考虑降雨空间分布的城市内涝对模式雨型响应特征分析

短历时暴雨是形成城市内涝的主要原因,其雨型对内涝致灾影响显著。以陕西省西咸新区沣西新城为研究区域,基于模式雨型设计了具有不同集中度的典型暴雨过程,并考虑了降雨空间分布的不均匀性,应用城市雨洪模型(GAST-SWMM耦合模型)对7种模式雨型在不同重现期下的致涝特征进行模拟分析。结果表明：(1)单峰雨型比双峰雨型具有更强的致涝性,雨峰为中后峰的单峰雨型致涝性更强,雨峰为中峰的单峰雨型在小于50 a重现期下淹没量最大,而在大于50 a重现期下雨峰为后峰的单峰雨型淹没量最大,100 a重现期下其淹没量较雨型Ⅳ增大6.58%;(2)双峰雨型中雨型Ⅴ的致涝性最强,在100 a重现期时,其淹没量较雨型靠前的单峰雨型增加1 912.42 m³;在大于20 a重现期时,雨型Ⅴ在中风险区的积水面积较雨峰靠前的单峰雨型增大1.81%～2.29%;(3)各雨型在高风险区的积水面积峰现时间随重现期的变化而不同,雨型Ⅵ的峰现时间始终在降雨结束时出现,雨型Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ的峰现时间随着重现期增大而提前;雨型Ⅰ、Ⅲ的峰现时间在小于20 a重现期时随着重现期增大,分别从105 min延后至120 m...     

长江流域典型城市暴雨雨型特征分析

长江流域是我国洪涝灾害频繁出现的地区之一,对长江流域暴雨雨型特征演变的研究,可以为流域内城市防洪排涝提供科学依据。利用1970—2020年间长江流域11个典型城市站点的逐小时降雨观测资料,筛选场次暴雨后利用累计雨量历时曲线和模糊识别法识别暴雨雨型,采用Mann-Kendall方法对单峰型暴雨雨峰系数和占比进行趋势检测,并对不同历时暴雨分组后进行雨峰特征分析。结果表明:①长江流域典型城市中的单峰型暴雨出现频次占85%,平均型和双峰型出现较少;单峰型暴雨的前期集中型最多,占50%,中期集中型和后期集中型次之。②短历时(1~6 h)暴雨的雨峰占比达到70%,长历时(13~24 h)和超长历时(24 h以上)的雨峰占比分别只有28%和17%。最大小时雨强主导了短历时暴雨的特征,对长历时暴雨来说,降雨的持续性是总雨量变化的主要因素。③从上游到下游,暴雨的雨峰系数逐渐增大,峰现时间逐渐向后推移,长历时和超长历时暴雨尤为显著。     

黄河流域中游典型支流汛期降雨特性变化分析

选取黄河流域中游5条典型支流,基于74个雨量站点1980—2009年的日降雨数据和汛期降雨摘要数据(1～5h精度),利用Mann-Kendall趋势检验与突变检验方法分析研究区域内的汛期降雨特性变化。将次降雨按照场次雨量分级为小雨、中雨、大雨和暴雨,按照场次平均雨强分级为低雨强、中雨强和高雨强降雨,统计各级别的雨量、雨强、频次及历时等,综合探讨不同级别的降雨特性变化。结果表明,区域内汛期降雨总量有略微的增加,而雨强大幅减少;小雨、低雨强降雨的雨型转变明显,暴雨、高雨强降雨受到的影响相对较弱。本文对于理解以超渗产流为主的黄土高原区的产流模式有重要意义。     

镇江市中长历时设计暴雨计算

基于丹徒站1981—2016年长系列实测降雨资料,采用Mann-Kendall检验分析了3 h、6 h、12 h、24 h共4种中长历时的年最大降水量的变化趋势,采用模糊识别法识别了4种历时暴雨的雨型特征,并基于优选得到的分布函数计算不同历时、不同重现期的设计面雨量;依据5场典型场次暴雨,分别应用同频率法和P&C(Pilgrim & Cordery)法推求相应的设计暴雨过程并进行了对比分析。结果表明:4种历时的年最大降水量虽均呈现不同程度的增加趋势,但仅6 h和12 h的年最大降水量通过了90%的显著性检验;4种历时暴雨的雨型均以雨峰偏前的单峰型为主;P-Ⅲ型分布函数在降雨频率分析中拟合最优;与P&C法相比,同频率法推求得到的设计暴雨过程峰值更大,有利于保障防洪安全。     

