天津市城区暴雨沥涝仿真模拟系统

天津市城区暴雨沥涝仿真模拟系统，包括暴雨沥涝仿真模型和信息前后处理系统。其中仿真模拟以二维非恒定水力学模型为基础，采用无结构不规则网格，能够反映城区复杂地形、地貌和建筑物等特点，模型可与气象部门的雨量监测和预报信息相结合，直接利用降雨信息进行城区沥涝仿真模拟，并实现了城市暴雨内涝的地面积水与管道水体相结合的模拟，它所提供的市区暴雨沥涝过程、积水分布、积水深度、积水时间等计算结果，可为各级领导减灾决策和市民防灾等提供依据和参考；仿真模型的信息前后处理系统，使仿真模型更加完整和实用，通过管理仿真模型的各类信息，实现信息的查询和修改等各项功能。     

基于流域系统整体观的城市洪涝治理研究

针对传统城市洪涝治理洪、涝孤立考虑的弊端,在广州市2020年"5·22"特大暴雨洪涝成因分析的基础上,提出了"洪涝同源"的流域系统整体观,建立了统一市政和水利设计雨型的"大包小、长包短"方法,构建了"城市海绵-市政小排水系统-水利大排水系统"耦合的城市洪涝模拟模型。以广州市某区域洪涝治理为例,研究表明,基于流域系统整体观进行工程布局优化,既满足高度城市化地区经济性和约束性原则,也可实现系统治理、整体达标,有效避免了传统洪涝分治模式存在"因洪致涝、因涝致洪"的弊端,为我国城市洪涝治理提供了新思路。     

无资料城区管网排水过程概化模拟研究

许多城市地区都没有可用的排水管网数据,从而降低了城市雨洪模拟的准确性,因此需要一种新的方法来表征管网的排水能力。提出了雨水井等效排水法(RIA)和仅在道路上等效排水法(CIR)两种表征管网排水能力的方法,采用高效高分辨率的城市雨洪模型,以西咸新区为研究区域,模拟了城市内涝积水过程,并与实测数据进行了对比。通过实际降雨与设计降雨条件下的内涝结果发现,较原有的模拟方法,该方法可以精准的表征管网排水能力,提高模型的准确性。     

城市雨洪排涝计算模型研究

城市街道积水回流对地下管网排水影响显著,为了反映地表回流的影响,提出了包含街道和管道的双层排水结构模型,通过虚拟连接通道进行地表和地下排水系统的水量交换,并推导了通道过流量的计算方法,实现了街道积水回流的模拟,建立了完整的城市雨洪排涝计算模型。利用典型案例对模型计算进行验证,结果表明:该模型可模拟街面积水和过流过程,在发生街道漫流的情况下,计算结果合理,较传统模拟方法更贴近实际。     

城市构筑物暴雨内涝分层模拟技术及应用

气候变化和城市快速发展,导致我国城市洪涝问题日益突出。城市洪涝模拟是当前城市洪涝灾害风险管理领域研究热点,但国内外依然缺乏针对城市多层构筑物的精细模拟技术和方法。城市立交桥,是一种典型的城市多层构筑物,极易遭受洪涝灾害,并对城市交通造成严重影响。以城市立交桥为代表,在现有全分布式城市暴雨内涝模型基础上,结合城市立交桥的特点,提出一种分层模拟技术,并从网格分层构建、分层产汇流计算、地表与管网分层耦合和上层网格排水等方面详细阐述了分层模拟技术。将该分层模拟技术应用于深圳市罗芳立交桥2018年“8.29”暴雨积水过程模拟,与单层模拟方法相比,多层模拟结果更接近上报积水信息。研究表明,分层模拟技术更能准确表达城市复杂多层建筑物的实际暴雨内涝过程。     

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。     

考虑圩区分布的平原河网区暴雨洪涝分析模型建立

针对圩区众多的平原河网区域,基于已有的一、二维非恒定流水动力学理论建立的城市洪涝仿真模型,引入"小蓄水面"的概念,将圩区内外在水动力学模型中未被概化但对降雨的调蓄作用不可忽略的小河、塘坝、小湖泊等根据其实际空间分布统一概化为所在网格的小蓄水面,并考虑圩区堤防标准、抽排能力和调度运行规则对河网区域洪涝时空分布的影响,对模型中网格淹没水深、圩区排涝和闸泵调度的计算方法进行了改进。选择嘉兴市为案例区域建立了暴雨洪涝分析模型,利用模型对嘉兴市近年来典型场次暴雨进行模拟计算,与河道实测水位及洪涝分布调查结果对比表明,模型对区域的概化合理,能反映嘉兴市在受本地降雨和上游洪水影响、下游潮位顶托及复杂的工程调度规则综合作用下水流的运动特点和洪涝的分布特征,模拟结果可靠,模型可以为区域洪水风险图编制和防汛风险管理提供支持。     

