝后洪水大量涌进南水北调总干渠,堤防、边坡和进出口闸室冲刷风险增大,下游河道两岸漫堤淹没,严重影响南水北调总干渠输水安全和人民生命财产安全。

基于MIKE FLOOD耦合模型的城市内涝模拟

基于MIKE FLOOD平台,将MIKE URBAN和MIKE 21模型耦合,建立城市内涝模型,对湖南省新化县典型区域的排涝情景进行模拟,结果表明该模型适用于城市内涝风险评估管理。评价结果表明,新化县目前建成的城市管网仍存在部分不合理的管段,水量难以立即排入资江或花山渔场,使老城区的整体排水能力受限,部分区域达不到设计规划的排水标准;城内主要的调蓄湖泊及暗渠均能满足20年一遇的设计标准;虽然现有的泵站系统能满足排水的需要,但区域内的5处易涝点仍需要采用对应的处理方案。

IFMS Urban软件在城市洪水风险图编制中的应用

依托全国重点地区洪水风险图编制项目,开展了通用洪水分析软件研发,形成了两个软件产品,即IFMS(Integrated Flood Modeling System)和IFMS Urban(Integrated Urban Flood Modeling System)。IFMS Urban开发了高分辨率二维地表洪水分析计算引擎、快速非结构网格生成模块,集成国内外广泛使用的SWMM(Storm Water Management Model)管网模型,并基于自主研发的GIS平台,完成了模型的前后处理功能研发,实现城市管网与二维模型耦合。介绍了IFMS Urban在成都市、呼和浩特市和太原市等城市典型应用示例,表明其完全具备处理复杂的城市洪水问题的能力。

基于MIKE FLOOD模型的鹰潭市内涝弹性分析

针对近年来日益严重的城市内涝问题,利用MIKE FLOOD模型模拟了鹰潭市月湖新区在遭遇1 a、3 a、5 a、10 a及20 a重现期降雨时的内涝淹没状态,研究了在不同重现期降雨下城市内涝形成及恢复的完整过程。根据模拟结果统计研究区在各个重现期降雨后的淹没网格数变化,基于系统性能分析研究鹰潭市月湖新区排水内涝弹性,进一步分析研究区对各重现期降雨灾害的防御与恢复能力。结果表明:在不同重现期降雨下,研究区积水面积基本都在65 min左右达到最大;在遭遇1~3 a低重现期降雨时,研究区排水系统性能变化更为敏感;降雨重现期越低,系统性能恢复越快、越好。

基于MIKE-FLOOD模型的甘露电厂区域防洪情势分析

复杂水文环境下的城镇雨洪模拟和预测对于我国社会经济发展具有重要意义。以甘露电厂区域为研究对象,基于MIKE-FLOOD模型平台,采用一、二维水动力学模型与地下管网模型耦合,计算分析了电厂区域防洪排涝情势变化。结果表明:设计雨洪条件下,受降雨强度大以及河涌山洪漫溢影响,电厂工程周边出现淹没情况,目前规划的地下管网和河涌难以满足同时排走区域降雨以及漫溢山洪的需求。建议工程建设时增大场平竖向标高,同时提高排水管网和河涌防洪标准并及时整顿园区东南侧低洼区域洪水通道。

基于MIKE FLOOD模型的城市洪涝灾害场景推演研究

城市洪涝场景推演是城市防洪排涝工作的基础。以洛阳市中心城区为研究区域,综合考虑城市管网、内河、地形等复杂下垫面因素,构建基于MIKE FLOOD的一维河道-一维管网-二维地表耦合城市洪涝仿真模型,采用两场降雨调研积水深、河道实测流量对模型进行了校准检验,积水点模拟合格率达到了81.25%和93.75%,模拟流量过程的纳什系数在0.79~0.96之间。模拟分析了不同历时、不同重现期情景下的淹没过程。结果表明:设计暴雨重现期小于20 a时,暴雨所产生的淹没范围较小,多集中在建筑密集的中心城区;设计暴雨重现期大于20 a时,暴雨所产生的淹没范围明显增大;重现期小于10 a时,淹没面积随着重现期增大明显增大;重现期大于10 a时,淹没面积增长趋于平缓。

