极端降雨条件下濮阳市马颊河流域水灾害风险研究

近年来,极端降雨事件频发,给城市健康发展带来阻碍,北方平原城市存在降雨量偏少、地势平坦、河流水动力不足等现象,在面对超标准暴雨事件时,存在较大风险。以北方平原城市濮阳市马颊河流域为研究对象,基于MIKE FLOOD平台构建一维河网-二维地表模型相耦合的大尺度洪涝数值模拟模型,利用实测水文数据,对模型关键参数进行本地化处理,对100 a一遇降雨及极端降雨条件下区域洪涝状况进行了研究。研究结果表明,当河流糙率取值0.031、居民用地糙率取值0.08、有植被覆盖的土地糙率取值0.025、空地糙率取值0.028时,模型模拟精度较高。两种暴雨条件下,清丰县城、濮阳市区、濮阳县城受灾情况较为严重。极端降雨条件下,受灾面积、淹没水深、淹没时长均明显增加,受灾规模呈显著扩大趋势,积水深度超过1 m区域面积最大可达315.5 km²,是100 a一遇降雨的6倍。极端降雨条件下,高风险区域面积达100 a一遇降雨的6.26倍,灾害风险严重程度显著上升;遭遇极端降雨时,应提升应急反应速度,加强防御能力,多措并举保障人民生命财产安全。     

基于耦合模型的城市流域洪涝灾害治理研究——以广州某片区为例

城市洪涝灾害已成为影响城市发展的最主要的灾害之一,对其进行研究具有重大的现实意义。以广州某片区为例,基于流域系统整体观构建综合考虑河道、管网和地表的耦合水动力模型,并利用模型分析采取洪涝防治措施前后的效果。结果表明：(1)模拟风险点与静态洪涝风险图的风险点基本一致,表明所构建的耦合模型结果较为合理;(2)现状条件下,研究区遭遇100年一遇暴雨存在较高的洪涝风险,急需采取相应措施减缓该地区洪涝风险;(3)通过实施管网改造和泵站扩建等改造措施,可较好缓解研究区洪涝风险,表明改造方案较为合理。通过对横沙涌河口泵站的改建,有效减缓了横沙涌下游段的内涝情况,表明从流域整体观出发考虑流域洪涝灾害治理更加科学合理。     

高水位条件下密云水库应对极端暴雨的调度模式研究

自南水北调通水以来,密云水库蓄水连年上升,直至2021年突破历史最高水位,蓄水量达到新的历史最高值。水库在高水位条件下运行对应的风险及调度所需的条件也随之发生变化,分析现状高水位条件下流域发生极端暴雨对于水库的安全运行至关重要。基于流域降雨资料,结合2012年“7·21”房山暴雨、2016年“7·20”北京大暴雨、2021年郑州“7·20”特大暴雨、“10·5”山西暴雨等极端降雨过程,模拟水库在典型暴雨下开展洪水预报及水库调度的时间与冗余空间,分析其在现状高水位运行条件下的调度模式,为水库安全调度与管理提供决策支撑。     

常州市主城区暴雨内涝风险分析

为分析和预测常州市暴雨内涝风险,构建常州市主城区水文-水动力-河网-管网耦合的精细化数学模型,以2017年现场原型观测数据对数学模型进行率定和验证,并将2015年洪水模拟情况与实际淹没范围、淹没水深进行对比。验证结果表明:计算水位和实测水位最大绝对误差均小于7 cm,计算水位曲线形状与实测水位序列匹配较好;城区70%的暴雨积水点与实际相符,模型能较好地模拟洪水演进及淹没情况。采用常州市主城区精细化数学模型模拟分析50 a、100 a、200 a一遇最大24 h设计暴雨工况时的洪水淹没情况和管道运行负荷状况,统计各水深等级下的淹没面积并绘制洪水风险图,为常州市城市防洪管理、城市发展规划等提供决策依据和技术支持。     

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。     

苏南运河沿线流域、区域、城市防汛排涝联合调度研究

项目建立了江苏省太湖地区水文-水动力精细化暴雨内涝模型,由降雨径流水文模块、一二维耦合的水力学模块、复杂调度逻辑控制模块组成的河网模型;开发了基于B/S架构设计,包括数据资源层、支撑服务层、业务应用层、应用门户层的太湖地区洪涝联合调度系统;开展了不同降雨量级与不同排涝规模下的洪涝风险分析,并提出了洪涝调度推荐方案.     

