防洪排涝排水一体化模型在洪水风险图编制中的应用

随着城市洪涝灾害频繁发生,编制洪水风险图已成为当前国内外城市防洪减灾工作中重要内容,它可反映区域洪涝成因、量级、特性、危及对象及应急对策等风险信息分布特征。采用水力学方法构建水力学模型模拟研究区域洪水演进情况是洪水风险图编制常用的方法,通过构建考虑河道、城市地下管网、排水系统设施、阻水建筑物、水利工程及调度的防洪排涝排水一体化模型,将城市防洪排涝与排水有机结合,并兼顾流域与区域风险,通过历史降雨对模型进行校核验证,保证模型的可靠性。模拟计算了景德镇市城区因超标准洪水导致防洪墙溃决或城市暴雨可能发生的受淹和积水情况,并根据计算结果绘制洪水风险图,对景德镇市预防外围洪水、降低城市内涝洪水影响及土地利用和城市发展规划等提供决策依据和技术支持。     

城市雨洪径流模型研究概述

近年来,我国城市化进程加快,城市遭遇极端暴雨引发严重内涝灾害呈现加剧态势。欧美等发达国家很早就通过建立数学模拟模型,研究城市雨洪产汇流和径流排泄过程,评估区域淹没损失风险,并进行城市排水管网设计优化和内涝预警预报等工作。通过综合国内外城市雨洪径流模型研究文献和应用实例,归纳模型概念,结构和分类,对比分析典型模型特点和应用,得到模型不足和应用局限性,尝试给出解决思路,并指出模型发展具有多技术融合和模块化商业化的趋势,对于借鉴和指导模型应用有重要意义。     

城市内涝灾害居民出行困难度评价

城市内涝灾害给城市居民生命、财产安全造成了严重威胁。以长春市南关区为例,以二维非定恒定流为基本骨架,以不规则网格概化地形,用一维非恒定流描述排水管网,建立了城市暴雨内涝数值模型。该模型包含产流模型、汇流模型、排水模型及内涝模型。以30 a,50 a,100 a一遇的暴雨情景,对居民出行困难度进行了评价。验证结果表明,构建模型与实例结果吻合度较高。所得结果可为相关部门采取应急措施缓解内涝导致的交通堵塞提供参考。     

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MIKE URBAN的西安市中心城区雨洪过程模拟

城市排水管网的分布与建设是城市基础设施建设的重要组成部分,城市的排水能力关系到城市服务功能的正常运转。通过城市雨洪过程的分析,可以评价城市洪涝灾害。以西安市中心城区为研究对象,利用MIKE URBAN构建排水管网模型,根据模拟结果对研究区管网排水能力进行评估,分析易涝成因。结果表明:MIKE URBAN能够较好地模拟城市管网水位、流量变化及易涝点的分布情况。根据西安市暴雨强度公式,设计不同重现期(1、2、3、5a)的降雨过程,在1a降雨过程下,研究区90%以上管道处于满流状态,60%以上的检查井发生溢流,满流管段数和溢流井个数会随着降雨频率的增加而增加,但增幅相对减少;管道设计标准普遍偏低、下垫面不透水率增大、地形等因素是导致地面积水的主要原因。研究成果可为城市内涝防治及海绵城市建设提供理论基础和技术支撑。     

基于城市雨洪模型的市政排水与水利排涝标准衔接研究

针对目前存在的市政排水与水利排涝两个标准的衔接仍无规范统一方法的问题,以广州市东濠涌流域为研究区域,采用城市综合流域排水模型Info Works ICM建立东濠涌流域管道、河道及地面二维耦合模型,分析计算市政排水1年一遇与水利排涝5年一遇以及市政排水1年一遇与水利排涝10年一遇两种情况下的标准衔接关系,为城市排水防涝规划设计提供技术支撑。结果表明:1年一遇市政排水标准与10年一遇水利排涝标准的组合能够满足流域涝水顺利排除的要求,但管道排水口底高程距河底高程的距离过短也会对管道的水位顶托产生一定影响,故建议城市排水管网的规划建设应至少保证排水口底高程高于河道底高程0.5 m以上。     

中小城市排水系统排水能力和内涝特性分析——以涡阳县为例

随着城市化进程的加快,城区不透水面积逐渐增加,大多数中小城市的排水管网建设标准相对滞后,中小城市面临严重的内涝风险,研究城区产汇流特性对于城市内涝防治具有十分重要的意义。本文以涡阳县南城区为研究对象,首先利用临近地区水文资料、高精度的遥感影像和DEM共享数据,借助ArcGIS平台和SWMM开源软件,通过综合径流系数法对模型进行率定,并从综合径流系数、降雨径流产汇流关系和实测降雨产生的积水深度对模型进行验证,分析研究区典型暴雨下的管网满管和积水情况,评估排水系统的排水能力和城区的内涝风险。然后,对内涝严重区域进行有针对性的内涝分析,并分析低影响开发措施对城区内涝的影响。结果表明:(1)排水系统在暴雨降雨重现期0.5a及以下,基本可以满足排涝要求;排水系统在暴雨降雨重现期1a及以上,均不能满足排涝要求。(2)低影响措施对城区内涝有很好的缓解作用。该研究方法可为资料缺乏地区,尤其是中小城市内涝分析和防洪减灾提供参考。     

