城市湖泊对地表径流致涝控制作用模拟研究

为认识城市湖泊对城市内涝的影响,应用基于水动力方法的城市雨洪过程数值模型对代表区域暴雨致涝过程进行了模拟。计算了不同重现期暴雨下假定城市湖泊面积发生变化时内涝积水总量与面积,从积水总量峰值和重度内涝积水面积方面量化分析了湖泊面积和位置变化对城市内涝积水的影响。结果表明：研究区域内湖面面积由0.5024 km2减少到0.00785 km2时,其积水总量峰值增加12.71% ~ 18.21%,重度内涝面积增加11.71% ~ 25.66%;不同位置处的湖泊对区域内涝的影响程度各异,如当降雨重现期为100年、湖泊面积为0.5024 km2时,湖泊位于研究汇水面上游、中游、下游处对应的重度内涝面积分别为173460 m2、169160 m2、162628 m2,可见湖泊位于下游处对致涝径流控制效果最佳。该研究有助于城市规划与防洪排涝工作。     

基于SWMM和LISFLOOD模型的暴雨内涝模拟研究

全球气候变化与城市化进程的不断加快,导致城市暴雨内涝灾害频发。珠江三角洲地区经济发达,且易受风暴潮和外江洪水的侵袭,内涝灾害愈发严重。因此,构建适用于研究区的城市雨洪模型,评估其排水能力与内涝风险,对研究区防涝减灾具有重要意义。本文将SWMM一维管网模型及LISFLOOD-FP二维水动力模型进行耦合,对东莞市典型区域进行暴雨内涝模拟,主要结论如下:(1)在构建SWMM模型的基础上,与LISFLOODFP模型进行耦合,实现了研究区暴雨内涝淹没范围与淹没水深的模拟;并用"2008·6·13"暴雨进行验证,结果表明耦合模型具有较好的适用性。(2)基于该耦合模型,对0.5 a、1 a、2 a、5 a、20 a一遇五种重现期降雨进行模拟,结果表明,重现期由0.5 a上升到20 a过程中,研究区出口流量增加、溢流量升高、溢流节点数增多、洪峰提前、洪水历时增长;淹没面积由0.915 km~2增加到1.934 km~2,积水深度超过2 m的淹没面积从0.024 km~2上升到0.254 km~2;研究区内涝高风险区为东纵路、东城西路、银山街与东辉路。     

城市暴雨地表积水过程研究：以清华大学校园为例

我国正处于城市化的高速发展阶段,不透水地表面积增大,导致城市内涝风险增加。本研究考虑建筑物、道路、绿地和雨水口等城市地物特征,旨在对降雨-径流过程进行精细模拟,对地面排水系统的能力进行评估。采用二维水动力学模型,以北京市清华大学校园为研究区域。通过两场降雨过程中积水点的实测水深对水动力学模型进行率定和验证,结果表明该高分辨率模型能够比较准确地计算出地表积水深度。在采用压强式水位计记录降雨过程中积水点压强时,必须同时记录大气压强的变化,否则水深会有一定的误差。基于上述结果,以2012年7月21日暴雨为例,对清华大学校园进行大暴雨情景的地表积水过程模拟,结果表明雨水口总排水量随降雨过程变化较大,地表积水主要通过雨水口排走,降雨结束时雨水口排水总量约占降雨总量的70.0%,而土壤入渗量较少,仅占降雨总量的11.1%。     

雨水口泄流计算对城市洪涝模拟结果影响研究

雨水口可将地表径流输送至排水管网,是城市洪涝治理中的关键因素。为充分掌握雨水口泄流机理,本文总结了泄流试验研究的主要成果,比较了不同泄流计算方法的优缺点及适用范围;通过编译生成SWMM动态链接库文件（DLL）,构建了改进泄流计算的城市雨洪模型;以西安市沣西新城为研究对象,定量分析了不同泄流计算方法对汇水区内雨水口泄流量及洼地积水深度的影响。结果表明：典型汇水区内采用不同泄流计算方法模拟得到的泄流量占降雨总量的38% ~ 48%;泄流公式中流量系数18%的差异会在洼地积水深度结果中放大至55%;研究区各汇水区内因雨水口泄流能力不足而导致的最大洼地积水深度在0.1 ~ 0.6 m之间。研究成果有助于深化对雨水口泄流过程的认识,为城市防洪减灾提供技术支持。     

