城市暴雨沥涝数学模型的研究与应用

为解决城市沥涝问题,以二维非恒定流方程为基本控制方程,按照水量平衡法改进的有限体积法思想,结合城市复杂的汇流特点,提出了一种分区分层的计算模式,构建了二维城市暴雨沥涝数学模型,包含了社区汇流、路网汇流、管网汇流和河道汇流4个计算模块。以天津市示范区段为研究对象,依次模拟了2009—2015年10次降雨过程,分析对比了验证点积水水位和湘江道的津河液位。模拟结果显示,河道液位模拟值与实测值变化趋势基本一致,两者平均值之间的误差均＜10 cm, 表明了模型具有一定的计算精度,可用于城市内涝监测预报,同时也为城市暴雨沥涝数学模型研究提供了新的方法和思路。     

基于SWMM的城市防洪排水体系能效评估探析

为客观评估城市防涝排水体系能效水平,以有效降低城区洪涝灾害发生概率,本文在阐明SWMM模型基础上,探索构建城市防涝排水评估体系,探索模拟分析不同暴雨重现期的防洪排水水平,揭示不同暴雨重现期下容易积水区域、积水时间、积水深度、积水面积以及管网承载力,提出了缓解城区涝灾举措,研究可为城区防涝减灾工作提供有益借鉴。     

上海市城区洪水风险图制作

受特定地理环境和气候因素的影响,热带气旋、暴雨和高潮位是影响上海的主要洪涝灾害类型,近些年来,洪、涝、潮灾时有发生。作者利用城市暴雨洪水仿真模型,模拟计算了上海市城区因防汛墙溃决或城市暴雨可能发生的受淹和积水情况,并根据模拟结果绘制了洪水风险图。本研究方法可为防洪工程规划设计、防汛抢险应急预案的编制等提供决策依据和技术支持。     

石家庄市暴雨内涝精细化水动力模型应用

近年来石家庄市极端天气逐渐增多,局部短历时强降雨的发生愈加频繁,造成城区大范围积水,损失严重。基于高精度DEM数据,采用小尺寸结构化网格建立石家庄市暴雨内涝精细化水动力模型。模型精确反映了房屋建筑、城市道路、立交系统和排水渠系等典型城市地物;采用分区径流系数和糙率体现不同下垫面的影响;通过将排水分区精细划分至各雨水干管实际控制街区模拟管网实际排水过程,并设置点源模拟城市立交泵站。模型高精度地模拟了该市主城区房屋阻水、庭院雨水出流、地道桥等低洼处汇水积涝、路面行涝、管网排水以及泵站抽排水等具有典型城市特征的水流现象,计算统计了城区积涝面积、积水点及积水路段。将该市内涝危险性等级划分为高、中、低三级,结合模拟结果进行风险分析及等级划分,分析结果为石家庄市防涝减灾工作和内涝风险管理提供信息支持,具有重要实用价值。     

基于高精度DEM的城市道路积水淹没计算方法研究

针对河南省郑州市城区道路微尺度场景的暴雨内涝积水计算问题,以车载LiDAR技术建立的积水路段高精度格网DEM为基础,按照有源淹没方式,采用种子蔓延法计算积水淹没范围;通过构建郑州市暴雨洪水模型获取暴雨时积水点溢流水量,运用二分法实现淹没水位与溢流水量间的快速逼近求解。以郑州市某积水路段进行实例应用,对比分析计算结果与电子水尺实测水深数据可知,Nash-Sutcliff确定性系数为0.94,RMSE为0.05,相对误差为10.3%,表明淹没计算结果具有较高精度,模拟淹没过程符合该积水区实际淹没过程,研究方法适用于城市街道区域的暴雨积水淹没范围和水深计算。     

上海市已建排水系统暴雨积水问题改善对策

城市暴雨积水问题近年来引起广泛关注,已建排水系统如何应对高强超频暴雨是城市雨水管理的一个重要课题.以上海市中心城区已建排水系统为例,对其暴雨积水的主要原因进行了分析,通过多系统联合水力模拟研究,对非工程性措施、连通工程、局部改造等多种改善措施进行了综合分析,并提出了优化改造方案.研究成果可为大城市老城区的积水点改造提供有益的借鉴.     

河北省城市内涝仿真模拟预警系统研制——以石家庄市为例

河北省城市内涝风险评估预警能力较为薄弱,以石家庄市为试点,基于暴雨内涝仿真模型建立河北省城市内涝气象风险监测预警系统。采用立体直观的实景三维形式将内涝灾害风险等级划分为四级,根据不同承载体对预警阈值进行设定。2015年8月30日石家庄市城区暴雨,积水资料与系统模拟的16个积水点中水深绝对误差值在0.2 m以下的共占94%,与实测水深较为一致,模拟效果有效。此外计算该等级降水重现期,绘制不同历史重现期的城区淹没水深分布图,为暴雨内涝风险评估提供技术支撑,为政府部门快速决策提供参考。     

