基于SWMM的城市暴雨内涝风险分析——以南昌工程学院瑶湖校区为例

为解决城市内涝问题,以南昌工程学院瑶湖校区为研究区,利用SWMM构建了暴雨洪水管理模型,模拟不同重现期暴雨情况下研究区淹没时长和积水深度的空间分布,结合高程分布对研究区进行了暴雨内涝风险区划分,并对研究区内涝成因进行了分析。结果表明：SWMM模型的模拟结果与实测结果接近,模拟效果较好;随着暴雨重现期的增加,研究区内的淹没时长和积水深度增加,遭遇50年一遇暴雨时内涝中高风险区面积相较于5年一遇暴雨时增加了12.51%,其中次高风险区面积增加了9.94%,中等和高风险区面积增加较小。研究结果可为海绵城市建设提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

北京市六环以内地区内涝分布特征分析

本文对北京市六环以内地区内涝分布特征进行分析,研究发现,城市内涝积水数量随着城市化建设的加速而加速增长;积水深度主要集中在21～40 cm之间,20 cm以上积水可以作为积水点防治的主要依据;降雨量影响整个积水过程,降雨强度对积水开始时间、积水最大深度影响较大;在暴雨预报基础上进行内涝预警是防止城市内涝灾情的有效手段之一。内涝总体情况分析和典型点位研究可以为内涝灾害防御和预警提供重要参考。     

基于Mike Urban的高度城市化地区内涝交通风险分析

近年来,在高速城市化和气候变化的共同作用下,区域极端降雨造成城市内涝频繁发生,引起了道路积水、交通拥堵等诸多不利影响,及时开展城市内涝预警管理非常必要,而数值模拟则是科学分析内涝特征的重要技术手段。以珠海市香洲区吉大—拱北街区为研究区,基于管网数据和实测积水数据构建了Mike Urban区域排水管网模型;以此为工具,模拟了不同重现期条件下研究区排水管网的溢流情况,在解析易涝路段数量及其积水深度的基础上评价了区域的内涝程度;同时应用速度衰减曲线模型得出不同积水深度下的行车速度衰减程度,进而评价得出区域易涝路段中交通拥堵的高风险区域和受影响的公交线路。研究成果可为城市市政管理部门在强降雨情况下完善公交调度和发布道路行车预警提供技术支撑和决策参考。     

设计降雨特征对城市内涝模拟结果的影响分析

降雨是城市内涝的主要诱因之一,不同降雨特征对于城市内涝风险的影响也有所区别。为了进一步挖掘降雨特征对城市内涝风险的影响,采用综合流域排水模型（InfoWorks ICM）构建了我国南方某城市的内涝模型,系统分析了设计降雨的雨型和历时特征对城市内涝模拟结果的影响。在4个重现期的3种降雨雨型和3个降雨历时条件下,共计36个不同降雨情景对研究区的内涝情况进行模拟。通过对比不同模拟情景下的积水深度、积水面积以及积水量等结果发现：在相同降雨雨型和重现期条件下,降雨历时对积水深度的影响有一定的差别;在不同降雨雨型和降雨历时模拟情景中,积水点的位置基本保持一致,而积水面积受降雨雨型和降雨历时的双重影响;峰值积水量受降雨雨型影响较大,受降雨历时影响较小,而积水总量受降雨历时影响较大,受降雨雨型影响较小。研究中量化分析了不同设计降雨特征对城市内涝模拟结果的影响,旨在为合理地开展城市内涝预警以及应急管理等工作提供依据。     