排水管网结构概化对城市暴雨洪水模拟的影响

排水管网是城市暴雨洪水模拟中的关键因素,但受到数据和模型的限制,管网结构通常被概化考虑。本研究构建了强化汇流过程的精细城市雨洪模型（REDUS）,以清华园为研究对象,采用了路/管单层排水系统和路管双层排水系统两类模拟方案,定量分析了典型暴雨情景下的管网排水作用及管网结构概化的影响。结果表明：排水管网主要起到快速、定向的排水作用;管网结构概化会低估洪水过程的洪峰及洪量,与使用全管网相比,仅采用骨干管网在单层系统中会使洪峰和洪量均降低27%,在双层系统中会使洪峰降低37% ~ 56%,洪量降低18% ~ 32%;双层系统能提供更可靠的城市雨洪过程,但需要应用更精细的管网数据。研究成果为海绵城市建设中如何评估排水管网的作用提供了工具和建议。     

融合社会信息的城市暴雨内涝风险评估

针对现有城市暴雨内涝风险评估未充分考虑社会信息的问题,本文提出融合社会信息的城市暴雨内涝风险评估方法。基于城市雨洪模型获取内涝灾害自然信息,利用网络爬虫技术抓取社会信息,建立耦合自然与社会信息的城市暴雨内涝风险评估指标体系,通过指数模型综合评估研究区暴雨内涝风险。以大连市青泥寺儿沟区为实例,评估结果表明：仅考虑自然信息时,50、100年一遇暴雨对应的高风险区面积为0.53 km²、1.24 km²;考虑社会信息后,研究区暴雨内涝风险增加,高风险区面积分别为1.12 km²、1.50 km²;融合社会信息的风险评估模型会提高城市人口密集区、交通干线等重要地段的内涝风险等级,降低城市非重要地区内涝风险等级,内涝风险评估结果更合理。     

基于分布式洪水模型的北京城区道路积水数值模拟：以万泉河桥为例

道路积水影响交通,打乱城市正常的生产生活秩序,在我国快速城市化和气候变暖的背景下问题显得更为突出。采用数值模型对城市暴雨径流进行模拟,理清道路积水原因,对积水点综合治理和实时抢险有重要作用。本文开展了分布式立体化城市洪水模型在北京清河上游流域的验证和应用,对不同重现期和历时的设计暴雨情景下万泉河桥积水过程进行了计算分析,提出以30cm积水深度为阈值（小轿车正常行驶的最大积水深度）定义道路节点的排水标准,结果表明万泉河桥处的排水标准为5年一遇30分钟暴雨过程或者1年一遇120分钟暴雨过程。     

无地形资料地区电力工程内涝水位估算方法

随着新能源事业的快速发展,光伏和光热工程点也在迅速增多,特别是在光热资源较为丰富的内蒙古地区;但是受地方土地利用规划的限制,部分场区位于地势相对较低的区域,此时内涝积水成为影响工程布局及工程造价的重要限制条件。同时,当低洼地区的范围较大时,用常规测量方法进行地形测量及内涝积水的分析会造成工程前期成本的大幅增加,甚至导致工期的延长。本文选择了以DEM数据为基础,应用Arcgis软件分析区域内涝积水的方法,再辅以现场实测校核点对所得内涝水位进行校准,在满足工程要求的前提下极大减小了测量投入和工程工期;可以为低洼地区电力工程内涝积水的分析计算提供一定的参考。根据本文分析,当工程所在区域地势对比较大时计算结果可以达到较高的精度。但同时也需要指出,最终内涝水位在一定程度上受高程校核精度的影响,并且较低设计频率的内涝水位以及地势平坦地区内涝水位的模拟结果精度相对较差,在工程应用中需要予以注意。     

