自然排水区域内涝模拟技术研究

平原河网地区降雨过程中地面汇集、蓄滞,最终排出到河道是一个复杂的过程,不仅受地形的影响、还受外河水位影响,单纯的一维水动力模型或二维水动力模型无法模拟地面积水与河道水位的同步、实时变化。为了准确模拟降雨过程中自流排水区域地面汇流和河道水位的变化过程、优化区域河道布局规模和调度方式,本文综合一、二维水动力数学模型的优点,将河道与地面进行侧向耦合计算,地面低洼区域与河道进行正向耦合计算,模拟不同工况条件下区域内涝分布情况。结果表明：一、二维水动力数学模型侧向耦合和正向耦合技术可以模拟自然排水区域内涝实时分布情况,并可对不同河道规模和调度方式下区域内涝风险进行判别,为区域城市河网水系布局规划提供技术支撑。     

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。     

北京城市精细化洪涝模型初步构建与应用

针对受极端天气和快速城镇化造成的外洪内涝频发和交替影响的现状,北京城市防洪防涝任务日益紧迫,在暴雨预报基础上进行内涝预警是防患于未然的手段之一。在此背景下,北京市分区、分步构建了城区洪涝模拟模型,包括面积约1 426 km~2主城区范围的总体概化模型以及城区内清河流域与凉水河流域的精细化洪涝模型。两套模型都分别包含河道一维、地表二维、地下管网及耦合模型。总体概化模型运行快、效率高,但模拟精度和尺度不够,精细化模型模拟尺度大、精度高,但运行慢、效率低,视关注对象和时间紧迫性等具体需求,可将精细化模型与概化模型分区域组合使用。汛期根据降雨预报进行逐小时滚动模拟计算,支撑了城市河道闸坝调度及内涝积水风险发布。另外,为满足快速分析评估需求,提前对北京市各量级、各历时设计暴雨及典型降雨过程共500多场情景进行了模拟分析,建成了降雨—内涝情景库,在河道行洪分析、管网排水分析、桥区积水台账构建等方面发挥了更广泛的作用。     

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SCS和GIS的不同降雨情景城市内涝过程模拟方法

针对城市暴雨内涝灾害频发的现状,基于城市暴雨强度公式、芝加哥降雨过程线模型、SCS(Soil Conservation Service)产流模型以及基于地理信息系统软件ArcGIS的局部等体积法,提出一种关于城市暴雨内涝过程的模拟方法。选取武汉市内涝灾害严重的汤逊湖流域作为研究对象,使用该方法对流域内多种重现期暴雨内涝量的积水高程和积水淹没范围进行模拟。结果表明:汤逊湖流域内产生的内涝较为严重,10 a一遇的暴雨即可对低洼地区造成轻微内涝;不同重现期暴雨产生的积水区域基本是一致的,但重现期越长的暴雨产生的积水高程越深,淹没范围越广,对周边造成的影响越大。该研究成果对城市暴雨内涝的预防与治理具有借鉴和参考价值。     

察尔森水库洪水预报模型的研究与应用

文章结合察尔森流域水文气象以及地形数据,在深入分析流域产汇流特性的基础上,建立基于子流域的流域降雨径流模型及河道水动力模型的洪水预报方案。对降雨产汇流过程进行模拟分析表明,该流域建立的预报模型水量总体平衡,洪峰及过程均满足精度要求,可以对暴雨洪水过程进行较好的模拟。2013年预报察尔森水库最大入库流量误差6.68%,最大8 d洪量误差仅为5.88%,验证了模型的适用性,为察尔森水库精细化调度提供了重要的技术支撑。     

基于降雨情景模拟的城市社区尺度暴雨内涝研究

全球变暖背景下城市暴雨内涝灾害频发,对我国东部沿海城市影响显著。根据暴雨内涝的致灾因子进行分类,基于SWMM（Storm Water Management Model）对宁波地区分别构建了台风和非台风暴雨情景内涝响应模拟模型,并对比分析了台风暴雨内涝和非台风暴雨内涝的特征及其差异。结果表明:（1）台风和非台风暴雨在变化趋势、分布特征和时程分布上差异显著。（2）台风暴雨情景下,河道水位和流量主要受潮位影响,在高潮位时发生倒灌。在非台风暴雨情景下,河道水位和流量主要受降雨影响,并随着重现期的增大而增大。（3）台风和非台风暴雨情景下,研究区发生内涝的子汇水区数量和等级随着重现期的增大而增加,积水区域逐渐连片分布,最多有17个子汇流区发生内涝,占总内涝区域的80%。而在相同重现期的台风暴雨情景下,排水管网负荷率更高、节点洪流更大、内涝更重、积水历时更长、积水深度更深,积水历时超过10.7 h,积水深度超过67 cm。本研究丰富了研究暴雨洪涝的方法,可为社区尺度的内涝研究提供参考。     