基于TELEMAC-2D模型的深圳洪涝风险评估

基于TELEMAC-2D模型构建深圳市深圳河流域洪涝仿真模型,选取两场实测暴雨(20180607和20180916)的内涝淹没资料对模型进行验证,结果表明所构建的模型具有较好的可靠性和精度。采用构建的仿真模型模拟暴雨重现期为50年一遇、雨峰系数为0.4条件下,降雨历时分别为30 min、60 min、90 min和120 min 4种情景下洪涝发生的过程,获取积水深度、积水面积和流速等致灾因子,考虑不同流速和积水深度组合情境下对深圳河流域进行内涝风险评估。结果表明：随着降雨历时的增加,积水深度、积水面积和流速均增大;根据积水深度和流速对深圳河流域进行洪涝风险分区,中高风险区面积随着降雨历时的增加不断增大;中高风险区占流域总面积比例较小,但容易出现人员伤亡和财产损失,当出现中高风险区时,应及时发布信息,积极采取应急减灾措施。     

“预”字为纲 “防”字为本 “实”字为义——北京市水科学技术研究院防灾减灾创新工作室

<正>防灾减灾创新工作室立足解决首都城市“人-水-灾”系统洪涝风险防控难题,建立覆盖四预的技术应用体系。建成覆盖352条山洪沟的实时模拟系统,绘制多暴雨场景山洪灾害淹没风险图,建立渐进式预警响应信息链条,支撑山洪灾害预警预演应用。建成城区精细化洪涝模型,实现排水分区单元的风险动态更新,研发积水智能警示装置推广到5处下凹桥区,支撑积水内涝风险地图社会统一发布。提出密云水库“降雨预报+洪水预报”防洪调度模式。研究成果在“23·7”洪水应对中发挥重要支撑作用,雨前将“63·8”暴雨移置到现状城市,超前研判形势;雨中动态迭代山洪预报;雨后系统诊断山洪致灾原因。编制昌平流村镇防洪专项规划,形成山洪灾后恢复技术指南。     

固原海绵城市内涝削减效果数值模拟

以固原海绵城市建设核心示范区为研究区,采用考虑水文过程的二维水动力城市雨洪模型,通过模拟典型设计降雨过程下的海绵城市建设前后研究区的内涝积水情况,对固原海绵城市内涝削减效果进行分析。结果显示:在2年一遇降雨条件下,研究区内9个重点内涝点得到明显改善,积水量峰值降低59.54%,积水面积峰值降低62.50%;当降雨重现期为30年一遇时,研究区内重点内涝点内涝有所缓解,内涝风险等级降低,积水量峰值降低60.37%,积水面积峰值降低69.88%。     

防洪保护区溃堤洪水模拟分析

为降低堤防溃决造成的重大生命财产损失,基于MIKE软件建立东鱼河南片(苏)防洪保护区一、二维水动力耦合模型,沿复新河堤防设置溃口1和溃口2,模拟复新河遭遇20 a一遇和50 a一遇洪水以及同频率暴雨下单个溃口的溃堤洪水在防洪保护区内的演进。对溃口流量过程、洪水演进图、最大淹没水深图进行分析,结果表明:随着溃堤洪水量级增大,淹没程度提高;同频率来水条件下,位于地势较低处的溃口1产生洪水的风险更大,是防洪的重点。     

