基于HEC-RAS的陇南山地山洪灾害风险图优化研究

短历时山洪是威胁陇南山地交通和村镇安全的重要灾害之一。为提高该地区防灾减灾能力,通过不同雨强计算出洪水淹没损失程度,利用洪水风险区划图指导当地群众预防山洪灾害具有重要的科学意义。基于HEC-RAS水文分析方法,结合GIS软件模拟了流域洪水淹没过程,以陇南山地蒲家沟为研究对象,在5、10、50、100 a一遇设计雨量条件下,综合考虑坡度、土地类型、损失率、水位和流速等多种因素,对传统洪水风险区划图进行优化。结果表明,相比传统方法绘制的风险区划图,优序图法优化后的风险区划图更加重视承灾体的受影响程度,且解决了传统风险区划图中小区域风险等级跨度大,风险等级难以定级的缺点。优化后的风险区划图,上中游无人区风险等级降低,下游人类活动区域风险等级更加明确。以马泉村王家咀为例,在50 a一遇的设计雨量下,传统方法绘制的风险区划图其划分结果涵盖5个风险等级,各区域面积差距不显著,难以确定最终的风险等级。而优序图法优化后的风险区划图划分结果更加集中,王家咀高风险区域面积不足中风险的4%,王家咀风险区域可以明确地定位到中风险。文中优序图法优化后的风险区划图在实用性和适应性上更具优势,可以为小流域山洪预警预报和防灾减灾工作提供帮助。

产流模式空间分布对城市雨洪过程模拟的影响

通过耦合网格产流计算模型(GRGM)和暴雨洪水管理模型(SWMM)汇流计算模块构建了GRGM-SWMM模型。以贾鲁河中牟水文站控制流域(包括郑州市中心城区)为研究区,基于18场实测暴雨洪水资料探究了产流模式空间分布对洪水过程模拟精度的影响。结果表明:研究区超渗产流模式空间分布面积占比高达72%,城市下垫面仍以超渗产流模式为主;相较于仅考虑超渗产流计算的SWMM,考虑超渗、蓄满和混合等不同产流模式空间分布的GRGM-SWMM模型场次洪水产流量、流量过程模拟精度明显提高,产流量模拟相对误差平均降低33.26%、决定系数平均提高0.089,流量过程模拟均方根误差平均降低5.13 m^(3)/s、纳什效率系数和决定系数分别平均提高0.227、0.207。

海平面上升情景下沿海城市极端雨潮复合洪涝危险性评估——以海口市为例

以海口市为例,利用1960—2017年的66场台风资料,包括台风日降雨和风暴潮的极值水位,建立复合洪涝组合情景。基于多个情景,对海口市在海平面上升背景下极端雨潮复合洪涝灾害的潜在风险进行深入研究。结果表明:1)在台风事件中,风暴潮为复合洪涝灾害的关键致灾因子,受灾最严重的地区主要位于南渡江入海口和北部滨海地区;2)在最大雨潮复合洪涝组合情景中,海口市受淹面积估计为148km^(2),相较于最小雨潮复合洪涝组合情景增加了约15倍,淹没区域中一半以上的区域积水深度超过1 m;3)在极端雨潮复合情景下,海甸岛、新埠岛及江东新区一带的滨海地区受到海平面上升影响最显著。根据RCP8.5情景预测,到2100年,海口市受极端复合洪涝灾害的影响区域预计达到约203km^(2)。

沿海地面沉降对风暴潮作用下洪水淹没影响的析因试验

地面沉降会加剧沿海地区潮灾风险。基于验证良好的MIKE 21水动力模型预测珠海市未来地面沉降和风暴潮影响下洪水淹没情况,引入并设计析因试验以量化地面沉降和风暴潮对洪水淹没的单独效应、主效应和交互效应。结果表明:珠海市地面沉降在平沙镇东北至白蕉镇西南呈条带状分布,对洪水淹没存在空间“放大效应”。地面沉降和风暴潮交互作用会加剧鸡啼门水道和泥湾门水道两侧洪水向内陆演进的趋势;与内陆相比,沿岸农田和水产养殖区的淹没对地面沉降更为敏感。交互作用时两个因素的单独效应均增强,二者对洪水淹没存在正向协同交互作用。未来100年地面沉降情景下,地面沉降主效应约为风暴潮主效应的1.11~29.49倍,这表明地面沉降在淹没效应中占主导地位,在预测未来风暴淹没时须考虑地面沉降的影响。