沿海城市暴雨-高潮位复合致涝区划研究北大核心CSCD

由于暴雨和高潮位的共同影响,沿海城市更容易遭受内涝灾害。暴雨和高潮位影响区域致灾因子划分是减灾措施布设的重要因素。本文提出了致灾因子区划方法,并进行了区划方法的效果分析。以海口市主城区为例,基于城市暴雨污水及流域雨洪管理建模软件构建一二维耦合城市内涝模型,计算不同组合工况下的淹没水深和淹没范围,将内涝区域划分为降雨影响区、潮汐影响区和共同影响区,并对三个区域进行了减灾措施优化分析。结果表明,潮汐影响区、共同影响区和降雨影响区距海岸线逐渐变远;降雨影响区布设蓄水池的效益要明显优于潮汐影响区,而潮汐影响区布设止回阀的效益要优于降雨影响区。因此,通过内涝区域划分可以更高效地布设防涝措施。     

城市生态公园雨洪利用原理及其应用

城市生态公园营建中存在水资源短缺问题，还可能造成严重的城市水土流失。初步分析了城市生态公园雨洪利用的蓄滞机理及其滞时反应，建立了单一城市生态公园系统的进出流过程图。通过分析宝鸡市的降雨特性，指出了宝鸡市可开展雨洪利用的可能性，并利用本文所建立的雨洪蓄滞原理，在宝鸡市北坡生态公园的中心广场进行了雨洪利用的规划设计。     

典型街区洪水演进的概化水槽试验研究

由于全球气候极端化现象加剧,城市洪涝灾害的强度与频率均呈上升趋势。为充分了解城市洪涝灾害的致灾机理,提出行之有效的减灾措施,有必要对典型城镇街区的洪水演进过程进行研究。本文建立了具有典型街区构造的洪水演进物理模型,模型中布设道路、建筑物、人行道、绿化带等设施。基于试验数据定量分析了建筑物密度、绿化带设置等对洪水演进过程带来的影响。得到主要结论如下：（1）溃坝波在模型道路上的运动速度与初始时刻上游水库的水深及道路本身特性有关,建筑物与城市绿化设施的布置对其影响较小;（2）布置绿化带及建筑物减小了过水面积,导致洪涝灾害发生后道路上的水位上升;但增加房屋密度将减少流入街区两侧的水流体积,布设绿化带将增加房屋周边的水流阻力,促使水流沿模型道路演进;（3）建筑物前水深与初始时刻水库内水深近似成正比,但初始水深较大时水流对建筑物的冲击力将远大于初始水深较小的工况。本试验结果可以为数学模型提供翔实的率定资料,并为面临突发洪涝灾害威胁的街区提供设计参照。     

基于SWMM模型的城市雨洪模拟与LID效果评价——以北京市清河流域为例

随着城市洪涝灾害的不断加剧,以低影响开发(Low Impact Development,LID)技术为核心的海绵城市建设正逐渐成为新的城市雨洪管理理念。本文以北京市清河流域为研究对象,构建流域暴雨洪水管理模型(SWMM),并针对流域尺度排水区下垫面特征设置相应的LID措施组合,在各种重现期降水情景下设置不同LID措施组合的比例并进行相应的模拟与分析。结果表明:LID组合措施对高频暴雨的洪峰流量和径流总量削减率可高达66.2%和49.4%,而对低频暴雨径流总量削减率仅为11.5%,洪峰流量无明显变化。由此可见,LID措施对研究区高频暴雨径流过程削减效果显著,而对低频暴雨削减效果较差,以上结果可为研究区的防洪排涝管理和海绵城市建设提供相应技术支撑。     

