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。

城市雨洪内涝三维实景动态模拟表达方法研究

受全球气候变暖、城市化进程加快的共同影响,近年来城市极端降雨事件频发导致内涝灾害发生。基于水文、水动力模型得到的城市雨洪数值模拟结果难以展示降雨、内涝渐变过程等问题。提出雨洪内涝过程三维实景动态模拟表达方法,首先采用GAST(GPU Accelerated Surface Water Flow and Transport Model)水动力模型对雨洪内涝过程数值模拟,通过Godunov类型有限体积法进行数值离散,采用GPU并行技术加速计算获取不同输出时间下的数值模拟结果,创新设计了GAST模型数值模拟结果与数字高程模型数据耦合方法,构建了数字淹没网格模型(Digital Inundation Grid Model,DIGM),基于WebGL和三维地理信息系统(3D Geographic Information System,3D GIS)技术开发三维实景动态可视化引擎,构建雨洪内涝过程三维实景动态渲染机制,对雨洪内涝过程三维实景动态模拟进行表达。最后,采用本方法实现了西安2020年7月10日2次强降雨致涝过程三维实景动态模拟表达,结果生动直观准确,与实测结果吻合度高,表明该方法可有效弥补现有城市雨洪内涝数值模拟表达方法的不足,具有良好的应用价值。

城市化下产汇流参数不确定性分析及洪涝模拟--以晋城市金村区为例

识别敏感参数,降低模型不确定性,是提高城市雨洪模拟结果科学性与准确性的重要步骤之一。本文以晋城市金村区为例,构建城市洪涝模拟模型,分别采用局部和全局方法识别敏感性参数,同时分析不同下垫面特征的参数敏感性。基于敏感性分析,模拟不同降雨情景和城市化进程中不同下垫面的洪涝特征值。结果表明:不透水区洼蓄量较敏感;降雨重现期增大,最大下渗率局部敏感性增强而全局敏感性减弱;硬化地面较多区域,不透水面相关参数较为敏感;不同区域洪涝特征值均随重现期的增大而增大;同一重现期下,特征指标值随城市化进程分布更加集中。本研究可以为城市分布式雨洪模型参数不确定性分析与洪涝特征响应分析,以及城市韧性提升提供一定的参考。

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。

基于SWMM模型的城镇排水系统规划研究

经济不断发展,积极推进城市化建设与发展,其中区域水文循环受到此方面影响,促使平均年降水量增加,增加暴雨洪水事件发生概率。就城镇排水系统而言,系统运行水平直接关系着城市排水排洪工作能力,做好城镇排水系统规划与设计非常关键。基于此,本文对SWMM模型基本内容进行分析,并对基于SWMM模型如何规划城镇排水系统加以阐述,提出针对性解决建议,希望能为进一步提高城镇排水系统运行水平及强化运行管理效果提供参考。

基于城市雨洪模型的市政排水与水利排涝标准衔接研究

针对目前存在的市政排水与水利排涝两个标准的衔接仍无规范统一方法的问题,以广州市东濠涌流域为研究区域,采用城市综合流域排水模型Info Works ICM建立东濠涌流域管道、河道及地面二维耦合模型,分析计算市政排水1年一遇与水利排涝5年一遇以及市政排水1年一遇与水利排涝10年一遇两种情况下的标准衔接关系,为城市排水防涝规划设计提供技术支撑。结果表明:1年一遇市政排水标准与10年一遇水利排涝标准的组合能够满足流域涝水顺利排除的要求,但管道排水口底高程距河底高程的距离过短也会对管道的水位顶托产生一定影响,故建议城市排水管网的规划建设应至少保证排水口底高程高于河道底高程0.5 m以上。

基于SWMM的城市雨洪模型模拟研究——以广东东莞市东城牛山汇水片区为例

为研究城市雨洪规律及城市化对雨洪的影响,指导城市防洪排涝,以SWMM为研究工具,东莞市东城牛山汇水片区为研究对象,经过汇水子流域划分、管网系统概化、参数设置调试等步骤构建了研究区域的城市雨洪模型,并应用所构建的模型对不同降雨重现期、不同城市化程度设计情境进行了模拟研究。结果显示,所构建模型可以对城市雨洪过程进行全程动态模拟;模拟发现随着重现期的增加,径流总量和洪峰流量都明显增加,且增幅逐渐减小;随着城市化的发展,降雨入渗量减少,径流量和洪峰流量增大,径流系数不断增高,洪涝灾害的风险升高,且短重现期的降雨条件下影响更明显。

土地利用/覆被变化下的暴雨径流过程模拟分析——以太湖上游西苕溪流域为例

应用水文模型HEC-HMS模拟分析太湖上游西苕溪流域未来土地利用/覆盖变化对不同重现期暴雨下洪水过程的影响。结果表明,城市化进程中研究区土地利用变化将导致径流总量和洪峰流量增加,而建设用地扩展幅度则直接影响径流总量和洪峰流量增加的程度;同时发现,随着暴雨重现期的增加,研究区土地利用变化对洪水过程的影响逐渐减小;此外,研究区土地利用变化及其水文效应具有显著的空间差异性,以靠近城市中心的子流域响应最为显著。