主客观融合精细化降水预报方法及防汛业务应用

基于水利部现有预报数据和资源,开展主客观融合的精细化降水预报方法研究,研制了一套技术方法。选取2022—2023年4次较强洪水过程,对主客观融合预报、主观预报、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)客观预报在9个流域的预报结果对照实况进行检验,结果表明,主客观融合预报在空间融合与时间拆分效果上优于主观预报和客观预报。

基于流溪河模型的任河流域城口段暴雨洪水模拟

为准确、有效地预报任河流域城口段暴雨洪水,以DEM、土地利用和土壤类型数据为基础,利用流溪河模型构建任河流域3级河道模型,选取20190627暴雨洪水手动优选模型参数,借助20170923、20180919暴雨洪水验证模型适用性;考虑降雨移动方向,利用优选模型模拟12 h降雨量为30、60、90、120、150 mm等5种情景洪水流量,分析各情景模拟特征。结果表明,参数优选后,20190627暴雨洪水洪峰误差减至2.79%,峰现时间提前5 h,模型模拟效果显著提升。20170923、20180919两次暴雨洪水洪峰误差小于20%、峰现误差小于3 h,满足模拟精度要求,流溪河模型可用于研究区暴雨洪水模拟。多情景下,30、60 mm降雨洪峰流量均小于150 m3/s;从90 mm降雨开始,洪峰流量急剧增加,增长率高达94.17%;降雨由上游往下游移动时洪水曲线至少出现1次峰值,反之洪水曲线仅有1次峰值,降雨量每增加30 mm,峰现时间提前1 h。流溪河模型在任河流域具有较好适用性,多情景模拟结果可为城口县设置暴雨洪水防治措施提供多视角支持。

南京城市下垫面对夏季暴雨云团特征的影响

为了理解城市下垫面对降雨的影响机制,选取南京地区2次不同天气背景的降雨过程,利用中尺度气象模式和暴雨云团追踪算法开展数值试验,揭示城市下垫面对暴雨云团形态、结构和演进特征的影响机制。结果表明:当天气强迫较弱时,城市热岛效应增强大气边界层对流活动,暴雨云团进入城市后快速坍塌,云团数量减少,空间覆盖增大,降雨在城区增加;当天气强迫较强时,城市冠层影响暴雨云团特征,城市地区出现大量面积小、移动缓慢且空间结构“尖瘦”的暴雨云团,降雨在城区和城市下风向增加。城市下垫面对暴雨云团特征的影响与降雨前期天气强迫有关,更新了城市对降雨影响机制的传统认识,为城市地区暴雨临近预报和设计暴雨方法提供了科学支撑。

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。

气候变化背景下珠江口地区台风风暴潮和流域洪水遭遇事件的风险探究

珠江三角洲是我国开放程度最高、经济活力最强的区域之一,该地区易受超强台风风暴潮和流域特大洪水等极端事件的侵袭,其复合作用的风险也不可忽视。全球气候变化更是增添了珠江三角洲地区防洪安全的复杂性。系统分析珠江口地区复合洪水的发生条件与致灾风险,提出精准防灾减灾措施,对保障珠江三角洲地区的长治久安和可持续发展具有重要意义。本研究表明,珠江口地区的台风风暴潮和流域洪水的间隔窗口期呈逐步缩小趋势,二者叠加产生复合灾害的潜在风险呈逐步增加趋势。

台风风暴潮与上游洪水耦合作用下温州飞云江感潮河段潮水位模拟研究

在全球气候急剧变化的背景下,沿海地区风暴潮发生的频率与受灾程度逐渐增加,特别是受风暴潮与上游流域洪水共同影响下的河口感潮河段区域。尽管现有风暴潮模型也引入多种不同的边界设置,但提供的边界条件有限,且无法满足当前国内复杂水工程的概化需求。为此,文章以飞云江流域为研究对象,通过耦合上游流域水动力模型IFMS与海洋风暴潮模型ADCIRC模式,充分发挥二者各自的优势,构建河口感潮河段洪水演进模型,实现飞云江感潮河段潮水位时空模拟。该模型不仅有效地考虑了河口海洋处风暴潮上溯对感潮河段区域洪水演进的影响,也考虑了流域上游洪水对该区域的影响。首先,采用2016年台风“鲇鱼”对模型进行验证,模拟结果与实测系列吻合度较高,误差满足基本要求。然后,对台风“杜苏芮”和“卡奴”影响下的瑞安、马屿、碧山六桥及洞头4个潮位站的洪水过程进行模拟,结果显示4个站点的洪峰误差值均低于0.30m,纳什系数大于0.80,表明该模型能较好地反映高低潮位变化,可应用于河口感潮河段防灾减灾中。最后,还分析了上、下游边界的驱动作用对感潮河段3个站点(瑞安、马屿、碧山六桥)潮水位预测的影响,证明了下边界对3个站点的潮水位预报影响比上边界的影响大。研究成果不仅为河口感潮河段洪水模拟提供了一种新方法,而且通过分析给出提升模型模拟精度的方向。

