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。

Characteristics of Rainstorm and Flood Disaster in Shaoyang City and Flood Protection Countermeasures

Based on ground meteorological observation data at 10 representative stations of Shaoyang City during 1951-2017 and rainfall data at over 220 automatic weather stations during 2005-2017,statistical analysis on rainstorm and flood disaster in Shaoyang was conducted. Occurrence characteristics and rule of rainstorm and flood disaster were found,and disaster situation was evaluated and analyzed. The results showed that（ 1）there was almost local rainstorm and flood in Shaoyang City every year,with strong seasonal characteristic.（ 2） The loss caused by rainstorm and flood disaster was the most serious in various meteorological disasters.（ 3） Rainstorm and flood disaster generally had the sudden and devastating characteristics. Via the analysis and research on rainstorm and flood disaster,defense measure and countermeasure of rainstorm and flood were proposed,which could provide scientific decision basis for party and government leading flood relief,and had important guidance significance for preventing and mitigating disasters by government agencies.

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。

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。

城市暴雨洪涝灾害防控系统脆弱性的“乌卡”问题研究——以河南郑州“7·20”特大暴雨灾害为例

极端天气引发暴雨洪涝灾害造成重大人员伤亡和财产损失,而“乌卡”时代的到来加剧了城市暴雨洪涝灾害防控系统的脆弱性,其易变性、不确定性、复杂性和模糊性,使公共领导者和基层实践者在价值层面“应该降低”和实践层面“怎么降低”城市暴雨洪涝灾害防控系统脆弱性的“乌卡”问题都面临困境。分析自然、社会、管理和技术四类子系统脆弱性的“乌卡”问题,并在此基础上,提出以自然灾害综合风险管理为导向解决“乌卡”问题,通过风险识别、风险分析、风险评价、风险控制分别应对城市暴雨洪涝灾害防控系统脆弱性的“乌卡”问题特征,可以为提高城市暴雨洪涝灾害防控系统韧性提供有益思考。

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。

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。

郑州“7·20”极端降雨的城市内涝模拟及风险评估

为科学认识和有效评估极端降雨对城市内涝风险的影响,构建了基于InfoWorks ICM的郑州市金水区老城区内涝模型,以郑州“7•20”极端降雨为例,评估了城市管道排水能力,模拟分析了城市内涝淹没情况,改进了英国基于行人安全的内涝风险评估公式中的部分参数。结果表明:郑州市金水区老城区58.54%的排水管道不能满足郑州市城市规划管理技术规定;在郑州“7•20”极端降雨中,排水能力较低的管道首先被充满,地面积水来时快、退时缓,最大满管率高达98.69%,发生时刻为当日18:00前后;由改进后的内涝风险等级评估方法计算可知,郑州市金水区老城区高风险以上区域占70.43%。该方法更适用于极端降雨下内涝风险等级的评估,可为城市极端降雨防控提供一定的技术参考。

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。

“23·7”京津冀暴雨极端性特征及对我国城市防汛的启示

2023年7月29日至8月1日,京津冀地区出现极端强降雨过程,多地出现严重城市内涝、洪水和地质灾害,并造成重大人员伤亡。这次极端强降雨过程累计雨量大、持续时间长、影响范围广。京津冀地区4 d平均降雨量175 mm,超过平均年降水量的1/3。在全球气候变化与快速城镇化的背景下,极端暴雨对我国城市经济社会平稳运行的冲击和影响在增大。现有城市设防标准不适应气候变化下新的防汛形势,气象灾害监测预报预警能力及部门协同联动机制等仍存在短板不足,城市公众防灾避灾意识仍有欠缺。为此建议,持续加强极端降水事件对城市影响研究,提高监测、预报、预警服务能力,加强城市治理力度,增强城市防御气象灾害的“韧性”,同时应积极推动气象灾害科普宣传,不断提高极端灾害公众防御意识。