防洪排涝排水一体化模型在洪水风险图编制中的应用

随着城市洪涝灾害频繁发生,编制洪水风险图已成为当前国内外城市防洪减灾工作中重要内容,它可反映区域洪涝成因、量级、特性、危及对象及应急对策等风险信息分布特征。采用水力学方法构建水力学模型模拟研究区域洪水演进情况是洪水风险图编制常用的方法,通过构建考虑河道、城市地下管网、排水系统设施、阻水建筑物、水利工程及调度的防洪排涝排水一体化模型,将城市防洪排涝与排水有机结合,并兼顾流域与区域风险,通过历史降雨对模型进行校核验证,保证模型的可靠性。模拟计算了景德镇市城区因超标准洪水导致防洪墙溃决或城市暴雨可能发生的受淹和积水情况,并根据计算结果绘制洪水风险图,对景德镇市预防外围洪水、降低城市内涝洪水影响及土地利用和城市发展规划等提供决策依据和技术支持。     

Flooding Control and Hydro-Energy Assessment for Urban Stormwater Drainage Systems under Climate Change: Framework Development and Case Study

Flooding issue and energy shortage have become the common concerns impeding the urban development under climate change scenarios. Exploiting potential hydro-energy from urban stormwater drainage system (USDS) has multiple beneficial perspectives for controlling flooding, relieving energy shortage and mitigating the greenhouse gases emission, which has not yet been systematically investigated in previous works. In this paper, a systematical analysis framework is developed to design the flooding risk control measures and to assess the feasibility and capacity of the hydro-energy development in USDS. The GCMs and HBV models, integrated within the SWMM computation platform, are adopted to simulate the hydrological and hydraulic processes during rainfall events, with the results used to manage the flooding situation and evaluate the energy generation capacity under the influences of both historical and future climate changes. The framework is then applied to a practical case in Tung Chung town of Hong Kong. The analysis result shows that, in the studied area, it is significant and worthwhile to develop the hydro-energy in USDS, which is evidenced to be beneficial to the energy generation and the flooding risk control as well as water resources management in the urban drainage system. The developed method and obtained results of this study may provide a new perspective and technical guide for effective USDS management and operation.

     

泰安市城市水文智慧监测工程设计方案探讨

本文介绍了泰安市城市水文现状和城区洪涝成因,分析了城市水文智慧建设的必要性和意义。泰安市通过建立智慧监测站点工程,实现重要交通路段的雨量、积水深等雨水情信息实时立体监测及快速预报预警,为防汛和排涝提供科学调度决策,并通过网络通信方式向公众发布城市汛情信息,科学合理地计划、安排和组织实施泄洪排水、人员疏散、交通疏散等应急工作。     

Calibration of a 1D/1D urban flood model using 1D/2D model results in the absence of field data

Recently increased flood events have been prompting researchers to improve existing coupled flood-models such as one-dimensional (1D)/1D and 1D/two-dimensional (2D) models. While 1D/1D models simulate sewer and surface networks using a one-dimensional approach, 1D/2D models represent the surface network by a two-dimensional surface grid. However their application raises two issues to urban flood modellers: (1) stormwater systems planning/emergency or risk analysis demands for fast models, and the 1D/2D computational time is prohibitive, (2) and the recognized lack of field data (e.g. Hunter et al. (2008)) causes difficulties for the calibration/validation of 1D/1D models. In this paper we propose to overcome these issues by calibrating a 1D/1D model with the results of a 1D/2D model. The flood-inundation results show that: (1) 1D/2D results can be used to calibrate faster 1D/1D models, (2) the 1D/1D model is able to map the 1D/2D flood maximum extent well, and the flooding limits satisfactorily in each time-step, (3) the 1D/1D model major differences are the instantaneous flow propagation and overestimation of the flood-depths within surface-ponds, (4) the agreement in the volume surcharged by both models is a necessary condition for the 1D surface-network validation and (5) the agreement of the manholes discharge shapes measures the fitness of the calibrated 1D surface-network.     