城市洪涝仿真模型的改进与应用

已有的城市洪涝仿真模型以一、二维非恒定流水力学模型为基础,采用无结构不规则网格建模技术,在网格形心或特殊型节点处计算水位,在网格周边通道上计算单宽流量,对城市洪涝过程进行模拟。针对该模型对河道型计算单元的断面仅按矩形概化的缺点,对河道型网格水位及特殊型河道通道流量的算法进行了改进,即将原模型中的河道断面相关参数作为变量处理,使模型能反映不同类型河道断面的水位流量变化,提高对河道洪水过程的模拟精度。同时,改进后的算法更有利于模型根据城市河道的实际治理状况进行及时更新和扩展。将改进后的模型应用于济南市,其计算结果与实测资料对比表明,该模型能更合理地模拟济南市城区低洼地积水、街道行洪、铁路立交积水和河道洪水过程,计算可为济南市城区防汛预警决策提供参考信息。     

基于MIKE URBAN的广州市东濠涌片区暴雨内涝模拟研究

随着城市化的不断发展,城市暴雨内涝灾害趋于严重。为了减少由此带来的经济损失和人员伤亡,对城市内涝灾害开展研究具有重大的实际意义。以广州市越秀区东濠涌排涝片区为研究对象,基于MIKE URBAN构建了能够模拟外江潮汐、内河涨退水、地面积水和管网排水过程的城市暴雨内涝模型,采用2011、2014年2场暴雨对模型模拟效果进行了检验,并以2011年"10·14"暴雨为应用实例,模拟了暴雨与珠江潮水遭遇、河道水位改变、湖泊汛期正常蓄水位改变等不同情况下的内涝积水情况,初步分析了区域内涝成因。研究结果表明该模型能够较好地模拟区域城市内涝积水情况,可有效分析城市暴雨内涝成因,可为城市内涝治理和内涝风险评估提供一定的参考。     

城市极端暴雨涝情变化特征模拟分析——以宁夏固原市为例

为探究极端暴雨条件下城市涝情的变化特征，应用二维水动力模型(GAST模型),对宁夏固原市主城区开展多暴雨工况下的积水模拟分析。采用2017年7月27日实测降雨数据对模型进行验证，经验证模型精度满足要求。基于研究区高精度地形数据、土地利用数据和实测数据，对12种短历时设计暴雨条件下的城市内涝时空变化过程进行模拟。模拟结果表明：随着降雨量的增加，道路积水面积及积水总量峰值均随之增大，但积水面积峰值增加趋势逐渐趋于平缓，积水总量峰值与之相反，增加趋势逐渐增大；降雨量越大，风险最大的Ⅳ级内涝积水面积及积水总量峰值增加趋势越明显，尤其在降雨量大于100 mm后，其增加趋势更加显著。研究成果揭示了固原城市极端暴雨下的内涝积水变化过程，对合理应对城市防洪排涝等方面具有借鉴意义。     

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。     

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。     

福州市主城区洪涝灾害成因分析 及对策研究

根据福州市主城区水系信息,构建其行洪排涝数值模拟模型,并结合“龙王”台风时的实时 暴雨资料和调度资料及淹没范围,对模型进行了验证。进而,分析和评价了主城区水系行洪排涝能力 及水动力特征。从发生洪涝灾害的三种因素(致灾因子、孕灾环境、受灾体)分别分析了洪涝灾害成 因。在此基础上提出了福州市主城区洪涝灾害防治对策,并进行了验证。结果表明建议对策合理可 行,对类似城市具有借鉴意义。     

Use of ensemble simulations to evaluate the urban effect on a localized heavy rainfall event in Tokyo,Japan

Recently, localized heavy rainfall over highly urbanized areas has caused severe damage in Japan. Although studies have indicated that the presence of urban areas can intensify rainfall, the chaotic noise caused by differences in initial conditions can change the urban effect. Therefore, the usability of ensemble simulation methods for urban effects on a single localized heavy rainfall event must be clarified to synthesize state-of-the-art observations and numerical model studies. This study examined the difference in a localized heavy rainfall event under different initial conditions. We demonstrated the advantage of ensemble experiments using a cloud-resolving model to evaluate the urban effect. In this study, we focused on a localized heavy rainfall event that occurred over Tokyo on 5 August 2008 and killed five people working in a drainpipe. Two ensemble experiments were performed according to the lagged average forecasting (LAF) method. Each experiment had six members, with initial conditions spanning 6 h from 02 to 07 Local Standard Time (LST) on 5 August 2008. The model was integrated continuously through 18 LST for each run. The model had a horizontal grid resolution of 2 km. The first experiment (CTRL) used the actual land cover, anthropogenic heat, and geometric structures. The second experiment (PDDY) used an imaginary land cover in which the urban area was changed to paddy fields. Comparison of the ensemble means showed that the peak value of the maximum hourly rainfall decreased and the peak time was delayed in PDDY compared with CTRL. The smaller peak value and delayed peak time of rainfall in PDDY seemed to be caused by the weaker updraft associated with near-surface convergence, which was caused by weaker surface heating. Regardless of the difference caused by the initial conditions, the decrease in the peak value and the delay in the peak time were significant according to the t-test. Although the area was limited compared with near-surface temperature and horizontal wind convergence, a significant reduction in rainfall was also seen over the heavily urbanized area of Tokyo in the horizontal distribution of the difference in accumulated rainfall. These results indicate that although differences in the initial condition can change the modeled urban effect on rainfall, ensemble simulation methods can be used to examine the significance of the urban effect on a single localized heavy rainfall event.     