基于PCSWMM模型的山体水安全治理研究

根据实际情况,选用SWMM模型建立研究截水沟集水范围内暴雨产汇流模型,并根据模型结果进行截水沟工程优化设计;利用PCSWMM软件计算复核截水沟断面尺寸。经过PCSWMM模型模拟,截水沟30年一遇降雨情况下设计水面线均低于地面高程。     

基于SWMM和InfoWorks ICM的城市街区洪涝模拟与分析

针对我国城市日益突出的洪涝问题,以福州市主城区某街区为例,基于SWMM与InfoWorks ICM构建了城市街区尺度洪涝模拟模型,基于差分进化算法率定SWMM关键参数,并在不同的降雨情景下,模拟了城市街区地表内涝淹没与危险性分布,并对比评估了模拟结果的可靠性。结果表明：基于差分进化算法率定得到的SWMM参数具有较好的效果,两次洪峰的模拟水位和实测水位误差均在1%以内;10 a、20 a、50 a和100 a 4种重现期降雨驱动下,研究区淹没面积分别为3.14 hm²、3.37 hm²、3.61 hm²和3.72 hm²,重现期从10 a到100 a,总淹没面积占比由27.40%上升到32.46%;基于SWMM与ICM耦合的模拟方式在研究区具有较好的适用性。     

基于SWMM模型的香山地区降雨径流过程模拟研究

在对香山地区地形、汇水情况、降雨径流等数据资料进行调查研究的基础上,以香泉环岛汇水区为研究对象,基于SWMM软件平台构建了汇水区降雨径流模型,以2012年7月21日暴雨过程和淹没水深调研资料检验模型基于构建的模型分析1年、5年、10年一遇降雨重现期条件下现状情景和添加低影响开发设施情景的降雨径流过程．量化了3种降雨情景下低影响开发措施对汇水区出口最大淹没水深的削减率分别为52．7％、16．7％、11．1％,模拟结果为区域增加雨水利用和防洪安全提供技术支撑。     

基于耦合水动力模型的广州市东濠涌流域洪涝模拟

东濠涌流域位于广州市中心城区越秀区内,调研分析流域内积水点淹没成因与利用数值模拟方法研究该城市流域洪涝过程并获得一定可靠性和精度的洪涝水情信息,可为相关部门抢险救灾决策提供理论参考和科学依据。根据城市洪涝过程的水文水力学方法原理,以SWMM作为一维模型基础,采用动态链接库文件(DLL)方法耦合二维水动力模型,通过侧向、正向和垂向的连接构建耦合水动力模型,以东濠涌流域为研究区域构建基于耦合水动力模型的东濠涌流域洪涝模型并选用两场实测降雨对模型进行模拟分析。结果表明:模型在一维排水系统的排水能力与二维地表积水的模拟均具有较好的精度和可靠性。该耦合水动力模型在东濠涌流域的应用进一步证明了耦合模型连接算法的合理性和可行性,对城市洪涝模拟分析有较好的应用价值。     

平原河网地区设计暴雨下的洪水计算——以苏州地区为例

对苏州市河网进行了概化,采用Arc GIS的"欧氏分配"等工具进行了集水域和子流域的划分,以MIKE11软件为平台,建立了苏州河网的NAM水文模型和一维水动力模型,率定了水文和水动力参数,实现了水文水动力模型的耦合。计算研究区域200年一遇频率下的设计暴雨量,并推求暴雨过程分配。在此基础上,设置闸站工程的运行方式,对苏州地区200年一遇设计暴雨条件下的洪水演进过程进行模拟预测,并重点分析苏州城市中心区的防洪安全裕度。计算结果表明,在200年一遇设计暴雨条件下,苏州地区闸站工程运行方式设置及其调度原则满足城市中心区的防洪要求。     

