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。     

人类活动影响下的城市洪涝风险变化分析——以宁波市鄞州城区为例

文章以宁波鄞州城区为研究对象,研究人类活动对城市洪涝风险的影响。从城市建设活动引起下垫面变化和防洪排涝工程建设两个角度着手,采用河网水动力学模型,模拟不同设计暴雨标准下的城区洪涝情势,系统分析一系列防洪排涝工程建设整治前后研究区洪涝风险变化情况。结果表明,下垫面变化加大了部分地区的受灾可能,但防洪排涝工程发挥了更为积极的影响,明显降低了城区洪涝风险。     

基于中长期降雨预测的北京市城区洪涝风险分析

受城市雨岛、热岛效应影响,北京城区极端降雨持续增多,城区流域遭受河道洪水、区域内涝双重考验,防御难度极高。以杨洼闸以上北运河流域为研究对象,基于气象、水文中长期降雨预测结果,结合历史典型暴雨洪水变化规律及可能性,基于底线思维开展洪涝情景构建与模拟,量化了暴雨洪涝风险。研究结果表明:2021年汛期降雨比气象常年同期略偏多,属正常偏旱年份,北京城区下垫面不透水面积比例大,导致降雨洪峰高度相关,因此发生极端暴雨时,城区积水频发。从最不利情景考虑,预计北关闸上洪峰将超过20年一遇,城区六环内可能出现149处积水内涝点。应加强北运河预泄、控泄及错峰调度措施,并在北京城区东部、东南部严重积水点和北部连片积水点提前布控抢险单元,研究结果可为2021年城市洪涝灾害防御提供借鉴。     

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。     

平原感潮河网区域城市洪涝分析模型研究

为开展平原感潮河网区域城市的洪涝分析,综合考虑了该类型区域河流密度大、具有城市的特殊下垫面以及市政排水对洪涝的影响等特点。以城市主干河流、堤防等交汇包围的区域为单元提出了河网排涝单元模型,以排水分区为单元按照其排水能力建立了排水概化模型,并与模拟主干河道和道路、模拟地面的洪水演进模型耦合,建立了平原感潮河网区域城市洪涝分析模型。以上海市浦西防洪保护区为例,开展了上游河道洪水、风暴潮及区域降雨和防洪工程调度综合影响下的洪涝分析。结果表明,黄浦公园等站潮(水)位过程与实测基本一致,苏州河、淀浦河、西大盈港等河流发生漫溢,与实际情况基本相符。研究成果对平原河网地区城市洪涝模拟具有参考价值。     

浙江永康市棠溪流域洪涝风险分析

基于新安江模型和环境流体动力学模型（Environmental Fluid Dynamics Code,EFDC）构建山区城镇耦合洪涝模型,对浙江永康市棠溪流域洪涝问题进行分析,包括河道防洪能力评估、村落洪涝风险分析,以及洪涝村落降雨阈值分析。结果表明,棠溪流域干流防洪能力不足,部分河道较窄且过流能力不足,暴雨后易发生河道溢流,溢流洪水会淹没沿河附近房屋和农田形成洪涝灾害。其中,上弄口村河段防洪能力不足5年一遇,尚黄桥村和包坑村河段防洪能力不足10年一遇,当3 h降雨量达60 mm时,上弄口村为高风险村落,当3 h降雨量达100 mm时,尚黄桥村和包坑村为高风险村落,将这3个村落附近河道防洪标准提升至10年一遇可大大减少棠溪流域城镇的洪涝危害。     

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。     

北京市城市防洪预警与风险管理技术

<正>城市洪涝灾害预警与风险管理是国际上应对城市防洪安全管理研究的重点。该研究综合了城市河道、水利工程调度及流域下垫面和地形特征,系统构建城市水循环全过程模拟和洪涝分析体系,并将     