基于精细化排水数值模型的流域海绵规划研究——以清河流域为例

海绵城市建设规划中径流控制指标受城市功能区、下垫面类型及排水条件的综合影响,在排水区尺度科学分解该指标具有较大的挑战性。针对该问题,本研究选择典型城市流域——清河流域,基于高分辨率的管网、河网、地形和下垫面等资料,构建精细化流域综合洪涝模型,涵盖降雨产流、管网汇流、河道汇流和地表漫流等过程。以该模型为基础,开展现状年径流总量控制率分析,结合不同海绵措施实施方案,模拟不同暴雨重现期下降雨径流削减率,提出流域尺度的海绵城市建设径流控制目标,为海绵城市规划和建设效果评估提供技术支撑。     

平原区暴雨内涝风险数值模拟研究

采用水力学方法探讨平原区暴雨内涝风险数值模拟研究,采用MIKE11建立黄河故道一维水力学模型,采用MIKE21 FM建立区域二维水力学模型,采用MIKE FLOOD对一维、二维模型进行耦合计算,模拟区域1978、2000、2003年暴雨内涝演进过程和淹没范围等,计算结果与涝灾实际淹没情况及区域地形地貌基本相符,可为下一步洼地治理、涝灾应急预案制定等提供参考依据。     

低影响开发措施的内涝削减效果研究——以济南市海绵试点区为例

本文使用中国水利水电科学研究院自主研发的洪涝仿真模型和洪水风险分析软件(FRAS)对低影响开发(LID)措施的内涝削减效果进行研究。在洪水风险分析软件原降雨产流模型中增加了SCS法,与地面二维水力学模型实时耦合,更精细地反映了LID措施的产汇流过程。结果表明:(1)在5、10和20年一遇24h设计暴雨条件下,LID组合措施在试点区、小流域和街区3个尺度上均能一定程度削减内涝面积,也能在流域尺度上削减径流总量和洪峰流量。措施在5年一遇降雨下内涝削减效果最为显著,径流总量和洪峰流量削减率分别达6.5%和9.7%,在措施布设较为密集的街区内涝面积削减率达48.96%;(2)10年一遇24 h设计暴雨条件下,流域尺度上单项LID措施内涝削减效果各有特点。各措施对积水量的削减效果在降雨过程中均呈先增大后减小的趋势,措施对内涝面积的削减效果排序为下沉绿地透水路面绿色屋顶;(3)措施内涝削减效果与措施类型、措施规模、地形、下垫面条件和措施布设位置密切相关,低影响开发设计时应利用水文水力学模型进行多种方案的模拟分析,合理设置LID措施。     

洪流汇流模型的若干进展和展望

针对海河流域出现河道干涸的新情况及现行各类河道汇流模型均不能计及河道汇流入渗问题,提出了一般性河道汇流模型.又针对汇流面积分配特殊性和汇流非线性,提出了变动等流时汇流模型.此外,对现行圣维南不稳定流的运行方程,尚未体现洪水位变率的影响,展望了对该运行方程的改进和探讨.     

暴雨洪水流域系统随机模拟（研究之二）

暴雨洪水流域系统的输入,本文首次成功地引用具有明显优点的正则展开模型随机模拟暴雨过程;流域系统的输送,采用了简便可行的产、汇流模型;各子模型及系统输出的洪水过程检验表明,流域系统随机模拟的效果是令人满意的。     

基于SWMM模型的平原区城市排涝水文计算

以SWMM模型为模拟平台,基于研究区自然地理及水系条件,在现状条件下进行水系排涝能力模拟,模拟研究区在5年一遇、10年一遇设计暴雨下,河道漫溢及城市内涝情况,给出河道水位、积水深度及积水节点等信息,并根据现状调查分析城市内涝形成的原因。针对内涝产生的原因,分别模拟了降低城市不透水率以及采取清淤等措施下,研究区内涝缓解情况,以期对后续城市排水规划、城市防灾减灾措施制定提供科学依据,并为其它城市防涝系统能力评估提供参考。     

DWSM模型产汇流模块的原理及应用

DWSM(Dynamic Watershed Simulation Model)以坡面为基本计算单元,在结构上属于分布式松散耦合型流域模型,适合模拟单次降雨或暴雨事件.现主要介绍了DWSM模型产汇流模块的原理、结构,河网汇流顺序和存储规则等,并把该模型应用于北京市温榆河东沙河流域的实测降雨产汇流模拟,结果表明该模型对洪峰的模拟相对误差在9%以内,能满足洪水模拟的精度要求.     

