济南市历下区立交桥区域暴雨内涝积水模拟

城市下凹式立交桥因其桥下路面常低于周边区域地形,极易形成城市区域的"人为滞水点",在遭遇降雨时频繁发生内涝积水灾害,对城市交通、行人和车辆的安全构成了严重的危害。因此,有效模拟城市立交桥区域的暴雨洪水淹没程度,对城市防洪减灾和交通应急管理具有重要的现实意义,同时可以为解决城市内涝问题提供重要的科技支撑。以济南市历下区立交桥为例,采用Mike Urban模型和Mike21FM模型,依据研究区域数字高程数据,2007年7月18日黄台桥雨量站实测3h降雨数据以及不同重现期的设计降雨过程,对立交桥区域的暴雨积水程度进行模拟计算与分析。研究结果表明,2007年"7·18"暴雨发生时,济南市历下区立交桥桥下最低洼区域积水深度可达近1.95m左右,其积水深度高于济南市100年一遇暴雨的积水深度。     

城市暴雨内涝数值模型几个关键技术问题

本文对于当前城市暴雨内涝数值模型的几个关键技术问题进行了一定的探讨，并在浦东新区暴雨内涝的100、200、500年洪水风险图的绘制中使用了几个关键问题的解决方法，得到比较满意的结果。     

北京市城市暴雨内涝原因分析和对策建议

从城市内涝防治规划视角对北京市中心城区2012年“7·21”暴雨积水事件进行反思。基于现状分析,从规划理念、建设实施和运行管理三方面总结城市内涝积水原因,提出完善城市内涝防治标准、加快设施提标改造、加强雨水控制与利用、提高规划设计技术水平、促进法规和管理体系建设等若干对策建议。     

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。     

不同暴雨情景下的城市内涝响应特征分析

针对近年来频发的城市暴雨内涝灾害问题,以广州长湴地区为例,构建了基于SWMM和LISFLOOD-FP的内涝耦合模型,结合历史暴雨事件提出一种新的短历时暴雨过程设计方法,在此基础上设计了114种暴雨情景,探讨了不同暴雨雨型和集中度条件下的城市内涝响应特征。结果表明：单峰雨型下的溢流和淹没情况比双峰和均匀型要高;在单峰雨型中,峰后型暴雨的溢流峰值最高,峰中和峰后型暴雨的溢流总量较大,峰后型暴雨导致的整体淹没情况较严重;重现期小于50 a时芝加哥型(r=0.7)暴雨导致的淹没情况最严重,而重现期大于50 a时单峰Ⅱ型(峰后型)暴雨的淹没情况最严重;重现期为100 a时单峰Ⅱ型的淹没范围及水深比芝加哥型(r=0.7)暴雨分别高8%和64%;暴雨集中度每上升一个等级,溢流及淹没情况明显加重;目前常用的芝加哥雨型在一定情况下存在低估内涝的风险,建议在内涝分析时进一步考虑更危险的雨型以及暴雨的集中度。     

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。     

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。     

城市暴雨内涝灾害脆弱性研究综述

针对传统脆弱性研究存在的概念和研究框架缺乏共识、空间尺度精细化不足以及耦合自然-社会经济要素的动态模拟薄弱等局限性,梳理了城市暴雨内涝灾害脆弱性认知、测度方法、时空模拟3个维度的研究现状和发展趋势。未来要不断完善城市暴雨内涝脆弱性的理论体系,加强大数据驱动下的内涝脆弱性定量测度方法和人类行为对脆弱性的适应性调控研究,实现城市暴雨内涝灾害脆弱性的多尺度、精细化动态模拟,满足城市防灾减灾和可持续发展建设的需求。     

基于GIS和SWMM模型的城市暴雨积水模拟

以海口市海甸岛片区为研究区域,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,构建了该片区排水管网水力模型,提出了基于GIS和SWMM的暴雨积水计算方法,采用3场实测暴雨进行模拟分析,所得内涝淹没位置与实际调研情况基本相符,表明本文所提出的方法具有良好的精度和可靠性;分别对重现期为1、2、5、10、20a设计暴雨情形下的管道节点溢流和积水深度进行模拟。结果表明:该模型较好地评估了该片区排水管网排水能力;另外对比了实测暴雨和设计暴雨的积水模拟结果,表明暴雨雨型对模拟结果有重要影响。     