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。

沿海城市复合洪涝模拟物理模型研究

受暴雨、沿海高潮位和河流洪水等多种洪涝驱动因素的影响,沿海城市洪涝成灾机理复杂。揭示沿海城市复合洪涝的发生过程与成灾机理对于科学制定洪涝调控策略具有重要的意义。本研究探究了沿海城市复合洪涝模拟物理模型构建方法,并以海口市美舍河出海口典型城区为例,构建了复合洪涝模拟物理模型和数值模型。基于物理模型和数值模型开展了暴雨-高潮位-河流洪水三因素驱动下的复合洪涝模拟物理模型试验研究,并对模型精度进行了评估。结果表明,本研究所构建的沿海城市复合洪涝模拟物理模型可以准确模拟复合洪涝,模型率定和验证的纳什效率系数值均大于0.9,相对误差值均小于10%,模型精度较高。

基于随机森林优化算法的城市群洪涝灾害韧性时空演变研究

为了提升城市应对灾害的能力,对城市洪涝灾害韧性进行研究。基于“驱动力-状态-响应(DSR)”模型建立城市洪涝灾害韧性评估指标体系,采用随机森林优化算法(RF)构建城市洪涝灾害韧性评估模型,通过均方根误差(RMSE)和决定系数(R2)评价模型性能。以关中平原城市群为例,分析西安、宝鸡、咸阳、商洛、铜川、渭南、临汾、运城、平凉、天水、庆阳等11座城市2011~2020年的城市洪涝灾害韧性时空演变规律。结果表明:驱动力和状态对城市洪涝灾害韧性水平影响较大,响应对城市洪涝灾害韧性水平影响较小;在时间序列上,关中平原城市群各城市洪涝灾害韧性水平发展存在较大差异,但整体处于平稳上升的状态,其中铜川的城市洪涝灾害韧性水平提升最为明显;在空间格局上,城市群洪涝灾害韧性水平呈现出由核心城市向外围递减的空间结构特征,各城市的洪涝灾害韧性等级的空间分布存在不均衡的现象。研究结果可为关中平原城市群韧性城市建设提供指导。

重庆市雨洪演变及未来洪涝风险预测

全球气候变化和快速城镇化双重影响下,城市洪涝问题日益突出,严重威胁区域的可持续发展。本文基于1960—2019年重庆市水文气象数据和第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的10种全球气候模式,分析了重庆市极端降水、区域洪水的历史演变规律,构建了适用于重庆市的VIC-Cama Flood模型,并利用该模型对未来城市洪涝风险进行预估。主要结论如下:①重庆市1960—2019年极端降水量增多趋强,降水径流不均匀性上升;②VIC-Cama Flood模型在长江上游适用性较好,各子流域日径流过程模拟的平均纳什效率系数与相对误差绝对值分别为0.81、4.7%,水位模拟的平均纳什效率系数与相对误差绝对值分别为0.87、0.4%;③气候变化下重庆市未来极端降水大幅增加,不同情景下汛期超99%分位数年累积降水量较1985—2014年增加16.9%~85.9%;高排放情景下各站点年最大洪峰流量和年最大5日洪量的50年一遇值将缩短至20年一遇以下;④在不考虑水利工程调度影响下,未来气候变化将增加重庆市洪涝风险。极端降水-过境洪水-城市内涝的级联风险加剧将严重威胁城市防洪安全。

山地城镇洪涝滑坡灾害韧性评估研究

为实现对山地城镇灾害韧性的有效评估,以受洪灾-滑坡灾害链影响的中国典型山地城镇重庆市主城都市区为研究区,基于城市灾害韧性的内涵特征和作用机理,结合“压力-状态-响应”模型的因果逻辑,在多源数据收集分析的基础上,构建承载洪涝、滑坡灾害韧性评估指标体系。采用机器学习方法评估滑坡压力韧性,采用主客观组合权重分析及VIKOR法评估洪涝压力韧性和状态-响应韧性,采用秩和比综合评价法构建综合韧性评估模型,度量城市灾害韧性水平,划分韧性等级,分析评估结果。结果表明:(1)研究区西部与西北部滑坡压力韧性高,中部滑坡压力韧性处于中等水平,南部与东北部滑坡压力韧性低;(2)研究区中部洪涝压力韧性水平较低,而研究区东部和西部洪涝压力韧性普遍较高,整体呈现外圈高内圈低的态势,其中位于研究区东南部的南川区是洪涝压力韧性最高的区;(3)重庆市核心城区的渝中区是状态-响应韧性最高的区,整体的状态-响应韧性空间分布呈现出一种明显的中心至外围递减趋势;(4)综合韧性的空间分布没有明显的特征,但研究区普遍存在一个行政区会出现多种不同韧性等级的情况,体现了各阶段韧性发展的不平衡。