不同暴雨情景下的城市内涝响应特征分析

针对近年来频发的城市暴雨内涝灾害问题,以广州长湴地区为例,构建了基于SWMM和LISFLOOD-FP的内涝耦合模型,结合历史暴雨事件提出一种新的短历时暴雨过程设计方法,在此基础上设计了114种暴雨情景,探讨了不同暴雨雨型和集中度条件下的城市内涝响应特征。结果表明：单峰雨型下的溢流和淹没情况比双峰和均匀型要高;在单峰雨型中,峰后型暴雨的溢流峰值最高,峰中和峰后型暴雨的溢流总量较大,峰后型暴雨导致的整体淹没情况较严重;重现期小于50 a时芝加哥型(r=0.7)暴雨导致的淹没情况最严重,而重现期大于50 a时单峰Ⅱ型(峰后型)暴雨的淹没情况最严重;重现期为100 a时单峰Ⅱ型的淹没范围及水深比芝加哥型(r=0.7)暴雨分别高8%和64%;暴雨集中度每上升一个等级,溢流及淹没情况明显加重;目前常用的芝加哥雨型在一定情况下存在低估内涝的风险,建议在内涝分析时进一步考虑更危险的雨型以及暴雨的集中度。     

降雨时空不确定性对城市河道洪水的影响

针对降雨时空不确定性严重制约洪涝模型模拟精度的问题,在深圳市布吉河流域研究降雨中心、降雨移动方向等时空特征对洪水过程的影响。利用2018—2020年的降雨监测数据,划分并筛选出116个大雨以上的降雨场次,进而对每个场次通过空间平均化处理和时间同步处理,分别构建空间平均和雨峰同步降雨过程;利用城市洪涝模型模拟116个降雨场次在实际降雨、空间平均、雨峰同步3种时空分布下的洪水过程;分析降雨中心和降雨移动方向对洪峰流量、洪水过程的影响。结果显示：经过空间平均化处理后,产生的洪峰流量较实际降雨模拟得到的洪峰流量变化范围为-43.9%～34.7%,而且当实际降雨中心位于流域几何中心下游时,模拟得到的洪峰倾向于偏高;经过雨峰同步处理的降雨较实际降雨模拟得到洪峰流量变化范围为-33.7%～20.0%,洪峰变化范围与降雨中心移动方向有较强的相关性;洪水过程与洪峰流量变化相对应,表现为洪峰增加、洪水持续时间缩短,或洪峰降低、洪峰持续时长增加。研究结论可为洪涝模型输入的降雨过程构建提供依据,为河道洪水风险评估、洪涝过程实时模拟提供借鉴。     

城市流域径流峰值对降雨时空异质性的响应

基于高时空分辨率的降雨产品,采用RainyDay暴雨生成器生成具有不同时空分布情景和降雨历时的设计降雨,通过分布式水文模型GSSHA模拟分析径流峰值对降雨时空异质性的响应规律,结合协方差分析方法和所构建的降雨时空异质性指标体系,定量研究不同降雨时空异质性指标对径流峰值的影响。结果表明:耦合短时序(2008—2016年)栅格降雨数据和RainyDay暴雨发生器,可以生成与实际降雨时空分布相似的流域设计降雨;降雨时空异质性对径流峰值具有显著的影响,其影响比降雨历时和降水量对径流峰值的影响大;雨峰系数、降雨集中度、1 h最大降水量对径流峰值的影响较大,其中雨峰系数的影响随着降雨历时或降雨重现期增大而减小,而降雨集中度则相反。     

基于聚类分析的重庆市侵蚀性降雨特征研究

基于重庆市32个国家气象站点的2009-2018年逐分钟降雨观测数据,开展侵蚀性降雨的雨量、历时、雨强及降雨侵蚀力特征值分析,探讨研究区侵蚀性降雨时空分布特征及雨情特点。结果表明：研究区多年平均侵蚀性降雨量、历时、雨强及发生次数分别占多年平均降雨量、历时、雨强及发生次数的75%、44%、55%和18%;侵蚀性降雨年内主要集中于5-9月,雨量、历时的年内分布呈双峰变化,雨强、发生次数和降雨侵蚀力年内变化则呈单峰特征;降雨侵蚀力年际变化幅度为-22%~27%。侵蚀性降雨各特征值在空间上表现出明显的区域差异性,主成分聚类分析方法将研究区划分为轻度、中度和重度3类降雨侵蚀区;研究区雨情基于K均值聚类分为3类,类Ⅰ为区域主要雨型,类Ⅲ为降雨侵蚀力最剧烈的雨型,类Ⅱ的雨量、雨强、历时以及降雨侵蚀力则介于类Ⅰ、类Ⅲ之间。     