基于两种建模方式的嵌套式城市雨洪模型研究与应用

全球气候变化和快速城镇化打破了城市水循环平衡,造成近些年来我国城市暴雨洪涝事件频繁发生。城市暴雨洪涝(雨洪)模型是应对城市洪涝事件的重要技术保障。然而,对于城市暴雨洪涝模拟,模拟精度和计算效率往往是一对矛盾体。本文总结了目前两种应用比较广泛的建模方式,即基于部分物理机制的水文单向驱动水动力模拟方式和基于完整物理机制的全过程双向耦合模拟方式。在此基础上,为了提高防汛应急处置工作的前瞻性和准确性,本文提出基于上述两种建模方式的嵌套式模拟方法。针对昆明主城区及其局部汇水区的模拟应用研究表明,嵌套式模拟方法在一定程度上缓解了城市雨洪模型在“整体”和“局部”、“精度”和“效率”之间的矛盾,具有较好的实用价值。     

城市排水防涝基础设施应对能力的三个阈值

城市排水管网、沟渠、河湖水系是承纳、转输、调蓄暴雨径流的重要基础设施，在应对城市暴雨内涝中发挥着至关重要的作用。城市排水防涝基础设施受设计标准、运行维护水平、城市下垫面环境变化等多重因素的影响，其自身应对暴雨的能力差异较大。科学量化城市排水防涝设施的应对能力对城市洪涝预报、预警和应急调度十分必要。本文提出了城市排水防涝基础设施应对能力的三个阈值，即：雨水管渠排水能力阈值、内涝防治系统应对能力阈值和应急设施防御上限阈值。这三个阈值通俗讲就是“不积水”阈值、“不内涝”阈值和“不失防”阈值。基于郑州2021年“7·20”特大暴雨灾害的调研结果，对三个阈值的表征指标和确定方法进行了初步探讨。结合文献调研，对北京、东京、深圳等城市对应阈值进行了分析量化，对暴雨量级超过不同阈值标准后的防控策略进行了探讨，提出了城市排水防涝阈值协同提升途径，可为城市极端暴雨的防控提供决策参考。     

LID改造对城市内涝与面源污染的影响

为了探究低影响开发(LID)措施对城市雨水-径流-污染过程的改善效果,以广州市某区域为例,提出了4种LID改造措施(绿色屋顶、生物滞留池、透水铺装、3种LID组合),并构建了SWMM模型来模拟分析5种暴雨重现期下不同LID改造措施的水文水质效应。结果表明：单一LID改造措施下,暴雨重现期较大时透水铺装效果最好,该情景下洪峰削减率、峰现时间延迟和总流量削减率都达到了最大;3种LID组合对总流量削减率最高,为26-12%~34-40%;单一LID改造措施下,透水铺装对COD与NH3-N质量浓度峰值削减和峰现时间延迟效果最佳;3种LID组合对COD和NH3-N总量削减率最高,分别为50-51%~60-83%和53-16%~58-47%。LID改造措施对城市内涝、COD和NH3-N都有不同程度的减轻或削减,其中LID组合改造措施的效果最好。     

晋城市片区洪涝过程响应分析与马路行洪模拟

以晋城市金村区为例,利用SWMM与ICM-2D模型进行多情景洪涝过程模拟,分析降雨雨型与下垫面对晋城市片区内涝的影响;构建双层SWMM模拟马路行洪,分析金村大道和珏山路的淹没特征,并与ICM-2D模型模拟结果进行对比验证。结果表明:随着雨峰系数与降雨重现期的增大,地表洪水总量、淹没范围与水深增大,危险性等级提高;同一降雨重现期下的雨峰与洪峰间的时间间隔随雨峰系数的增大而减小;当52.53%的下垫面转化为不透水面时,同一降雨重现期下的综合径流系数约增加0.5;金村大道市委党校路段与珏山路水西村路段是主要易涝区,淹没面积分别为0.50 hm²和1.31 hm²;双层SWMM在识别易涝点与推求洪水淹没要素方面具有较好的适用性。     

城市暴雨洪涝模拟：原理、模型与展望

在气候变化和人类活动的双重影响下,我国城市洪涝问题日趋严重。在对城市水循环规律深入研究的基础上,开发城市水文水动力模型模拟城市洪涝过程,是弄清城市洪涝致灾机理、减轻洪涝灾害和评估海绵城市减灾效果的重要工具。本文从我国城市洪涝现状和海绵城市建设出发,总结了城市洪涝模拟方法,对水文模型、水动力模型以及二者的耦合机理进行了较为深入的分析,并介绍了目前常用的城市洪涝模拟模型。在此基础上,梳理了当前与城市洪涝模拟相关的热点研究领域,并对其未来发展趋势进行了展望。     