Development and Comparison of Two Fast Surrogate Models for Urban Pluvial Flood Simulations

Detailed full hydrodynamic 1D-2D dual drainage models are a well-established approach to simulate urban pluvial floods. However, despite modelling advances and increasing computational power, this approach remains unsuitable for many real time applications. We propose and test two computationally efficient surrogate models. The first approach links a detailed 1D sewer model to a GIS-based overland flood network. For the second approach, we developed a conceptual sewer and flood model using data-driven and physically based structures, and coupled the model to pre-simulated flood maps. The city of Ghent (Belgium) is used as a test case. Both surrogate models can provide comparable results to the original model in terms of peak surface flood volumes and maximum flood extent and depth maps, with a significant reduction in computing time.     

基于MIKE URBAN的西安市中心城区雨洪过程模拟

城市排水管网的分布与建设是城市基础设施建设的重要组成部分,城市的排水能力关系到城市服务功能的正常运转。通过城市雨洪过程的分析,可以评价城市洪涝灾害。以西安市中心城区为研究对象,利用MIKE URBAN构建排水管网模型,根据模拟结果对研究区管网排水能力进行评估,分析易涝成因。结果表明:MIKE URBAN能够较好地模拟城市管网水位、流量变化及易涝点的分布情况。根据西安市暴雨强度公式,设计不同重现期(1、2、3、5a)的降雨过程,在1a降雨过程下,研究区90%以上管道处于满流状态,60%以上的检查井发生溢流,满流管段数和溢流井个数会随着降雨频率的增加而增加,但增幅相对减少;管道设计标准普遍偏低、下垫面不透水率增大、地形等因素是导致地面积水的主要原因。研究成果可为城市内涝防治及海绵城市建设提供理论基础和技术支撑。     

南方平原河网区城市内涝的全过程监测与特征分析

南方平原河网区中普遍存在由堤防、闸坝以及泵站形成的高度城镇化圩区,圩区内受降雨过程和泵站启闭影响的城市内涝特征和模拟方法仍有待探索。本文以常州市城市产汇流与内涝实验基地为对象进行了降雨、管道及河道水位流量等全过程长期监测,并通过布设水位计和视频监控设备进行城市内涝积水深度和范围自动监测。监测数据表明圩区内管网和河道流动性很差,管网长期处于淹没状态,监测期间管道水深有75%时间大于0.76 m;在检查井未发生溢流冒水现象时,仍然会发生内涝积水且主要集中在雨篦子周围道路低洼处,其深度和范围主要受到降雨过程、地形、雨篦子收水能力和泵站启闭的影响;开启泵站在增大管网排水能力的同时也在一定程度上削减了内涝积水范围。因此,根据降雨预报与内涝积水实时监测信息及时调控圩区水位可以有效缓解内涝积水情况,在模拟城市内涝时也不应忽略雨篦子收水能力和泵站启闭对内涝过程的影响;本研究可为构建城市内涝全过程在线监测平台提供参考,也能为城市内涝过程的概化模拟方法提供依据。     

排水体系建设对城市洪涝灾害的影响

地下管网、水系等是城市重要的排水体系,直接决定着城市的洪涝安全。以武汉市光谷中心城为研究区域,采用一、二维耦合的水动力数学模型,进行了不同排水体系组合条件下的多方案城市雨洪模拟,量化分析了地下管网、规划水系建设对城市洪涝灾害的消减效果。结果表明:光谷中心城现状未形成成熟排水体系时,其内涝范围、淹没面积及受灾损失均最大,规划排水体系建设后,区域洪涝淹没面积和受灾损失消减率分别达56.58%,63.74%。由于作用范围及作用方式不同,单独建设水系对区域排涝的作用低于单独建设地下管网的作用。对不同土地利用类型比较,住宅用地减灾效果对城市排水体系的建设最为敏感。当下游湖泊水位较高时,湖泊对水系存在顶托作用,其对区域洪涝灾害影响的程度与河道纵向比降、河堤高程,以及地下管网和河道的连接状况有关。     

北京市城市雨水排除系统规划设计标准研究

按照北京市经济发展需要和防洪排涝要求,在分析规划设计校核、评价方法和降雨变化趋势基础上,研究并修订北京市暴雨强度公式、径流系数、降雨雨型和设计重现期等标准,提高城市雨水基础设施保障城市安全运行的能力,减少洪涝灾害。     

Assessment of flood regulation service based on source–sink landscape analysis in urbanized watershed