流域洪水—社会交互建模及流域洪水风险动态分析

流域是一个复杂的自然—社会交互系统。随着城镇化进展,流域洪水的量级、发生的频率以及产汇流机制均发生了变化,对经济、社会、生态产生了重要影响。流域洪水—社会多要素交互建模及风险动力学为洪水管理和决策提供计算和分析方法。讨论了两种流域洪水风险,即河道洪水风险和内涝洪水风险,研究了基于交互方程的多要素交互建模方法及其特点。在考虑了流域土地利用类型变化、堤防和排洪设施等因素的基础上,提出了流域洪水—社会多要素交互框架,研究了动态交互方程及内涝洪水风险与河道洪水风险的动态分析方法。     

GIS及SWMM模型在防洪保护区内涝模拟中的应用

为了研究防洪保护区暴雨内涝积水风险,减少淹没灾害损失,基于GIS技术与SWMM产汇流模型,计算暴雨内涝积水域面积及积水深度值,以此开展积涝风险分析。将该方法应用于茨南淝左片防洪保护区的暴雨内涝计算,利用永幸河闸上、架河闸上、青年闸上2007年实测降水水位验证产汇流模型。结果表明:3个位置计算水位绝对误差分别为0.02、0.10和0.14 m,计算结果较合理,将该模型应用于防洪保护区20年一遇设计暴雨内涝积水风险分析,研究成果对该地区风险管理及决策起着至关重要的作用。     

流域水文模型在临界雨量分析中的应用研究

为提高无资料地区临界雨量分析结果的精确度,采用双曲正切产流模型和单位线流域汇流模型,结合山西省清凉寺沟流域水文下垫面产汇流模型参数,对实测暴雨洪水进行了模拟分析。结果表明:径流深及洪峰流量的合格率均为75%,参数是合理、可靠的,据此得出了该流域不同流量级时的临界雨量。     

基于SWMM与LISFLOOD-FP模型的城市暴雨内涝模拟——以济南市为例

将开源的SWMM一维管网模型与半开源的LISFLOOD-FP二维水动力模型耦合,对济南市黄台桥流域进行暴雨内涝模拟,基于实测场次降水、流量及淹没情况对模型进行率定与验证。统计分析20130723实测场次降水和不同重现期设计降水下研究区溢流节点分布和地表淹没情况,并分析其原因,得出以下结论：20130723实测场次暴雨模拟结果表明耦合模型在研究区具有较好的适用性,可以用于城市流域暴雨内涝的模拟;随着降水重现期的增加,溢流节点数目及各个淹没水深范围的面积均呈增加趋势,总淹没面积从8.18 km2增加到21.92 km2,其中水深范围在0.1~1.0 m的淹没面积占比最大。研究探索城市流域尺度的暴雨内涝模拟,相关结果可为研究区防洪减灾工作提供一定的科技支撑。     

新安江-海河模型在清漳河流域的应用

针对北方河道洪水初期比较干枯的情况,以及人类活动对产汇流影响等特点,文中采用修订的新安江-海河模型应用于清漳河流域,对匡门口站多年洪水资料进行产汇流模拟。结果表明,在考虑了海河流域的特性,新增地下水和河道初损等参数的新安江-海河模型达到了预报精度,参数取值合理、模型结构较完善,径流量合格率高于洪峰的预报结果符合清漳河流域的特性,可以将径流量预报进行实际应用。     

分布式水文模型在嵌套流域的应用与研究

基于物理基础的分布式水文模型通常用于详细描述小尺度流域的水文过程,在大尺度中应用时存在参数模拟问题。为了研究具有物理意义的模型参数随尺度变化的规律,将CASC2D模型应用于月潭、呈村组成的嵌套流域,对比分析了嵌套流域和流域内部网格模拟值的精度。结果表明:1嵌套流域内产流参数变化较小,汇流参数与流域尺度有一定的关系,随着流域面积的增大,坡面汇流糙率和河道汇流糙率均增大;2呈村流域模拟精度较高,降雨数据及其时空分布会对模拟精度产生重要影响;3模型对流域内部点的计算结果存在误差且异参同效的现象普遍存在。