汇水区节点选取对城市雨洪模拟结果的影响

利用Info Works ICM模型建立深圳市光明新区新城公园雨水管网模型,分别以检查井和雨水口作为模型的节点划分汇水区,分析不同的汇水区划分方式对公园出口流量模拟结果的影响。结果表明:在中小降雨条件下,汇水区节点选取对峰值流量模拟结果的影响不明显;在暴雨或特大暴雨的条件下,汇水区节点选取对峰值流量模拟结果的影响较大;与以检查井为节点的划分方式相比,以雨水口为节点的划分方式产流时间会有一定程度的推迟;在模型建立过程中应综合考虑研究目标、区域尺度和降雨特征等对汇水区进行合理划分。     

东港溪流域淹水潜势分析与应用

东港溪流域之下游及低洼地区在豪雨期间常造成严重积水情形，为能有效解决洪患灾情，充分的掌握防灾信息是非常重要之工作，因此，透过淹水潜势分析，可有效掌握淹水情形。本研究利用FLO-2D模式针对2005年0612豪雨及2006年之碧利斯台风两场降雨事件进行东港溪流域之淹水模拟，并与实际淹水调查情形结果比较。并依模式率定结果分析24小时降雨150 mm、300 mm、450 mm及600 mm四种情境之淹水情形，以作为灾害应变时之决策参考。     

基于SWMM模型的坡地小区海绵城市改造效果评估

以济南市某坡地小区为例,将小区内"马路行洪"主道路概化为不规则明渠,基于SWMM(stom water management model)模型研究海绵城市改造方案对不同重现期设计降雨水文过程影响。结果表明:SWMM模型可较好地对小区"马路行洪"过程进行模拟,且选用的海绵城市改造方案(低影响开发措施改造及排水系统改造)可有效控制小区内的雨洪径流过程;对小区出流口Out 01和Out 02的5年以内不同重现期(1、3、5年)设计降雨径流总量和洪峰流量削减率分别超过了20%和10%,Out 01的峰值水位削减率超过了15%,显著降低了研究区"马路行洪"灾害的影响。研究结果可为坡地小区"马路行洪"模拟及海绵城市建设与管理提供一定的理论支撑和技术参考。     

An integrated modeling approach to predict flooding on urban basin.

Correct prediction of flood extents in urban catchments has become a challenging issue. The traditional urban drainage models that consider only the sewerage-network are able to simulate the drainage system correctly until there is no overflow from the network inlet or manhole. When such overflows exist due to insufficient drainage capacity of downstream pipes or channels, it becomes difficult to reproduce the actual flood extents using these traditional one-phase simulation techniques. On the other hand, the traditional 2D models that simulate the surface flooding resulting from rainfall and/or levee break do not consider the sewerage network. As a result, the correct flooding situation is rarely addressed from those available traditional 1D and 2D models. This paper presents an integrated model that simultaneously simulates the sewerage network, river network and 2D mesh network to get correct flood extents. The model has been successfully applied into the Tenpaku basin (Nagoya, Japan), which experienced severe flooding with a maximum flood depth more than 1.5 m on September 11, 2000 when heavy rainfall, 580 mm in 28 hrs (return period > 100 yr), occurred over the catchments. Close agreements between the simulated flood depths and observed data ensure that the present integrated modeling approach is able to reproduce the urban flooding situation accurately, which rarely can be obtained through the traditional 1D and 2D modeling approaches.     

奥林匹克公园地区雨水系统研究

为保障第29届奥林匹克运动会在北京顺利举行,对奥林匹克公园地区的雨水系统组成进行分析,建立基于ArcGIS平台的雨水系统GeoDateBase数据库,构建雨水径流、雨水管网、河道系统、地面二维漫流的耦合模型,选择理论和实际降雨雨型,进行不同重现期情景的模拟,对雨水系统设计进行校核,对超标降雨进行风险分析,并提出防洪应对措施与建议。     

新安江模型在汉江江口流域的应用及适应性分析

针对汉江褒河流域上游江口地区的地形地貌及气候特征，根据1981年～1985年连续5年的逐日水文观测资料，在运用三水源新安江模型采用分层分析的方法对模型的参数进行率定的基础上，对该地区日流量与次洪流量过程进行了模拟，模拟分析表明，降水资料的处理对模型模拟精度有重要影响。日流量模拟的效率系数绝大部分在0．83以上，次洪流量模拟的效率系数都在0．88以上，模型在研究区域得到了成功的应用。