北京市典型积水点金安桥内涝原因及治理措施效果分析

【目的】为了明晰内涝致灾机理，精准识别影响内涝的关键因素，诊断积水内涝原因并提出治理措施及优化比选方案，【方法】选取北京市典型积水点金安桥为研究对象，基于InfoWorks ICM构建精细化洪涝模型开展内涝模拟分析。【结果】结果显示：在1 a、3 a、5 a、10 a四种设计暴雨情景下，模拟得到金安桥最大积水深度分别为0.903 m、1.317 m、1.528 m、1.660 m,在10 a一遇设计暴雨情景下桥区积水将漫溢至金安桥站地铁口，出现地铁倒灌风险。【结论】基于模型模拟诊断分析得出，金安桥片区内涝原因主要为管网排水能力不足，局部地形地势低以及规划建设因素导致。模拟分析了管网提标、地形抬填、规划建设调蓄泵站及排水渠等四种内涝治理措施，治理效果依次为：地形抬填>规划建设排水渠>管网提标>规划建设调蓄泵站，设置了4种联用组合方案模拟内涝改善效果，其中方案四(管网提标+设置调蓄泵站+设置排水渠)效果最佳，区域排水能力达10 a一遇。研究结果可为精细化、系统化治理城市内涝问题提供技术支撑。     

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。     

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。     

北京市下凹式立交桥区低影响开发效果模拟

北京市下凹式立交桥等低洼区的内涝治理是防洪减灾工作的重点与难点。以北京市北三环安华桥桥区为研究对象,构建桥区一维雨洪模型,利用反映北京市不同雨强、由暴雨强度公式与芝加哥雨型公式推求得到的不同重现期设计暴雨,模拟低影响开发(LID)措施实施前后桥区的积水情况,从积水开始时间、积水持续时间以及积水深度3个方面分析了LID措施的洪涝防控效果。结果表明:LID措施对下凹式立交桥区内涝具有一定的防控作用,但随着暴雨重现期的显著增加,LID措施的洪涝防控效果明显减弱。研究成果可为海绵城市建设提供参考。     

基于GIS与SWMM耦合的城市暴雨洪水淹没分析

针对暴雨导致的城市内涝问题,采用GIS与SWMM耦合的城市暴雨洪水淹没分析计算方法,对郑州市暴雨内涝淹没范围和淹水深度进行了模拟分析,对组成排水系统的排水管网、道路和河道水系等进行合理概化,构建了暴雨洪水淹没分析模型,对重现期分别为0.5、1、2、5、10 a设计暴雨情形下的管道节点溢流和积水深度进行了模拟。结果表明:郑州市区总体排涝标准较低,排涝能力严重不足;该模型能直观表现受涝区淹没范围和淹水深度,在城市排水管网规划、雨洪管理和灾后损失评估等方面具有一定的应用价值。     

基于深度学习和椭圆检测的城市道路积水深度监测方法研究

为了解决传统城市内涝监测方式大量耗费人力物力，成本较高，不能满足城市内涝全面快速监测需要的问题，提出一种利用深度学习技术和椭圆检测算法的城市道路积水深度监测方法，通过深度学习模型对不同类型车辆的车轮进行检测和分割，利用椭圆检测算法对淹没车轮的几何特征参数进行提取，从而构建道路积水深度计算模型。通过东营市典型视频监控站点进行验证，结果表明：模型对数据集的平均定位精确率和分割精确率可达到94%以上，在实际积水监测中模型对正侧面和斜侧面车辆均具有较好的积水深度识别效果，近点处的识别结果优于远点，对正侧面车辆的识别结果优于斜侧面车辆。研究成果可为相关研究的进一步开展做铺垫，为城市内涝监测和洪涝灾害应急管理提供技术支撑。     

基于Green-Ampt和稳渗不同入渗模型下的城市内涝影响数值模拟

为分析Green-Ampt和稳渗两种入渗模型对城市内涝的影响,以陕西省西咸新区沣西新城核心区为研究区域,应用基于水文及水动力方法的城市雨洪过程数值模型模拟城市暴雨致涝过程。以Green-Ampt入渗模型计算产流,模拟研究区内涝积水过程,发现计算数据与实测数据吻合度高,内涝积水点均实现精确的模拟。计算了1a、2a、5a、10a、20a、50a6种不同重现期设计降雨在两种不同入渗模型下的内涝积水总量与总面积的变化,结果表明:城市内涝积水达到峰值时,不同降雨重现期下Green-Ampt入渗下相较于稳渗内涝积水总量分别减少28.41%、26.49%、26.39%、21.04%、17.28%、15.02%,Ⅲ级及以上内涝积水总面积分别减少31.5%、28.6%、28.3%、20.7%、16.3%、12.7%。本研究应用不同入渗模型揭示了内涝积水程度在不同降雨重现期下的变化规律,对更合理地开展数值模型模拟以及城市雨洪管理工作具有重要借鉴意义。     