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。

基于多智能体模型的城市洪涝灾害动态风险评估

围绕城市洪涝灾害过程中对人口动态风险评估的需求,在城市水文水动力模型基础上,提出了基于多智能体模型的城市洪涝灾害动态风险评估方法,分别设置孕灾环境智能体、致灾因子智能体、承灾体智能体的运行规则,并给出多智能体之间的通信机制,以实现城市洪涝灾害过程人口动态风险定量评估。以北京市海淀区清河流域某典型排水分区为例,利用SWMM和LISFLOOD-FP模型,模拟50年一遇设计降雨情景下的洪涝灾害过程,并基于NetLogo模型构建城市洪涝灾害承灾体动态风险评估模型对研究区中的人口动态风险进行了评估。结果表明:50年一遇设计降雨情景下,研究区洪涝风险面积从降雨历时T=4 h的0.608 km^(2)增加到T=30h的2.202 km^(2);常规模拟情景下,研究区低风险人口数持续下降、高风险人口数持续上升,最终低风险人口数稳定占比为75.75%,高风险人口数稳定占比为22.85%;在设置救援避险策略后,研究区低风险人口数先下降后升高,在T=4.5 h时,最低人口数占比为92.30%,而高风险人口数先升高后降低,最高人口数占比为7.07%,最终低风险人口数稳定占比为100%。

晋城市不同区域洪涝驱动要素分析

兼顾城市不同空间特征的内涝问题,是提升城市防洪排涝能力的关键.本文以晋城市主城区为例,针对不同开发程度的管网密集区与管网稀疏区2类下垫面,构建SWMM-ICM-WCA2D模型,模拟不同降雨情景下管网排水与地表淹没状态,分析城市内涝驱动要素.结果表明:管网密集区的内涝积水主要受降雨强度、管网排水能力和地形特征的影响,主城区现状管网设计标准较低,5 a一遇降雨条件下排水容量已趋于饱和;管网稀疏区高程≤751 m的淹没区水深较大,其余高程大的区域积水深度较小而流速较大;不同降雨情景下,管网指标与淹没要素间均表现出较强的相关性,特别在高水深(>1 m)时的联系更为密切,相关系数>0.78.

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。

有效不透水面分布对城市雨水径流的影响

城市区域不透水面分布错综复杂,汇流路径多样,不透水面有效性及其产流机制成为城市水文学的热点问题。研究以北京市主城区为对象,构建了基于汇水路径的有效不透水面的识别方法,拟合出总不透水面与有效不透水面的经验公式,定量识别了不透水面有效性对北京市主城区雨水径流的影响。结果表明:考虑不透水面有效性能显著提升模型模拟精度,针对不同城市化阶段,在各种重现期降雨情景下设置不同有效不透水面比例并进行模拟,发现有效不透水面对低重现期降雨产流过程的影响远大于高重现期降雨产流过程,且城市化前期有效不透水面增加会导致较大洪峰增长率,而城市化后期影响减小。研究可为优化城市地面格局,减缓城市洪涝灾害损失提供科学参考。

考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型

为准确模拟城市洪涝过程,以地表二维流动模型和SWMM一维管流模型为基础,同时考虑地表径流与地下管流交换的3种模式,构建了城市地表与地下管流双向耦合的水动力学模型。采用水槽试验算例和理论算例对耦合模型进行验证,并将耦合模型应用到英国Glasgow城市街区,分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响。结果表明:模型在试验算例和理论算例的模拟中均具有较好的精度和可靠性,模型能够准确地模拟具有排水管网的城市洪涝演进过程;与无排水系统相比,检查井简化法、雨水口法和雨水口-检查井法3种水流交换模式下Glasgow城市街区模拟的最大淹没面积分别减少9.3%、23.2%和24.5%,其中对重度积水的消减作用更显著,淹没面积分别减少43.6%、79.9%和80.9%;检查井简化法的消减作用要远小于雨水口法和雨水口-检查井法,后两者差异较小。雨水口法和雨水口-检查井法比较符合实际情况,且雨水口-检查井法的计算效率更高更简单,因此,在城市洪涝模拟中采用雨水口-检查井法考虑地表径流与地下管流交换过程更符合实际。

深圳市2023年“9·7”极端特大暴雨洪涝复盘模拟分析——以深圳龙华区观澜河流域为例

2023年9月7—8日,深圳市出现超历史纪录的特大暴雨,龙岗河、深圳河、观澜河等流域遭受严重洪涝灾害。以龙华区观澜河流域为例,采用洪水分析软件HydroMPM构建城市暴雨洪涝模型,对龙华区观澜河流域2023年“9·7”极端特大暴雨洪涝情况进行了模拟,分析了河道漫溢水淹及城区积水情况,为揭示洪涝灾害成因和提出防治对策提供依据。