临泽县黑山口河“2022-08-13”暴雨洪水调查研究

文章对黑山口河“2022-08-13”暴雨洪水成因进行了分析研究,确定黑山口河此次洪峰流量为59.8 m3/s,重现期为百年一遇,调查研究了该暴雨洪水特性,为临泽县合黎山区针对强降雨、局部大洪水等突发性自然灾害的应急处置提供了数据支撑。

考虑Copula-LM-HMS耦联的台风情境下大坝洪水漫顶风险率计算

气候变化下台风风暴潮出现频次增加,形成的暴雨洪水对水库大坝安全产生极大威胁。由于部分地区实测流量资料缺少,基于雨量资料的随机模型与水文模型耦合模拟洪水过程线的研究亟待发展。针对现有小流域流量资料缺少问题,研究了基于降雨随机模型与水文模型的Copula-LM-HMS耦联模型,来模拟入库洪水并计算水库大坝洪水漫顶风险率。该模型通过Copula函数与拉丁超立方-蒙特卡罗抽样(Latin Hypercube-Monte Carlo Simulation)生成流域多组7日降雨数据,并通过变倍比放大法缩放处理得到相应降雨序列,利用HEC-HMS水文模型模拟洪水过程线并结合调洪演算得到坝前最高水位,同时考虑风浪作用来模拟台风情景下的库水位变化情况,计算大坝洪水漫顶风险率,并分析不同组合条件对洪水漫顶风险率的影响。余姚市四明湖水库实例分析表明,构建的Copula-LM-HMS耦合模型计算得到的拦河坝在未来台风情境下无漫顶风险,自溃坝最小漫顶风险为0.22%,最大漫顶风险达到2.68%;洪水漫顶风险与降雨分布及起调水位有关,同时风浪作用对洪水漫顶风险影响较大。基于耦合模型进行中小流域洪水漫顶风险率计算,不仅能考虑降雨系列之间的相关性、流域地形特征与实际调洪规则,还可延长无流量资料地区水库大坝应对台风情境下洪水风险的预报期,为保证水库大坝应对未来气候变化影响下的运行安全提供参考。

斋堂水库23·7特大暴雨洪水分析与思考

2023年7月29日—8月1日受台风“杜苏芮”影响,斋堂水库流域遭遇历史罕见的特大暴雨,持续的强降雨过程,使斋堂水库发生了1974年建库以来的最大洪水。在此次洪水过程中,先后发生了断网、断电、前哨水文站失联等突发情况,为了保证下游人民生命财产安全,斋堂水库科学调度、拦洪错峰、果断处置突发情况,充分发挥了防洪效益。文章通过对此次暴雨洪水的分析,为今后斋堂水库防洪减灾工作提供了重要的参考依据。

中洲河“22.6”暴雨洪水分析

受超强“龙舟水”影响,2022年6月20日至21日,中洲河大象(二)水文站出现建站以来最大洪水过程,洪峰水位为7.57 m(冻结基面,下同),洪峰流量为1410 m^(3)/s。该文对中洲河“22.6”大洪水的暴雨成因、暴雨过程及特点、洪水过程、洪水重现期以及洪水特点等方面进行了分析,研究成果可为今后中洲河防洪减灾、水资源合理利用与开发提供可靠的水文数据及技术支撑。

极端天气下轨道交通水害致灾因子时空分布特征

近年来,在与气候变化相关的多种极端天气因素的相互作用下,洪涝事件对城市及轨道交通系统造成了严重影响。以粤港澳大湾区典型沿海城市洪涝事件为例,研究了轨道交通水害的主要致灾因子(极端降雨和台风风暴潮)及相关特征参数,揭示了其时空分布特征。研究表明:①近年来,广州市降雨量、降雨强度均明显增加,但降雨历时减少,降雨整体呈现增多且趋于集中的极端化趋势。广州市降雨时间分布在年内存在两个极值区间,第一极值区间与广州市“龙舟水”相关,第二极值区间主要受台风影响。广州市降雨空间分布不均,主要受季风及地理位置影响。②近10 a影响广东省的29场台风风暴潮灾害集中发生在7~10月,该时间与降雨第二极值区间重合。在对近年广东省典型轨道交通水害事件进行总结后发现,水害高发期与两个极值区间重合。虽然广东省台风强度存在缓慢降低趋势,但由于广东省沿海城市遭受台风风暴潮灾害的频次不断上升,且粤中地区密集分布有广东省全部的地下轨道交通系统,未来广东省轨道交通系统水害风险将随着极端天气时空分布特征的变化进一步加大。研究成果可为未来城市轨道交通水害致灾特征研究提供依据,为城市防灾减灾提供参考。