城市化对济南小清河流域产汇流的影响研究

快速城市化背景下，流域产汇流特性发生改变，城市洪涝灾害问题日趋严重。为揭示城市化引起的土地利用变化对城市产汇流的影响，本文以济南市小清河流域为研区，分析了该流域2000—2017年土地利用变化，并构建不同城市化条件下的暴雨洪水管理（SWMM）模型，通过设置多种暴雨重现期情景，模拟不同城市化条件下的洪水过程并定量分析其变化特征。研究结果13表明：2017年地表径流量和下渗量分别是2000年的1.42倍和1/2，径流系数从2000年的0.56提高到2017年的0.79，洪峰流量从285.7 m3/s提高到311.7 m3/s，城市化对暴雨洪涝过程有明显的放大作用；常遇暴雨下2017年峰现时间比2000年提前，稀遇暴雨下相近。     

线性响应模型与神经网络联合模拟降雨～径流过程

本文将简单线性（黑箱）模型与神经网络联合起来对降雨～径流过程进行了模拟，在早期大多数有关降雨～径流的神经网络研究中,往往将前期径流作为模型输入的一部分,而本文利用线性模型对径流的估算值代替前期径流作为神经网络输入的一部分,从而为资料稀缺流域降雨～径流关系的模拟提供了新的途径，研究结果表明该组合模型是可行的。     

基于洪涝削减效果的海绵措施优化布局研究

为应对城市洪涝等水安全问题,2015年起我国大力推广海绵城市建设.不同海绵措施的作用机理不同,其空间布局会显著影响洪涝削减效果.本研究以济南市海绵城市示范区为例,基于城市水文水动力学多过程耦合模型,通过多情景洪涝模拟,分析了海绵措施不同布局的作用效果,并从流域水循环视角提出洪涝控制策略.结果表明,上游布设低影响开发(L...     

基于精细地形建模的溃坝洪水演进三维数值模拟

针对三维溃坝洪水数值模拟缺乏涉及城市复杂下垫面地形建模的水库溃坝洪水演进的研究现状,本文首先提出了基于TIN与NURBS曲面重构的精细地形建模方法,同时结合等效糙率法以区分不同的下垫面条件对洪水的水流运动产生的阻力影响,从而为溃坝洪水演进三维数值模拟提供精细的下垫面信息;其次,采用耦合VOF法的修正RNG k-ε湍流模型模拟了溃坝洪水的演进过程,并通过模型验证分析了该模型的准确性;最后,以某城市地区水库溃坝为例,分析了下游复杂区域洪水演进过程、流速、水深等水情信息。结果表明:本文提出的地形建模方法具有较小的数据储存量且保持较高的地形精度;同时基于精细地形建模的溃坝洪水演进三维数值模拟既准确地模拟了洪水演进过程,且充分地反映了溃坝水流的复杂流态及细节。     

基于地理信息的SCS模型及其在黄土高原典型流域降雨-径流关系中的应用

基于土地利用、土壤类型等信息数据和流域水文、气象资料,应用美国农业部水土保持局研制的小流域设计洪水模型-SCS模型对王东沟流域径流过程进行了模拟.按照集水区自然分水线划分流域子单元,并提出了适合该流域产流计算的CN值表.结果表明,模型所模拟的径流过程与实测径流过程具有较好的一致性,模拟精度在75%以上,说明模型在参数的确定上是较为合理的,可以应用于黄土高原典型流域.为建立分布式水文模型对流域进行生态水文综合评价提供了科学方法.     

基于Sobol方法的SWMM模型参数敏感性分析

SWMM模型已被广泛应用于城市区域雨洪模拟及海绵城市设计,为提高参数优化效率,减少模型不确定性的影响,有必要对参数敏感性进行定量分析。以济南市黄台桥排水片区为例,选用基于方差分解的Sobol方法,定量分析不同量级洪水情景及不同预报精度评价标准下SWMM模型参数的敏感性。研究结果表明：（1）SWMM模型参数的敏感性在不同量级洪水和不同目标函数的情况下表现均不相同,模型参数具有较大的不确定性;（2）不透水区洼蓄量、最小入渗率、河道及管道糙率系数对Nash效率系数作用显著;（3）洪水量级相对较小时,SWMM模型参数间相互作用现象较为明显,但随着洪水量级的增加,参数相互作用逐渐减小;（4）Sobol方法能定量分析模型参数敏感性及参数间相互作用,适用于城市水文模型敏感性相关研究。