基于BIC-KMeans和SWMM的城市雨洪快速模拟方法

针对城市雨洪模型率定过程过于烦琐复杂的问题,耦合贝叶斯信息准则(BIC)和K均值聚类机器学习算法(KMeans)构建了BIC-KMeans算法。根据样本参数在不同城市功能区的分布规律,结合暴雨洪水管理模型(SWMM)提出了城市雨洪快速模拟方法。分别在郑州大学主校区、郑州市金水区南部、郑州市中心城区3个集水区选取了6、3、4场历史观测洪水事件进行了验证。结果表明:提出的城市雨洪快速模拟方法适用性较好;洼蓄量、地表曼宁系数、入渗率和衰减系数等不确定性参数在不同城市功能区的取值由小到大依次为工商业区、居民区、公共用地区;3个集水区雨洪模拟洪水流量相对误差均小于12%、纳什效率系数均大于0.75、决定系数均大于0.80,各项指标均优于传统调参法;SWMM模拟精度会随着集水区空间尺度增大而变小,峰现时间误差在较小尺度集水区雨洪模拟中是分钟级,在较大尺度为小时级。

基于网格的暴雨洪涝灾害风险评价

评估暴雨洪涝灾害风险,对于制定暴雨洪涝灾害区域防灾减灾规划具有重要意义。选取哈尔滨市主城区为研究区,以气象数据、社会经济数据和地理信息数据资料为基础,构建0.01°格网,从暴雨致灾因子危险性、暴露度和脆弱性3方面对洪涝灾害进行精细化风险评估与区划。结果表明:哈尔滨主城区洪涝危险性自西北向东南逐渐增加,香坊南部及松北、道里、南岗、道外交汇处受洪涝危害最为严重;暴露度呈现中心高四周低的格局,高风险主要位于绕城高速以内;路网密集地带脆弱性相对较高。洪涝风险呈自西北向东南逐渐增加,东部显著高于西部,主城中心、道外区西部及香坊区大部为高风险区,受洪涝危害严重,应注意城市内涝、交通拥堵等次生影响的防范。

基于城市暴雨洪水模型的市政排水设计

为提高城市排水工程设计水平,文章分析了SWMM雨洪模型的特点及雨水产汇流、地表下渗等模拟方法,并以某城市为研究对象,阐述了SWMM模型的建立流程及其在排水管网能力和内涝评估中的具体应用,同时,提出城市LID排水设施的布置方法,研究成果可为市政排水设计提供理论指导。

沧州市2021年“7·29”大暴雨过程简析与思考

城市暴雨特性分析对于研究城市防洪有着十分重要的意义。本文对沧州市2021年最大暴雨过程在时空分布、洼淀蓄水、地下水位、主城区积水等方面进行了定量分析。结果表明,最大暴雨过程产生了河道流量、增加了洼淀蓄水量、抬升了地下水位,使主城区产生了不同程度的积水,该研究成果可为相似类型降雨研究提供依据。同时,为了更好地利用雨洪资源,提出了相关的建议。

内涝防治设计重现期下设计暴雨雨型研究

本研究以各省市发布的暴雨图集和暴雨强度公式为基础,通过分析大、小排水系统的设计要求和联系,提出采用“长包短”、“大包小”的方法统筹协调水利和市政设计暴雨,构建能够满足内涝防治系统数学模型计算要求的内涝防治设计暴雨雨型,为开展后续的内涝防治设计工作提供科学依据。

城市暴雨内涝数学模型的研究与应用

以城市地表与明渠、河道水流运动为主要模拟对象,研制了模拟城市暴雨内涝积水的数学模型。模型以平面二维非恒定流的基本方程和无结构不规则网格划分技术为骨架,同时,针对小于离散网格尺度的河道或明渠,应用了一维非恒定流方程的算法。采用分类简化处理的方法,将通道分为河道型、路面型、特殊通道型(城市内的二级河道),根据不同类型简化动量方程,求任意网格各个通道上的单宽流量。采用一维非恒定流方程模拟地下排水管网内的水流,并给出泵站、闸门、淹没出流管道等排水系统的处理方法。根据无结构不规则网格的设计思路,按照天津、南京、南昌三市的地形地貌特征分别设计多边形的计算网格。介绍了城市面雨量的计算方法以及数学模型在天津市、南京市、南昌市的应用情况和误差分析。

基于MIKE 11和MIKE 21的城市暴雨洪涝灾害风险分析

应用MIKE 11和MIKE 21分别构建北京市大兴区天堂河下游地区一维和二维水动力学模型,采用DHI MIKE FLOOD耦合模拟了不同暴雨重现期下该地区的淹没特性.为分析该地区暴雨洪涝灾害的危险性,研究模拟了不同情景下各骨干渠道考虑限制下泄流量的排水状况,整个研究区淹没范围随时间的演变趋势和空间上的分布状况.研究结果表明,整个研究区现状防洪能力不足20a一遇设计标准,且研究区局部区域最大淹没深度超过2m,最大积水时间超过8h,是防洪排涝的重点区域.该结果可为下一步暴雨风险评估,滞洪区的选址和闸坝调度方案的制定提供参考依据.