Facing climate change and rapid urbanization, urban flooding has exposed human and properties to increasing disaster risks. The attention from researchers and decision-makers to understand the key role of flood regulation service (FRS) in flood management has arisen. However, the mechanism of FRS supply–demand is little known from landscape scale. The FRS assessment methodology considering interacts between source, sink, and flow landscape was proposed in this study. The spatial distributions of surface runoff generation, runoff reduction capacity, and flood inundation were mapped using one-dimensional rainfall–runoff method SCS-CN and two-dimensional flood propagation model CADDIES. Four 3-hour designed rainfall scenarios ranging from nuisance to extreme events (3a, 11a, 56a, and 100a) were simulated. The Liuyang River Watershed in Changsha Municipality, China was selected for case study. The results showed that, the differences of runoff reduction coefficient and runoff generation volume between vegetation and built-up landscape have shortened. The peak flood depth, extent of flood inundation, and peak flood velocity have increased continuously with the growing rainfall intensity. The number of source–sink mismatch catchment was the highest under 56 and 100a, and the most of source-sink match catchments were observed under 3a. Under four rainfall scenarios, the changes of source–sink relationships were witnessed and the potentials of flow zone in source–sink mismatch catchments have increased. The FRS management framework concerning supply–demand connections has been proposed based on source–sink–flow analysis. These findings could provide a scientific basis for sustainable urban flood management and disaster risk mitigation.     

大兴机场海绵设施雨洪控制效果模拟

以大兴机场海绵系统为例,根据降雨径流资料,建立暴雨雨水管理模型 (storm?water?management?model, SWMM),模拟不同海绵设施组合情景下的水文过程。结果表明:在不同设计暴雨条件下,绿色基础设施、景观湖 以及组合方案均能削减洪峰流量、延迟洪峰时刻;组合方案的雨水控制效果最为显著,5a 重现期下,出口处洪峰 流量削减率和雨水总量控制率分别达 41.5% 和 79.9%;景观湖的蓄滞作用在不同的重现期下对出口流量的影响时 段不同,景观湖在低重现期下蓄积降雨过程中的雨水,削减降雨初期外排出口的流量,而在高重现期下蓄积空间 主要用于降雨后期的雨水汇流的收集,在出口段明渠退水过程中减少外排雨水;绿色基础设施在上游区域的溢流 量削减率达到 10.6%,在洪峰削减、延迟峰值时刻上表现明显;上游连接景观湖后造成的回流会导致退水时长增 加,在高重现期下回流雨水占用明渠蓄水空间,可能增加上游管网的溢流风险。     

基于SWMM的城市洪涝风险管理研究

为了研究城市洪涝风险评估的问题,采用SWMM(Storm Water Management Model)模拟技术进行洪涝风险危险等级量化研究。以涂家营沟流域为例,基于SWMM模型模拟不同重现期降雨下的淹没情况,计算各子汇水区基于淹没深度、淹没面积、土地利用、人口密度和淹没道路等脆弱性参数建立的危险等级,确定洪灾危险区。结果表明:在20年一遇的情景下研究区溢流量为62 350 m~3,淹没面积为0.177 4 km~2,其原因是排水系统不达标且淤积严重;基于淹没深度和淹没面积的高洪灾风险区面积为0.049 km~2,基于土地利用的高洪灾风险区面积为0.516 km~2,基于人口密度和淹没道路的高洪灾风险区面积为0.041 km~2;该研究区内洪灾危险区由低级到高级的面积分别为1.83 km~2、1.00 km~2和1 950 m~2,高危险区主要集中在城市中心、居民区。淹没深度和淹没面积是确定洪涝灾害等级最敏感的参数,为洪涝风险评估提供依据。研究结果可为我国城市发展规划提供参考依据。     

城市洪涝仿真模型地下排水计算方法的改进

为了增强对城市地下排水的模拟能力,获取更为详细的计算结果信息,提高城市洪涝分析水平,对现有洪涝仿真模型的地下排水计算进行了改进,提出在同一模型中对排水管网采用简化和细化相结合的计算方式。简化计算采用等效体积法实现,细化计算采用建立真实管网的一维动力波方程实现,并在特殊道路通道和网格上实现地上、地下水流交换。同时,在降雨产流计算中考虑地面透水性,形成了面向城市降雨产、汇流和排水的洪涝全过程模拟模型。改进后的模型对地下排水的模拟适用性更强,计算结果更为丰富,提高了区间暴雨导致的城市洪涝模拟能力。文中以上海市蕴南控制片洪涝分析计算为例,说明改进模型可获得较好的应用效果。