城市暴雨洪涝多尺度分层嵌套模拟技术

针对城市暴雨洪涝模拟存在的计算精度与计算时间及数据可获得性等方面的矛盾,基于城市暴雨产生洪涝过程的时空特性,提出一种城市暴雨洪涝多尺度分层嵌套模拟技术。在全分布式模型的精细网格基础上,叠加大尺度计算单元,上层大尺度计算单元用于非淹没区的降雨产汇流模拟,底层精细网格用于淹没区的洪涝淹没过程模拟,且2种尺度计算网格实现“分层嵌套,实时切换”。应用这种分层嵌套模拟技术,模拟程庄子铁路桥区2020年“8·12”暴雨积水过程,取得较好的效果。研究表明,多尺度分层嵌套模拟技术,在保障较好的模拟精度的同时,可以大幅节省计算时间,有望为大区域城市暴雨洪涝模拟应用提供一种有效的技术手段。

基于两种建模方式的嵌套式城市雨洪模型研究与应用

全球气候变化和快速城镇化打破了城市水循环平衡,造成近些年来我国城市暴雨洪涝事件频繁发生。城市暴雨洪涝(雨洪)模型是应对城市洪涝事件的重要技术保障。然而,对于城市暴雨洪涝模拟,模拟精度和计算效率往往是一对矛盾体。本文总结了目前两种应用比较广泛的建模方式,即基于部分物理机制的水文单向驱动水动力模拟方式和基于完整物理机制的全过程双向耦合模拟方式。在此基础上,为了提高防汛应急处置工作的前瞻性和准确性,本文提出基于上述两种建模方式的嵌套式模拟方法。针对昆明主城区及其局部汇水区的模拟应用研究表明,嵌套式模拟方法在一定程度上缓解了城市雨洪模型在“整体”和“局部”、“精度”和“效率”之间的矛盾,具有较好的实用价值。

城市洪涝模拟应用场景及相应技术策略

城市洪涝模拟是当前国内外城市防洪减灾领域研究的热点。现有城市洪涝模拟方面的评述,主要依据城市洪涝过程或模拟计算方法进行分类讨论,缺乏基于应用需求的视角。随着应用需求日益深入,城市洪涝模拟应用场景日趋多样化和复杂化,不同模拟应用场景下,所关注的洪涝过程不同,采用的技术策略及其重点和难点也不同,脱离模拟应用场景很难辨析这些不同。依据模拟对象和关注变量,归纳总结出城市洪涝模拟的3种典型应用场景,即城市外洪模拟、城市雨洪模拟、城市内涝模拟;针对这3种典型模拟应用场景,分析相应的城市洪水演进模型、城市雨洪模型、半分布式暴雨内涝模型、全分布式暴雨内涝模型等4类模拟技术策略;辨析在不同模拟应用场景和技术策略下,不同模拟技术的组合方式及其特点与难点,以期从应用需求的角度对城市洪涝模拟技术进行全面的梳理,为城市洪涝模拟应用和研究提供一个新的视角。

水工程调度与低影响开发协同作用下典型城市片区洪涝过程模拟--以福州市为例

城市水工程调度与低影响开发措施,在应对城市暴雨洪涝中发挥了重要作用。本文以沿海城市福州主城区晋安河片区为例,构建一套综合的水文水动力模拟框架,从全域视角分析实时控制调度下的洪涝响应特征,并选择典型社区,从社区尺度下分析低影响开发措施与水工程调度协同作用下的洪涝过程。结果表明,全域尺度下,通过上游水工程联合调度可以有效控制下游内河水位,距离琴亭湖更近的晋安河主河道断面相比于下游断面,其断面水位变化受实时调度方案影响更为明显。在未考虑河道漫溢时,联合调度对河道水位的影响明显大于对内涝淹没的影响。在社区尺度下考虑河道漫溢时,低影响开发措施与水工程调度对内涝淹没的协同作用明显。在重现期为100 a、历时为2 h降雨下,协同治理前后,淹没面积由7.57 hm^(2)减少至4.85 hm^(2);在苏迪罗台风降雨数据驱动时,协同治理前后,淹没面积由22.87 hm^(2)减少至9.83 hm^(2)。研究成果可以为城市防洪减灾应对措施提供一定的参考。

广州中心城区内涝观测实践

针对广州中心城区内涝现状,选择了4个内涝点开展内涝观测,包括天寿路、花城大道、猎德大桥和中山大学南校区。设计了内涝观测方案,包括降雨、水深、流速和淹没范围4个要素,其中,降雨主要利用广州多普勒雷达进行监测,水深采用电子水尺进行观测,流速采用手持式电波流速仪观测,而淹没范围则采用便携式数码摄像机进行观测。对2017年4—6月的5场典型内涝开展了现场观测,采集到了宝贵的现场资料,为分析广州城市内涝形成规律和精细化城市内涝预报模型研发提供了数据支撑。

极端暴雨威胁下的城市内涝风险预警系统研究

传统内涝风险预报系统多基于单一降雨产品驱动城市水文水动力模型的模式,难以解决由于暴雨观测或数值模拟带来的不确定性问题。综合利用多源降雨(雷达、地面雨量计,地面雨滴谱)、积水观测数据,有利于提高内涝预报精度,改善风险空间描述。因此,为了进一步加强洪涝预测能力以更好地应对极端暴雨威胁,本研究提出了基于综合观测的城市内涝风险预警系统,并在北京市清河流域进行了初步实践和检验。该系统包含六个模块,融合了新兴的降雨积水观测技术,引入了主流的降雨临近预报方法,采用了成熟的城市雨洪模拟手段,可为道路交通提供实时的积水深度和风险等级,为城市内涝灾害应急管理提供内涝风险预测和预警产品。

流域城市化进程中雨洪综合管理量化关系分析

针对城市化进程中流域尺度暴雨洪涝水文特征的变异及径流峰值与总量的增加,采用GIS技术划分子流域并应用数值模拟方法,对流域范围内不同蓄滞渗排与雨洪利用组合方案进行模拟分析及量化研究。研究结果显示,以流域为整体,实施雨洪综合调蓄管理措施明显优于传统的各子流域分散管理方式。以位于美国伊利诺伊州的黑莓溪流域为例,经过优化分析,流域尺度所需的雨洪蓄滞容积,较之于子流域分散蓄滞方式可减少24.7%。在单纯流域蓄滞的基础上加之于源头与社区尺度的低影响开发(LID)与雨洪利用等新型综合管理措施,可将流域尺度的蓄滞容积减少60.3%之多,有益于缓解城市雨洪管理中的蓄滞占用土地、耗资巨大和运行维护困难的结症。本文为流域尺度雨洪综合优化管理决策提供了新的规划评估思路与参考。

提升防涝韧性的城市调蓄空间量化方法研究

通过“蓄排并举”提升城市防涝韧性是应对日益凸显的城镇内涝风险的重要手段。如何量化城市调蓄空间需求是落实蓄排平衡策略的首要问题。将三个国外城市规划中调蓄空间总量的计算方法与国内相关标准导则进行对比研究,分析这些方法在我国内涝防治韧性规划中的适用性。对比发现荷兰UWBM-SDF方法符合我国内涝防治标准中保证特定重现期下不发生内涝事件的要求,适合估算城市防涝韧性建设的长期总体调蓄目标。介绍了UWBM-SDF蓄排平衡曲线法在国内规划实践应用中的两个案例,提出了适合国内防涝韧性需求的城市调蓄空间量化方法的研究方向。