城市雨洪综合模拟方法及应用

为综合模拟城市雨洪和分析其对区域内涝的影响,在Open MI异构模型集成平台上动态耦合河网水文水动力模型和城市排水管网水力模型,以上海14个水利分片之一的淀北片为例,建立了淀北片雨洪耦合模型,并应用此模型分析了不同雨潮组合对淀北片区域内涝的影响。淀北片雨洪综合模拟计算结果表明,雨洪综合模拟较真实地反映了感潮河网城市地区的内涝情况,可为城市防洪除涝工作提供参考。     

城市内涝预警系统的建设思路

为了解决韶关市城市内涝问题，韶关水文分局开始研究建立城市内涝预警预报系统。通过实地勘测，历史资料调查。并根据城市产流机制及地表径流形成过程，介绍了城市内涝预警系统的建设思路。对城市防洪以及排水系统设计有一定的参考价值。     

基于“内涝点”的城市防洪排涝模式研究

为探究新的城市防洪排涝理念及防洪排涝模式,基于前人积水计算模型研究及城市洪涝灾害特点分析,在对"内涝点"重点治理的城市防洪排涝理念的基础上,建立基于"内涝点"的城市防洪排涝模式。以太原理工大学迎西校区为试验区域,以太原市某次典型降雨为算例,对所建积水计算模型进行验算。结果表明:使用模型计算得到的"内涝点"积水深度和积水历时均与实测资料符合,由此验证了模型的合理性。     

基于多类模型耦合的城市洪水风险 分析技术研究

基于城市洪水的特点,提出了简化的城市排水模型,并与SCS水文模型和二维浅水动力模型相耦合,建立了城市洪水风险分析模型。该模型能够模拟城市外洪、内涝或二者的组合,并以蚌埠市为例,开展示范研究,计算结果与实际情况相符,证明了模型的适用性.     

区域降雨径流水质特性及控制对策探讨

探讨了降雨径流对城市内涝和区域水环境的影响,分析了径流污染和洪涝灾害的原因,提出了降雨径流污染控制措施。分别从控源截污、暴雨径流污染控制、海绵城市建设、防洪排涝体系建设和完善管理措施等方面,探讨了降雨径流污染控制对策,为区域洪灾预防和水环境治理提供科学依据。     

城市雨洪排涝计算模型研究

城市街道积水回流对地下管网排水影响显著,为了反映地表回流的影响,提出了包含街道和管道的双层排水结构模型,通过虚拟连接通道进行地表和地下排水系统的水量交换,并推导了通道过流量的计算方法,实现了街道积水回流的模拟,建立了完整的城市雨洪排涝计算模型。利用典型案例对模型计算进行验证,结果表明:该模型可模拟街面积水和过流过程,在发生街道漫流的情况下,计算结果合理,较传统模拟方法更贴近实际。     

基于TELEMAC-2D和SWMM模型的城市内涝数值模拟

以广州长湴地区为例,基于SWMM和TELEMAC-2D模型构建一种新的耦合模型TSWM,通过历史暴雨事件验证、模型对比等方式评估了TSWM模型的适用性和可靠性,并对不同重现期暴雨开展了数值模拟.结果表明:TSWM模型能较准确地模拟研究区的内涝情况,可实现城市内涝精细化模拟;与基于SWMM和LISFLOOD-FP、WCA...     

基于海绵城市理念的屋面雨水源头调控技术探讨

为加大城市径流雨水源头减排的刚性约束、减轻城市排水系统压力和增强城市防涝能力,基于海绵城市倡导的雨水就地积存、渗透等理念,本文针对屋面雨水位置水头大、集水效率高的特点,提出利用滑轮组原理对重力流雨水过程自动弃流与收集、利用多种传感器技术以及单片机原理对雨水智能洁净收集与涵养地下水等屋面雨水源头调控技术,通过分析雨水收集过程和涵养地下水过程,论证了调控技术的可行性。同时,分析了利用绿色屋顶系统滞留雨水技术,并归纳出绿色屋顶的施工工艺流程。屋面雨水源头减排与调控方法研究为指导海绵城市建设、提高城市防涝和防灾减灾能力提供技术支撑。     

基于SWMM的高速公路服务区排水系统优化研究

高速公路服务区是为驾乘人员提供休息、加油和维修等服务的场所,对防洪排涝有较高的要求。为了快速分析和解决服务区地表积水问题,首先采用传统单排水系统SWMM模型对某服务区重现期为2,5,20 a的暴雨进行模拟,分析其地下管网排水状况;然后在传统模型基础上利用双排水系统理论完善模型,进而分析出其地表积水情况;最后针对服务区积水情况,采用低影响开发(LID)措施和管径修改对排水系统进行优化。模拟结果表明:对于重现期为5 a的暴雨,存在部分管道超载,无地表积水;对于重现期为20 a的暴雨,服务区多处地表积水,最大积水深度为30 cm;通过优化措施后,服务区可基本解决排水问题。研究结果可为服务区分析和解决积水问题提供技术参考。     