南方高度城市化地区极端降雨特征分析及阈值确定——以深圳市为例

研究南方高度城市化地区极端气候变化规律,定义极端降雨事件的阈值并对地域风险进行评估,对于完善区域"三防"指挥系统的预报预警方案,应对气候变化和快速城市化过程中的极端暴雨内涝灾害风险,具有重要的现实意义。以深圳市为例,在收集统计2000-2015年暴雨灾害事件和相应的多个站点降雨数据基础上,采用模糊识别、PCI等方法分析了该区域的降雨雨型、集中度特征,并采用百分位法对深圳市极端降雨阈值进行了分析和计算。结果表明:造成深圳市内涝的大部分降雨主要是单峰型;均匀大量降雨是内涝主要产生原因;大鹏新区的降雨阈值最高,降雨阈值空间分布图从东往西呈逐渐减少趋势;深圳市极端降雨阈值为降雨频率P=1%的降雨值。     

城西试验流域水文特性及水文过程模拟

水文试验是认识水文规律的重要基础工作。根据我国东部低山丘陵区城西试验流域的实测资料,分析不同尺度降雨径流之间的响应关系,再利用新安江流域水文模型进行径流模拟,进一步探讨该模型在我国东部低山丘陵区的适用性。结果表明:在试验流域空间尺度(几十平方公里)的暴雨洪水过程中,洪水峰现时间一般滞后雨峰3～4 h;场次和月尺度上的降雨径流具有较好的正相关关系;在日尺度上,降雨径流关系散乱,以10和70 mm降雨量为阈值呈U型分布; 3种时间尺度上,径流均受到前期退水过程的影响,其中,时间尺度越短,受前期退水过程的影响越显著;新安江流域水文模型在我国东部低山丘陵区具有较好的水文模拟能力,且月尺度水文过程的模拟效果优于日尺度,对天然流域的模拟效果优于人类活动扰动的流域。     

镇江市降雨场次划分与暴雨特性分析

为划分镇江市降雨场次和分析暴雨特性,基于丹徒站1981—2016年汛期5—10月的逐分钟降雨资料,确定了降雨间隔时间,筛选了暴雨场次,分析了汛期各月暴雨次数和暴雨量的变化特性,解析了不同历时和不同强度暴雨的演变规律。结果表明:镇江市合理的降雨间隔时间为2 h;汛期总暴雨次数呈略微上升的趋势,总暴雨量以每10年43.4 mm的速度增加;汛期暴雨主要集中在6—8月,其暴雨次数占汛期总暴雨次数的73.0%,其暴雨量占汛期总暴雨量的73.5%;7月和8月的暴雨量及其对总降雨的贡献率呈增加趋势,其他月份呈减少趋势,暴雨集中度增强;不同历时的暴雨中,一般暴雨占比最大,特短、短暴雨次数增长趋势显著,且特短暴雨的强度呈增加趋势;不同强度的暴雨中,弱暴雨占比最大,中、强暴雨次数均有不同程度的增长。     

温德河流域暴雨洪水时空特征及模拟分析

受降雨和地形影响,吉林省温德河流域季节性洪灾频繁。为了解温德河流域暴雨洪水规律,利用2017年7—8月3次山洪灾害的暴雨洪水监测资料,采用自主研发模块化小流域分布式水文模型模拟了流域的洪水过程,取得较高的模拟精度。并结合研究区春登河、西阳河及五里河等三个主要河段的模拟流量和暴雨时空分布特征,分析三场暴雨时空分布对洪水造成的影响,总结了该流域2017年山洪灾害产生原因。结果表明:①温德河流域三场超标准洪水由短历时强降雨引起,"雨洪同向"的降雨锋面移动特点使洪峰呈现陡涨陡落之势;②"7·13"和"7·19"洪水的降雨时空集中程度和暴雨中心分布的差异影响两场洪水洪峰峰型、流量和各河段的洪量贡献比,造成温德河流域不同程度的灾害。     

太湖流域平原河网降雨时程分布变化的洪水响应

近年来太湖流域平原河网地区洪涝灾害频发,居民的人身及财产安全受到了严重危害。降雨是导致本区域洪水的主要因素,其中最具代表性的降雨类型为梅雨和台风暴雨,由于二者时程分布特性有较大差异,其致洪机理也有所不同。以探究降雨时程分布对洪水过程的影响为目的,以太湖流域武澄锡虞水利分区为研究对象,采用MIKE 11与MIKE 21构建一、二维耦合水动力模型,利用实况洪水过程对模型进行率定验证,采用该模型对研究区域进行不同设计工况的模拟,讨论了次雨量、降雨历时以及降雨时程分布变化对太湖流域平原河网地区洪水过程的影响。结果表明:降雨时程分布对平原河网河道洪水过程有显著影响,其中长历时降雨对雨峰位置的后移较为敏感,短历时暴雨则受到降雨时间变差系数变化的影响较大,而次雨量变化则对二者都有显著影响。     