城市洪涝模型及CPU-GPU异构并行计算技术研究进展

在全球气候变暖和城市化背景下，城市洪涝问题日益严峻。为尽可能减少城市洪涝灾害造成的损失，提高城市对突发性强降雨事件的应急处理水平，开展城市洪涝数值模拟技术研究具有十分重要的意义。本文从城市洪涝精细化和高效模拟角度出发，综述了城市洪涝模型、CPU-GPU异构并行计算的研究进展，系统总结了产汇流模型、一维河道/管网模型、二维地表模型、耦合模型、快速城市洪涝模型的构建方法和CPU-GPU异构并行计算的关键技术。针对当前城市洪涝模型研究中的不足之处，需要开展城市洪涝过程全物理机制模拟研究，深入分析全水动力城市洪涝模型的适用性、模拟精度和计算效率；还需基于异构并行计算技术，实现城市洪涝模型一维河道/管网、二维地表淹没的快速模拟，为城市暴雨洪涝精细化与高效模拟奠定基础。     

长江三角洲地区城市化的水文效应研究

长江三角洲地区是我国经济最为发达、城市化程度最高的地区之一.城市化的快速发展,有力促进了该地区经济发展.但近年来随着城市化的快速推进,流域不透水面积迅速增加、众多湖泊河网衰退消亡,由此引发的河流水质恶化、洪涝干旱灾害加剧等一系列水文、水资源与水环境问题,已严重威胁到人类的生存环境,并影响经济的可持续发展.为此本文选择该地区内一些典型区域,基于长系列降雨径流资料,以遥感和GIS作支持,通过模拟计算与综合分析,围绕城市化对城市降雨与径流的长期影响、对城市暴雨洪水的影响,以及对河网水系与水环境的影响等方面,重点探讨城市化发展为特征的流域下垫面变化对流域水循环以及水文过程的影响,寻求城市化发展条件下的水文变化规律,以便对该地区城市化水文效应作一个较全面的分析,并为当地的防洪减灾、水环境保护以及水资源持续利用提供技术支持.     

基于SWMM的城市防洪排水体系能效评估探析

为客观评估城市防涝排水体系能效水平,以有效降低城区洪涝灾害发生概率,本文在阐明SWMM模型基础上,探索构建城市防涝排水评估体系,探索模拟分析不同暴雨重现期的防洪排水水平,揭示不同暴雨重现期下容易积水区域、积水时间、积水深度、积水面积以及管网承载力,提出了缓解城区涝灾举措,研究可为城区防涝减灾工作提供有益借鉴。     

下垫面变化对城市内涝的影响

采用美国农业部提出的SCS水文模型计算产流、二维非恒定流公式计算汇流、概化排水管网计算排水,构建了城市洪涝灾害积水模型。以蚌埠市为例,通过分析2006年与2014年的土壤及下垫面资料,确定产流关键参数,计算20年重现期降雨条件下的城市积水情况,对比分析了下垫面变化对内涝灾害的影响。     

分区层化立体多重天津城市暴雨内涝模型研究

该文以城市下垫面空间差异性分区为重点,重新构建天津城市暴雨内涝模型,以城市地表与明渠河道水流运动为主要模拟对象,基本控制方程以平面二维非恒定流的基本方程为骨架,将河网、路网、管网和社区的计算网格分层划分,形成相对独立的河网、路网、管网和社区的计算模拟体系,形成分区分层和立体多重的模型计算模式。针对2018年7月24日台风"安比"降雨过程造成的天津城区内涝灾害,结合自动积水监测数据,对模型模拟结果进行验证,结果表明,内涝模型模拟的积水监测点最大积水深度与实况积水深度平均绝对误差小于0.1m,模拟积水过程与实况积水过程变化趋势基本一致,一致指数达到77%,模型具有一定的模拟精度。     

江苏无锡市中心城区河网最高水位分析

对无锡市中心城区运东大包围河网15条骨干河道进行概化,建立了无锡市中心城区河网区一维水动力数学模型,并采用实测水位资料对模型参数进行了率定和验证。根据20年一遇典型降雨条件计算产汇流过程,采用所建立的数学模型,在枢纽泵站抽水、管网自排区、圩区和排水片同时启用时对大包围调度方案进行了研究。河网水位过程计算结果表明,大包围内河道水位西低东高,水面比降较大;中心城区河网中心区水位较高,各泵站前水位较低,部分河道断面过流能力不足;最高水位出现时间一般处于最大降雨量时段的最后10min内;中心城区一维河网模型可以为防汛指挥部门提高中心城区大包围控制工程的运行效率以及防洪排涝联合调度方案优化提供建议和技术支持。     