排水体系建设对城市洪涝灾害的影响

地下管网、水系等是城市重要的排水体系,直接决定着城市的洪涝安全。以武汉市光谷中心城为研究区域,采用一、二维耦合的水动力数学模型,进行了不同排水体系组合条件下的多方案城市雨洪模拟,量化分析了地下管网、规划水系建设对城市洪涝灾害的消减效果。结果表明:光谷中心城现状未形成成熟排水体系时,其内涝范围、淹没面积及受灾损失均最大,规划排水体系建设后,区域洪涝淹没面积和受灾损失消减率分别达56.58%,63.74%。由于作用范围及作用方式不同,单独建设水系对区域排涝的作用低于单独建设地下管网的作用。对不同土地利用类型比较,住宅用地减灾效果对城市排水体系的建设最为敏感。当下游湖泊水位较高时,湖泊对水系存在顶托作用,其对区域洪涝灾害影响的程度与河道纵向比降、河堤高程,以及地下管网和河道的连接状况有关。     

Influence of Time Step Synchronization on Urban Rainfall-Runoff Simulation in a Hybrid CPU/GPU 1D-2D Coupled Model

The 1D sewer - 2D surface coupled hydrodynamic model has increasingly become an essential tool for simulating and predicting the flood process and is widely used in the study of urban rainfall-runoff simulation. The current method of using the smaller time step of the sub model in the coupled model as the synchronization time greatly limits the computational efficiency, especially in the case of the large data amount or models executed in different platforms and in various types of codes. To evaluate the impact of time synchronization on the rainfall-runoff process in a coupled hydrodynamic model, a new model that couples the 2D GPU accelerated shallow water model and the 1D SWMM is applied to two urban catchments to simulate the rainfall-runoff-drainage processes, the fixed time step (5 s, 10 s, 30 s, 60 s, 120 s, 180 s and 300 s) is adopted to ensure the calculation efficiency and precision of the model. The results show that the time computational efficiency can be improved by 7.27%–27.37% in different scenarios compared with the method applying 2D model time step as the synchronization time; the surface runoff process is hardly affected as the synchronization time changes; and the relative error of the drainage process is less than 2.5% when the synchronization time is less than 60 s. Therefore, the fixed synchronization time method is recommended in the 1D-2D coupled model to improve the computational efficiency for flood and inundation simulation. Based on the advantage that the fixed synchronization time is easy to realize in the programming of the model and the high efficiency of the fixed synchronization time method concluded above, this work is expected to provide a reference for model coupling applications.

     

旱涝急转形成机理及城市防涝减灾体系研究进展

对旱涝急转灾害形成机理和城市防涝减灾措施等国内外研究成果进行了总结。在旱涝急转灾害形成机理方面,普遍认为旱涝急转与大气环流、太阳磁场磁性指数、季风和副热带高压有紧密的联系;在城市涝灾机理方面,目前对城市产流-汇流机制和数学模拟、城市下垫面条件改变对降雨径流过程的影响有了重大研究成果,为进一步研究城市旱涝形成机理与减灾方法奠定了坚实的基础。但截止到目前为止,针对旱涝急转机理的研究尚不够深入,对旱涝急转的成因和作用机制还没有令人信服的解释,此外目前的研究成果大多针对单一城市进行研究,对旱涝的季节性变化关注较少。今后的研究重点主要有以下3点:一是总结归纳旱涝急转发生和演变的规律,揭示"旱涝急转"形成的机理;二是研究旱涝急转对城市排涝标准和防灾减灾体系建设的影响;三是研究建立城市产汇流模型与流域水文水动力学过程相耦合的城市内涝模型等。     

基于SWMM模型的沿海城市内涝模拟研究

沿海地区台风过境时的短历时强降雨可迅速形成地表径流,易导致城市内涝,造成严重的经济损失和人员伤亡。为缓解该问题,本文以福州晋安河流域为例,构建了基于SWMM管网和地面二维积水的城市内涝模拟模型,以研究该区域城市内涝成因及应对策略。实例研究表明,上游库湖泄水抬高内河水位,下游外江涨潮使内河排水不畅,是形成内涝灾害的主要原因。为此提出库湖闸站联合错峰调度方案,有效防止下游江水倒灌。以苏迪罗台风降雨为例,采用该调度方案可减少管网节点溢流量27.44%,缩小淹没面积29.73%,降低内涝严重区河道最高水位1.02 m,有效缓解地表淹没。本研究成果可为福州城市内涝的科学调度提供技术支撑,同时对其他沿海城市的防洪调度具有参考价值。