暴雨洪涝灾情快速监测评估技术框架体系与应用:以2022年6月北江流域洪水灾情分析为例

【目的】暴雨洪涝灾情快速评估在洪灾应急救援和灾后恢复重建中发挥着重要作用,但仍面临诸多挑战。为快速监测和评估洪涝灾情,建立一套集成天空地网多源信息与多种技术的暴雨洪涝灾情快速监测评估技术框架体系,【方法】以2022年6月北江暴雨洪灾为例,综合利用雨量、河道水位、网络淹没图片和视频、卫星遥感影像、地面调研测绘和无人机低空航测等多源数据、水文模型和地理空间分析技术,通过实地调研测绘和无人机航测,结合遥感影像、水力学模型和地理空间分析技术,快速识别本次洪水淹没深度范围、分析淹没区内的受灾人口、房屋、农田等基本灾情,在洪水灾情分析的实战中检验集成天空地网多源信息的暴雨洪涝灾情快速监测评估技术。【结果】结果显示:清远市新增的淹没面积为478 km^(2),其中淹没农田307 km^(2)(64%),淹没区内有74119栋房屋和167306人;韶关市新增的淹没面积为90 km^(2),其中淹没农田46 km^(2)(51%),淹没区内有15629栋房屋和78037人。【结论】结果表明:无人机航测结合地面RTK高程和洪痕测绘,将在洪涝灾情快速调查评估中发挥越来越重要的作用;卫星影像可快速揭示洪水淹没区的总体格局,但受云层遮档和过境时间的影响,难以获取最大淹没范围;洪涝淹没区公众提供的各类网络众包信息是最直接和现时的洪涝灾情信息,需要认真核实和充分利用;结合河道等各类实测水位,HAND模型可以快速估算出淹没深度范围,有很大的推广应用价值。通过对本次北江洪涝灾情的快速模拟和初步分析,充分展示了各类前沿技术在洪涝灾情快速识别中的独特作用,可为洪涝灾情应急监测方案设计和技术准备提供参考。

基于GIS构建邯郸市某区SWMM雨洪模型的方法研究

以河北省邯郸市某区雨水管网为例,通过建立GIS管网、划分子汇水区、构建地面高程图、绘制土地利用类型图及计算模型参数,借助GIS空间数据及融合理论和SWMM产流、汇流理论搭建雨洪模型,模拟4种不同重现期的降雨情境,验证模型的准确性,分析模型运行后雨水管网排水能力。结果表明,该方法建立模型的准确性高、适用性强,连续性误差均在5%以内,可直观反映雨洪情况。

深圳河流域城市洪涝风险分析

日益严峻的城市洪涝灾害严重威胁着城市安全和可持续发展,准确评估城市洪涝风险对于保护人民群众生命财产安全至关重要。本研究基于元胞自动机洪水模拟模型构建深圳河流域洪涝仿真模型,采用综合主观层次分析法和客观权重赋权法的博弈论组合赋权法对各指标赋权,评估和预测不同降雨情景下深圳河流域城市洪涝风险。结果表明:深圳河流域城市洪涝高风险区存在典型的时空差异,随着暴雨重现期的增加,面积占比从2年一遇的0.20%增加到100年一遇的0.82%;中低风险区面积占比从2年一遇的67.4%减少到100年一遇的64.7%。研究结果可有效识别深圳河流域洪涝风险分布,为完善深圳河流域洪涝综合防治体系,提升城市洪涝防御能力和韧性提供借鉴与参考。

华南中小流域设计暴雨洪水同频率检验与重现水平推算

暴雨洪水同频率假定是否成立和暴雨洪水遭遇概率分布是中小流域设计洪水计算的依据,为检验其合理性,采用鉴江上游曹江流域典型强降水流域1967—2013年逐时暴雨洪水观测资料,分析了华南中小流域最大面雨量R和对应场次最大洪峰流量Q的边缘分布和联合分布的遭遇概率,并推算其设计重现水平。研究结果表明:暴雨和洪水同频遭遇概率较小;对于特定设计频率,洪峰流量与流域面雨量的遭遇概率随流域面雨量增大而增大;流域面雨量和洪峰流量的遭遇条件概率显示存在着多种防洪风险管理选择;相对于“或”联合重现期和“且”重现期,二次重现期更准确地反映R-Q组合的风险率。

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。