基于云模型的城市极端雨洪灾害风险评价

构建最大24 h降雨量、平均淹没水深、淹没历时、受灾人口率、受灾面积率、GDP损失率6个指标,综合运用层次分析法和熵权法确定各指标的权重,通过云模型定量评价各指标下风险的等级,建立基于正态云模型的极端雨洪下城市洪水风险综合评价模型。对景德镇极端雨洪引发的洪水进行风险评价,得到1990—2012年景德镇每年的风险等级,找出引发洪水风险的关键因素。研究结果表明,景德镇深受洪水的影响,平均淹没水深与淹没历时对洪水产生的风险有重大影响。提出通过大量植树造林,增加透水面积;新建排水设施,清理城市排水管道,可以有效降低景德镇极端雨洪带来的风险。

基于云模型的城市极端雨洪灾害预警研究

利用两维图论聚类法将城市分为若干个相对独立的区域,根据各个独立区域的实际情况分别创建4个相应降水等级的正态云和统一的极端雨洪灾害风险等级,建立基于云模型的城市极端雨洪灾害预警模型,对相同降雨降到不同地方和不同时间段降雨降到相同地方所引起的雨洪灾害进行动态预警。结果表明,极端暴雨降临时,城西片区、浮梁县城片区和城东片区遭受的灾害风险等级较高,随着时间的推移,其等级逐步由三级升到四级,而电厂片区和吕蒙航空基地片区遭受的灾害风险等级相对较低,最高不超过三级。利用云模型可以对景德镇各个区域各个时间段的灾害等级进行及时、准确的动态预警。

城市暴雨内涝对交通的影响及路线优化对策

城市内涝的频频发生严重影响城市交通秩序和出行者的安全.城市暴雨洪涝对交通的影响以及路线的优化选择应得到更多的关注和研究.本文介绍了一种基于城市暴雨内涝管理模型SWMM水动力模拟,结合Dijkstra最短路径算法,对暴雨情境下的城市内涝积水点进行模拟和识别,评估极端降雨对交通网络的影响以及受涝区域最佳交通路径的选择.结果表明,该法可将SWMM模拟的动态内涝信息及时反馈到城市交通网络模型中,评价雨洪情境下管网节点或管段的积水阻断状态,有效求解暴雨情境下的规避路径.此法充分结合内涝模拟系统与交通路线分析,具有空间能力分析强、规划效率高的特点,为研究极端暴雨天气对城市交通的影响以及应急管理和疏通提供支持,具有重要的现实意义.

SWMM模型在南宁心圩江设计洪水中的应用研究

随着城市化的快速发展,导致城市防洪排涝等问题显得越来越突出,受到各级政府和科学技术研究工作者的高度重视。文章以SWMM模型为基础,结合南宁心圩江实际资料,率定各有关参数,利用暴雨推求城市设计洪水,试图寻求适合城市排水设计新方法。

深圳市洪涝预警调度系统建设方案及实现

随着全球气候变化和快速城市化,极端暴雨事件日益增多,特大型城市由于经济活动高度集中,洪涝灾害应对更加复杂,亟须有效的预警调度手段以提高灾害应对的精细化和科学化。以深圳市河湾流域为对象,以城市洪涝模型为核心,基于智慧城市大数据平台,耦合多源历史、实时和预报数据,设计实现了洪涝预警调度系统。系统采用面向应用场景的组织模式,针对暴雨、台风、日常监视等不同情景,分别构建汛情监视、态势分析、模拟调度、风暴潮风险分析等几大场景,实现对城市洪涝过程的精细化模拟和风险评价,为预警调度决策提供支撑。从系统框架、应用流程、主要功能、关键技术等方面对系统进行了介绍。

上海市徐汇区暴雨径流模拟

针对城市地区产汇流特性,构建了暴雨径流分析系统预测评估灾情,并对可能出现的积水受灾做出总体分析,最大限度地降低雨洪灾害所造成的经济损失和社会影响。通过与实际雨洪过程比较验证可知,该模型的模拟精度满足要求,可动态模拟各排水片与街区的地面积水全过程,可为城市防讯决策提供多层次的信息服务和多种支持手段。

前期影响雨量与雨水口过水能力对城市内涝影响研究

为了研究雨水口过水能力与前期影响雨量对基于SWMM(Storm Water Management Model)的城市雨洪模型的影响,采用SWMM模拟技术进行城市雨洪模型精度改进研究。以柳州中心城区为例,构建城市雨洪模型并对现状进行评估,构建改进模型来评估雨水口过水能力与前期影响雨量对模型的影响。结果表明,改进后的模型更加符合实际测量值,其中峰值时间比原模型推后15 min,与实际相差15 min,峰值水位为3.18 m,比原模型减小了7%,更加接近实测值,总溢流量相较于原模型减少了16%,且前期影响雨量对重现期2 a、5 a情境有显著影响,雨水口过水能力对重现期5 a、10 a、20 a、50 a以及100 a情景都有显著影响,且影响随降雨强度的增大而变大。改进后的模型更加符合城市实际的内涝情况。