琴江流域“13.8”暴雨洪水分析

2013年8月14日～18日,梅江上游琴江流域发生大暴雨、局部特大暴雨的降水过程,产生了较为严重的洪涝灾害。通过对本场暴雨洪水过程的分析,短历时降雨有量大、集中的特点,是较为稀遇的暴雨,暴雨中心还有从上游往下游转移的过程,使洪水更加集中,造成峰高量大的洪水特征,尖山水文站洪峰流量达到3260 m3/s,超50年一遇标准,洪水急涨,破坏力大,洪灾损失严重。     

晋城市片区洪涝过程响应分析与马路行洪模拟

以晋城市金村区为例,利用SWMM与ICM-2D模型进行多情景洪涝过程模拟,分析降雨雨型与下垫面对晋城市片区内涝的影响;构建双层SWMM模拟马路行洪,分析金村大道和珏山路的淹没特征,并与ICM-2D模型模拟结果进行对比验证。结果表明:随着雨峰系数与降雨重现期的增大,地表洪水总量、淹没范围与水深增大,危险性等级提高;同一降雨重现期下的雨峰与洪峰间的时间间隔随雨峰系数的增大而减小;当52.53%的下垫面转化为不透水面时,同一降雨重现期下的综合径流系数约增加0.5;金村大道市委党校路段与珏山路水西村路段是主要易涝区,淹没面积分别为0.50hm²和1.31hm²;双层SWMM在识别易涝点与推求洪水淹没要素方面具有较好的适用性。     

珠海市香洲城区降水变化特征及成因分析

基于珠海市1981—2010年逐日降水资料及2011—2018年CMADS中国大气同化驱动数据集V1-0及V1-1,利用Manner-Kendall检验法、小波分析法分析不同等级降水分布频率、变化趋势及周期特征,根据NASA GPM IMERG 0-5h分辨率的降水数据分析香洲城区51场大暴雨及特大暴雨的时程分配特征,并依据城区土地利用类型及气溶胶粒子的变化规律进行成因分析。结果表明：1981—2018年,香洲城区总降水量呈波动减小趋势,下降率每10a为65-70mm,主要原因是大雨及暴雨量级雨量的减少;年降水日数及总降水量均经历了增多—减少—增多—减少—增多的4次周期振荡变化,主周期均为25a左右;场次暴雨持续时间为4-5~23h,且降水时长有增加趋势,暴雨峰值的出现时间的概率由大到小为夜间、上午、午间、午后;城市化进程引起地面粗糙度增大对移动的降雨系统产生了阻碍效应,对城区降雨时长的增加有一定影响,且暴雨峰值的出现时间与空气中气溶胶粒子的日变化规律相关。     

基于TELEMAC-2D模型的深圳洪涝风险评估

基于TELEMAC-2D模型构建深圳市深圳河流域洪涝仿真模型,选取两场实测暴雨(20180607和20180916)的内涝淹没资料对模型进行验证,结果表明所构建的模型具有较好的可靠性和精度。采用构建的仿真模型模拟暴雨重现期为50年一遇、雨峰系数为0.4条件下,降雨历时分别为30min、60min、90min和120min4种情景下洪涝发生的过程,获取积水深度、积水面积和流速等致灾因子,考虑不同流速和积水深度组合情境下对深圳河流域进行内涝风险评估。结果表明:随着降雨历时的增加,积水深度、积水面积和流速均增大；根据积水深度和流速对深圳河流域进行洪涝风险分区,中高风险区面积随着降雨历时的增加不断增大；中高风险区占流域总面积比例较小,但容易出现人员伤亡和财产损失,当出现中高风险区时,应及时发布信息,积极采取应急减灾措施。     

RISK ANALYSIS AND MANAGEMENT OF URBAN RAINSTORM WATER LOGGING IN TIANJIN

1. INTRODUCTION On December 11, 1989, the United Nations propounded that the last ten years of the 20th century were the international years of disaster reduction. Reduction of natural disasters has caught world wideattention. Flood and water logging disa…     

SENSITIVE NUMERICAL SIMULATION AND ANALYSIS OF RAINSTORM USING NESTED WRF MODEL

1. INTRODUCTION In the field of meteorology, the numerical prediction of rainstorm is a recognized to be a difficult problem. Especially, the generation and development of rainstorm is closely related with the local terrain, physiognomy, and climatic para…