快速城市化地区多尺度水文观测试验与暴雨洪水响应机理分析

城市下垫面改变引起水文循环过程发生变异,导致目前已掌握的天然情况下的产汇流规律和机制难以解释城市化等新形势下的水文现象与过程,而面临需重新再认识的挑战。本文以长三角地区为典型,建立了不同城市化水平及空间规模的水文试验流域,探讨了快速城市化地区暴雨洪水响应规律和机制。结果表明:(1)不同量级降水事件下城镇用地土壤水响应程度(表层土壤水涨幅基本超过4%)总体高于其他土地利用类型,城市化地区下垫面的改变通过影响土壤水动态响应模式直接影响了地表产流过程,植被覆盖率较低的城镇用地和荒地土壤含水率呈现出陡涨陡落现象,而植被作用下的土地利用类型则表现出缓慢上升和缓慢消退的土壤水响应过程。(2)流域洪峰滞时和洪峰流量整体表现为随流域面积增加而呈幂律函数关系形式的增加。(3)总降水量与主要洪水特征(如洪峰流量、单位面积洪峰流量和径流深)基本呈显著相关(相关系数分别达0.49、0.41和0.78以上)。城市下垫面通过改变土壤水动态响应等产汇流特征而直接影响了洪水过程,未来长三角地区暴雨洪水在城市化和气候因素双重作用下呈现持续加剧的趋势。

南昌市城区暴雨积水的数值模拟

论述了南昌市城市暴雨积水仿真系统的数学原理和开发成果,并应用实况降水对该系统的模拟精度进行测试。结果表明：大多数（62.6%）模拟计算结果的绝对误差在10 cm以内,只有极少数（2.4%）实际积水与模拟结果的误差超过30 cm。暴雨积水等级试验结果表明,中度以上暴雨积水地段的预报准确率达98%,轻度积水和无积水地段的预报准确率达92%。总体来看,暴雨积水趋势（等级）预报基本准确,定量（积水深度）预报有误差,平均相对误差为6%,模型的预测结果与实况基本相符。通过人工给定不同强度的雨量来模拟南昌市两个重点积水地段的积水过程,得到结论：当降水强度达到20 mm/h时,开始产生积水,降水强度超过30 mm/h时将产生严重积水;两个积水点因排水条件不一样,退水时间差异较大。排水条件差的地段,中—大雨需要15 h退完,暴雨需要24 h以上才能退完;在不同降水强度和排水条件下,最大积水深度出现的时间有明显区别;在暴雨情况下,绝大部分（76%）积水点的最大积水深度出现在2～3 h内。此外,讨论了模拟误差产生的原因。

城市化进程对暴雨洪涝灾害风险影响效应研究——以闽三角地区为例

暴雨洪涝灾害是威胁城市持续稳健发展的常见灾种,城市化对灾害风险存在加剧或抑制的复杂作用。以闽三角为例,基于多源数据、GIS多准则评价、BP神经网络模型辨识风险分布,采用空间计量模型分析社会经济城市化、土地城市化与灾害风险的特征,判断不同城市化水平的高风险区分布及风险因子对灾害的影响效应。结果表明:(1)闽三角综合高风险区主要分布于河流沿岸、河口和湾区附近;(2)社会经济城市化水平较高的地区脆弱性高,城市化水平较低的地区危险性高;(3)洪涝灾害风险与土地扩展强度存在显著聚类和空间正相关的可能性,而快速城市化地区更容易受到洪涝灾害风险的威胁;(4)空间滞后模型计算结果表明危险性风险与人口聚集为正相关,与社会经济活动活力存在负相关,即人口密度大、社会经济失活,灾害危险性越高。最后针对不同城市化水平高风险点提出灾害防控建议。