基于SWMM模型的南京典型易涝区暴雨内涝模拟

选取南京市易涝区—鼓楼区广州路段为研究区,构建基于SWMM的一维雨洪模型,利用南京市2011年"7·18"暴雨资料,模拟暴雨形成的内涝情况,拟合地表积水量与最大积水深度的函数关系,计算得到易涝区积水开始时间、积水持续时间、最大积水深度,并与南京市100年一遇设计暴雨形成的积水过程进行比较。结果表明:提出的快速推算最大积水深度的方法能够较高精度地实时动态计算研究区"7·18"暴雨形成的积水过程,及时有效支撑防洪除涝应急决策;相较于"7·18"暴雨,100年一遇设计暴雨形成的易涝区最大积水深度更深,积水持续时间更长。     

1D/1D及1D/2D耦合水动力模型构建方法研究

为实现高速率、精细化的洪涝模拟,以丹麦R市A区的排水系统为研究对象,构建和比较基于GIS空域建模技术及SWMM水动力耦合的1D/1D(双一维)排水模型与基于MIKE URBAN的1D/2D(一维管流和二维洪涝)耦合排水模型,对研究区的排水系统进行暴雨洪涝模拟及评估比较。研究两种模型的建模过程、模拟精度及计算效率,描述两种模型的优劣性和适用条件。结果表明:1D/1D排水模型可实现地表淹没的拓展分析,同时确保较高的稳定度和运算速度,且在较低重现期下具有较高的计算精度,适用于大尺度、应急管理且模拟精度要求相对较低的情景; 1D/2D排水模型能实现地表积水的双向流动计算,具有良好的精细度,但其信息处理和计算时间较长,适用于计算环境和模拟精度要求较高的情景。研究结果将为不同情景、不同尺度的洪涝模拟提供科学依据。     

基于SWMM模型的贵安新区暴雨径流过程模拟

以贵州省贵安新区示范区为例,构建暴雨洪涝模型(SWMM),选择SCS径流曲线计算下渗量,比较模型模拟流量与研究区排水口的实测流量,结果表明模拟径流过程与实测径流过程吻合度较好,用于校准和验证的5场降雨径流的模拟误差分析和Nash系数也均符合标准。研究表明,SWMM模型可应用于贵安新区城市洪涝的模拟,可以为该地区海绵城市建设以及雨洪管理措施的实施提供理论依据。     

北京市“63·8”特大暴雨洪涝反演分析

随着全球气候变化加剧,极端天气事件的发生频率和强度都有所增加。为了深入了解极端天气事件对城市的影响,以“63·8”特大暴雨为研究对象,通过详细分析历史洪涝事件,结合当前北京市基础设施和水利工程条件,采用精细化洪涝模型,开展了“63·8”特大暴雨洪涝反演分析,模拟其在当前高度密集的人口和经济社会条件下可能造成的影响,以期为今后水旱灾害防御工作提供有益参考。结果表明：尽管近年来城市防洪排涝能力有所加强,但城市极端强降雨突发性增强,人口与社会经济条件密集程度高,同等降雨条件下社会经济损失会明显增加。提出了一系列的对策建议,包括完善城市防洪体系、治理行洪障碍物、增强公众的洪水防范意识和能力,以及推动传统防洪措施和现代科技结合的研究,以期更好地应对未来可能发生的洪水灾害。     

基于PCSWMM模型的城市内涝风险评估

构建了基于PCSWMM的海甸岛城市雨洪模型,采用3场次实测暴雨(20081013,20101005和20111005)内涝淹没资料对模型进行验证,结果表明所构建模型具有良好的精度和可靠性。以1 a、2 a、5 a、10 a和20 a 5种设计重现期降雨组合同频率设计潮位进行模拟计算,对海甸岛现状排水能力进行评估,结果表明,海甸岛84.8%管网排水能力低于1年一遇。以5 a、10 a、20 a、50 a降雨组合对应潮位对海甸岛进行内涝风险评估,得到了海甸岛4种不同重现期暴雨的内涝风险等级划分状况。