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。     

城市内涝预警预报系统研发及应用

城市内涝问题具有成因多元、影响面广的特点,是基础性社会问题。分析了城市内涝的成因,提出通过信息化手段提升城市内涝灾害应对能力。构建基于内涝实时物联感知、数据汇聚、数学模型预报、大数据分析、水利数字孪生的城市内涝预警预报系统,并在宁波市进行了应用。通过搭建“天基”监测预警、“落地雨”监测预警、内涝预报预警、内涝成因分析、内涝影响评估等功能模块,实现了城区内涝的精准模拟、风险图的在线绘制以及内涝损失的高效评估,有力支撑了城市暴雨内涝灾害预报预警,提升了城市内涝风险管控能力。     

基于SWMM和SCS法的城市内涝模拟及雨水管网系统评估

针对郑州市高新区城市排水特点,应用暴雨洪水管理模型(stom water management model, SWMM)模型建立城市排水模型,其中下渗模型采用径流曲线数(soil conservation service curve number, SCS-CN)法体现城市下垫面对城市内涝的影响。利用该模型对不同重现期实测降雨条件下的超载管段和积水节点进行模拟分析:根据超载时长将超载管段划分为安全超载管段、积水超载管段和内涝超载管段;根据积水时长将积水节点划分为积水点、内涝点和洪涝点;同时根据不同重现期降雨条件下的管网流量与管网最大充满度,将超载管段分为4种情况。研究结果表明:模型能较好地模拟郑州市高新区城市暴雨内涝情况,但高新区雨水管网系统不能很好地应对郑州市排水规范中的设计重现期暴雨;郑州市高新区排水管网超载管段和积水节点产生原因各有不同,但二者具有紧密的正相关关系,超载管段两端的节点更易产生溢流,由此形成4个明显的易涝区。     

基于SWMM和ICM模型的城市内涝模拟分析

随着城市化的不断推进,极端水文事件如汛期强降雨、迅猛的暴雨导致的快速涝情,以及涝旱交替等现象,其发生频率和强度正迅速增加。本文以北京市某地区为例,在此基础上建立了城市一维雨水管网模型和城市二维地表淹没模型,进而制作城市内涝淹没图。通过分析内涝的影响因素并进行风险评估,深入了解内涝现象。研究结果显示,北京市的排水情况不容乐观,绝大多数排水管段的排水能力在10 a内仅能满足一次。这一状况不仅涉及管段数量,还包括管线长度,超过90%的管段排水能力均未达到10 a一遇的水平,约50%和40%的管段聚焦在1 a一遇和2 a一遇的降雨情景;伴随着降雨重现期的延长,峰值流量出现的时间变化较小。积水的起始时间和积水持续时间的演变趋势基本相同,在降雨重现期从1 a一遇到3 a一遇时表现出较大的变化,而在3 a一遇到100 a一遇时,变化渐趋稳定;随着降雨重现期的延长,积水深度和积水面积的变化强烈。在重现期为100 a一遇的情况下,积水面积占了总面积的45.22%,而积水深度则高达1.25 m。     

平原城市高度建成区暴雨内涝模拟及防治研究

针对平原城市高度建成区暴雨引发的城市内涝问题,以珠三角城市东莞市为例,基于MIKE FLOOD平台,利用MIKE URBAN、 MIKE 11和MIKE 21构建了城市内涝耦合模型。同时,结合历史暴雨事件提出一种长历时暴雨设计雨型,分析50 a一遇设计降雨重现期下东莞市中心城区暴雨内涝过程和积水特征,提出改善“大排水系统”排水能力的内涝治理措施并评估其实施效果。结果表明：东莞市中心城区内涝的主要原因为河道水流顶托及道路排水不畅,河道拓宽整治结合道路竖向调整可使管网溢流程度降低45%,内涝淹没面积减小73%。提高研究区内河、道路排水通道等“大排水系统”的排水能力对改善研究区域的内涝现状效果显著。研究成果可为平原城市高度建成区的内涝治理提供技术支撑。