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。     

A two‐dimensional self‐adaptive hydrodynamic scheme for the assessment of the effects of structures on flooding phenomena in river basins

In order to assess the effects of river and floodplain engineering projects on flooding, a new self‐adaptive hydrodynamic scheme for the simulation of two‐dimensional river flows is proposed. The depth‐averaged motion equations are solved numerically using a fractional step method, in which the convective terms are calculated using the inverse characteristics method and the remaining terms with an explicit method based on a finite difference method. The integration is performed on a dynamically self‐adaptive calculus grid, which allows representation of the movable boundary between wetting and drying regions of the basins to follow the effective development, in time and space, of the expansion phenomenon of flood. The proposed procedure allows the grid's dynamic refinement to avoid coordinate transformation or the use of unstructured grids. The proposed method is simple and allows the thickening of the grid to accommodate the flooding phenomena on the floodplain and to calculate the velocity in the domain regions in which a higher space resolution is required. Therefore, flows running through structures such as weirs, gates, bridges or culverts can be simulated. In the paper two different case studies, approached with the proposed self‐adaptive calculation scheme, are discussed. The studies concern the analysis of the effects of structures, such as roads or embankments, on flooding phenomena in the Tiber and Tanaro basins respectively. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

A multivariate econometric approach for domestic water demand modeling: An application to Kathmandu,Nepal

Domestic water use/demand is a complex function of socio-economic characteristics, climatic factors and public water policies and strategies. This study therefore develops a model based on the multivariate econometric approach which considers these parameters to forecast and manage the domestic water use/demand. The model applies statistical tools to select suitable demand function and most relevant explanatory variables that have strong relationship with water use/demand. The model applicability is demonstrated with an example of domestic water use in Kathmandu Valley, Nepal. The results indicate that the number of connections, water pricing, public education level, and average annual rainfall are significant variables of domestic water use/demand. The paper further analyzes the effect of length of data series on accuracy of model results. The developed model is used to forecast the water use/demand in the future in the study area.     

Scenario-based hydrodynamic simulation of adaptive strategies for urban design to improve flood resilience: A case study of the Mingzhu Bay Region,Guangzhou, Greater Bay Area

The Pearl River Delta is a complex ecological-artificial system. The low-elevation landform and land subsidence make the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (GBA) more vulnerable to heavy rainstorms with sea-level rise in the future. Therefore, this study discussed how to optimize the delta-related built environment based on locality via cooperation between urban designers and hydrology researchers so that urban development in the GBA can adapt to water disasters. First, this study proposed three adaptive spatial strategies for urban design to improve flood resilience: (a) adding more sunken space and rearranging the locations of manholes; (b) adding more retention space to the waterway system; and (c) improving foundation elevation for suitable development intensity. With the prediction of sea-level rise and land subsidence, four different scenarios were defined. Second, a coupled 1D/2D hydrodynamic model was built for scenario-based urban inundation simulations. Third, a Python workflow was developed to reveal the water volume exchange, and an ArcMap workflow to realize the impact of inundation. The simulation results show that (a) more sunken space can lower the peak runoff discharges and decrease the runoff coefficient; (b) more retention space can extend the capacity of the urban drainage system and adapt to the rise of sea level; and (c) improving foundation elevation and more sunken green space can direct the surface water to submerge urban land in reasonable order, which can protect the significant infrastructures and development lands. This paper suggests that these adaptive spatial strategies can serve as solutions for resilience development.     

时空变源混合产流模型及其在小流域洪水模拟中的应用——以四川省、甘肃省的4个小流域为例

近年来山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失不断增加,基于GIS和遥感数据的水文模型为山洪预报提供了新的思路。利用DEM和遥感数据提取小流域基础属性并划分地貌水文响应单元,利用垂向混合产流计算产流量,采用包气带非饱和土壤计算下渗,建立垂向上的时空变源混合产流模型。利用时空变源混合产流模型,模拟四川省和甘肃省4个流域多场次洪水过程,通过SCE算法进行参数率定和产流分析。结果表明:模型模拟与实测数据基本吻合,纳什效率系数均超过0.8;四川和甘肃两省小流域受到下垫面信息影响,主导产流成分不同。模型能够提供较为精确的山丘区流域洪水预报。