基于GIS的城市暴雨洪涝模拟分析——以郑州市石佛镇“7·20”特大暴雨为例

针对极端暴雨洪涝灾害缺乏全流程系统性研究的问题,提出了基于GIS的城市暴雨洪涝模拟分析方法,在划分子流域的基础上,以降雨—径流—淹没为序,对河南省郑州市“7·20”特大暴雨灾害进行了推演模拟,并对试验区内的建筑及交通进行了受灾评估。将模型计算结果与卫星影像数据对比,表明其与洪涝的实际范围、深度基本吻合,可见本文所提模型能够在数据精度不高或缺失的应急情况下,快速地推演与模拟郑州市石佛镇大范围洪水淹没情况,为城市极端雨洪灾害模拟提供参考,具有实际应用价值。

设计暴雨雨型对城市内涝影响数值模拟

为分析设计暴雨雨型对城市内涝的影响,应用耦合了水文和水动力过程的数值模型,以陕西省西咸新区为研究区域,对不同重现期及峰值比例设计暴雨条件下的内涝过程进行模拟,并对内涝积水总量、不同积水深度内涝面积等量值进行对比分析。结果表明:设计暴雨重现期短于20年时,峰值比例较小的设计暴雨内涝积水总量较大,而重现期长于20年时,规律相反;除2年一遇设计暴雨外,峰值比例较大的设计暴雨致涝总面积较大,但其中影响严重的Ⅳ级致涝面积较小;设计暴雨峰值比例越小,重现期越长,积水总量峰值时刻相对于暴雨峰值时刻的迟滞时间越长。揭示了暴雨雨型与内涝积水程度的量化规律,对更合理地开展城市雨洪管理工作具有指导意义。

芝加哥雨型与城市灾害性降水的比较研究

目前城市洪涝研究中较多采用以芝加哥雨型为主的设计降水作为输入,该方法存在一定概化,实际防洪排涝应用和水文过程研究中需要进一步探索芝加哥雨型法表征灾害性降水存在的相关问题和缺陷。以郑州市城区2011~2018年发生的致灾降水事件为研究对象,总结了致灾降水的年内演变趋势;比较了芝加哥雨型设计降水与致灾降水峰值分布、强度等过程信息;基于雨洪模型(SWMM)分析了研究区不同成因的城市洪涝过程发生发展的差异,并与芝加哥雨型法输入的雨洪过程进行比照。结果表明:(1)郑州市城区年内致灾降水存在从雨强致灾发展为双致灾,再过渡到雨量致灾的趋势;(2)研究区2 a一遇芝加哥雨型洪涝过程与雨量致灾降水近似,5 a一遇及更高标准的芝加哥雨型具有双致灾降水的洪涝特征;(3)雨强致灾所致的洪涝过程积水历时短、程度小,雨量致灾洪涝过程持续时间长,双致灾洪涝过程兼具雨强、雨量致灾机理,影响范围更广。研究结果对城市内涝防治、海绵城市建设和地区防涝减灾具有一定意义和参考价值。

基于SWMM模型的南京秦淮区暴雨内涝风险分析

SWMM(Storm Water Management Model)模型是一个动态降雨-径流模拟计算机程序,是城市区域径流水量和水质的单一事件或者长期(连续)模拟的一个有效工具。通过构建南京市秦淮区SWMM模型模拟分析城市不同重现期暴雨情景下的管网节点积水情况,选用淹没积水深度和淹没时长两个因素划分内涝风险等级,运用ArcGIS空间插值分析工具对研究区内涝风险进行分析,并建立城市暴雨内涝风险空间分布的直观表达。研究结果表明:研究区风险高值出现在南部"机场河-响水河圩区"、东部"青年河、安江河圩区"、西部老城区"双塘、大光路和瑞金路街道"三处。

基于城市水文模型模拟的暴雨积涝灾害风险预警研究

以土地利用及土地覆盖分类(透水及不透水地表组成)及格点化城市管网排水能力为水文模型主要输入参数,以雷达反演及外推雨量为强迫,模拟城市地表水反应过程及水动力过程,提出在城市水文模型基础上发展城市暴雨积涝风险预警及预报应用。水动力模型以二维浅水方程为基础,用变向隐式法分别在x轴和y轴方向上分两步求解差分方程。此演算方法具回水效应,间接实现了径流路径搜索的多重路径寻向,还原城市地表径流紊流、分流及散流较多的状况。研究分别以在线及脱线方式做了基于城市水文模型的模拟及检验分析。在线模式研究以2012年北京“7·21”暴雨为个例,用雷达定量降水估计强迫到城市水文模型中演算网格积水深度,模拟“7·21”暴雨积涝情景,发现模拟结果基本反映当天的积水及积涝发生情况;脱线模式模拟则侧重计算城市地区不同风险等级暴雨积涝的临界雨量值(风险阈值),尤其是积涝易发点的风险阈值。研究推导出北京地区49个积涝易发点积水深度分别达到0.2、0.5、0.8和1.2 m时的1、3和6 h的临界雨量,并以此作为北京地区暴雨积涝“蓝黄橙红”四个预警等级的划定标准。