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。     

降雨移动对河道洪峰影响研究——以深圳为例

全球气候变化和快速城镇化加剧了城市降雨过程的不稳定性,进而影响城市河道洪水过程,加剧了城市洪涝防治难度。本文以深圳市河湾片区为研究区,利用数值模拟方法研究了降雨移动方向对城市河道洪峰的影响。基于雨强和移动方向的不同组合构建了 1300 个降雨方案,并利用城市洪涝模型分别模拟了各降雨方案条件下的河道洪水过程,从模拟结果中提取河道断面的洪峰流量以构建评价指标,在全区、河道、断面等不同尺度进行了统计和对比分析。结果表明：随着雨强增加,降雨移动方向对河道洪峰的影响会减小;河道下游断面受影响程度明显高于上游断面;单个断面的洪峰受影响程度与降雨过程的移动方向呈现出较强相关性。研究结果可为城市洪涝防治和洪水风险评估提供参考。     

基于SWMM的城市河网情景调控与分析研究

【目的】城市河网调控与分析是防治城市洪涝灾害与水环境恶化问题的重要非工程措施,对不同情景对城市河网进行调控与分析是很有必要的。针对淮安市淮安区洪涝频发与河网水动力不足的问题。【方法】基于SWMM建立了淮安区某片区城市水文模型、一维河网水动力模型,并进行耦合,并以2021年6月17日实测降雨及河道水位数据对模型参数进行了校验,设计并模拟了3种晴天工况和3种雨天工况。构建城市河网水文水动力耦合模型,结合城市河网调控手段,设计并模拟多种工况,对河网流速及水位超警历时进行量化计算与空间分析。【结果】结果显示：模拟模型纳什效率系数为0.79;3种晴天工况调控下,全区河网流速分别达到0.413 m/s、0.509 m/s和0.576 m/s; 3种雨天工况调控下,河网关键断面水位平均超警历时分别为88 min、68 min、51 min。【结论】结果表明：晴天工况调控下,工况3较工况1全区河网流速总共增加了0.163 m/s,河网水动力条件得到明显改善;雨天工况调控下,3种雨天工况河网关键断面水位平均超警历时较无调控工况分别减少13.72%、33.33%和50.00%,总体下降50%,河道在暴雨前...     

NAM水文模型在福州江北城区洪水风险模拟分析中的应用

福州城区河网水系纵横交错,受台风暴雨、洪潮水位顶托等因素影响,洪涝灾害频发,洪涝水治理难度大。研究不同降雨量级下的洪水淹没范围对城市防洪防涝具有重要意义,可为防洪排涝工程建设和城区水系实时调度提供依据。该文采用NAM水文模型,根据福州市赤桥水文站实测降雨洪水过程进行率定分析,将产汇流模型、河网一维水动力模型、二维地面漫流模型进行耦合,模拟2015年"苏迪罗"台风和2016年"鲇鱼"台风福州江北城区内涝范围,结果表明,模拟范围基本与实际调查范围一致,模拟效果较好。     

耦合市政排水管网的城区河道洪水过程模拟

文章以滕州高铁新区小洪河为例,在对规划管网、河道、地形分析的基础上,构建了耦合城区内部河道与市政排水管网的水力模型,分析了目标降雨条件下城区河道的洪水过程。耦合城市管网与河道的水力模型能够反映管网汇流对河道流量的影响,也能体现河道水位对管网出流的顶托,能真实的模拟出市政排水管网与河道组合的城市排水过程,为城市排水系统的精细化设计提供依据。     

完善北京市防洪排涝体系关键问题研究

通过分析北京市历史及近期降雨、洪涝灾害特点,针对现状防洪排涝体系存在的薄弱环节,提出了完善北京市防洪排涝体系的三个关键问题:确定建设的总体思路、调整完善主要流域防洪排涝格局、明确防护对象及防洪排涝工程标准体系。结合"海绵城市"建设理念,确定北京市防洪排涝总体思路为"流域控制、分区防守、洪涝兼治、化害为利";按照京津冀协同发展要求,根据流域发展情况,调整永定河、北运河两大重要流域的防洪排涝系统格局;针对中心城、副中心等重要保护区域,对主要干流河道防洪标准体系进一步调整、细化和完善。