城市洪涝模拟应用场景及相应技术策略

城市洪涝模拟是当前国内外城市防洪减灾领域研究的热点。现有城市洪涝模拟方面的评述, 主要依据城市洪涝过程或模拟计算方法进行分类讨论, 缺乏基于应用需求的视角。随着应用需求日益深入, 城市洪涝模拟应用场景日趋多样化和复杂化, 不同模拟应用场景下, 所关注的洪涝过程不同, 采用的技术策略及其重点和难点也不同, 脱离模拟应用场景很难辨析这些不同。依据模拟对象和关注变量, 归纳总结出城市洪涝模拟的3种典型应用场景, 即城市外洪模拟、城市雨洪模拟、城市内涝模拟; 针对这3种典型模拟应用场景, 分析相应的城市洪水演进模型、城市雨洪模型、半分布式暴雨内涝模型、全分布式暴雨内涝模型等4类模拟技术策略; 辨析在不同模拟应用场景和技术策略下, 不同模拟技术的组合方式及其特点与难点, 以期从应用需求的角度对城市洪涝模拟技术进行全面的梳理, 为城市洪涝模拟应用和研究提供一个新的视角。     

西北干旱区融雪洪水灾害预报预警技术:进展与展望

针对全球变化背景下极端升温、暴雪和雪面雨等事件增多以及我国西北干旱区融雪洪水灾害风险增大问题,简要概述了干旱区融雪洪水预报预警系统及其关键技术的研究进展,重点阐述了近年来发生频率增加、灾害风险大,但在干旱区未引起重视的雪面雨洪水的研究进展,提出了西北干旱区融雪洪水高精度预报预警所面临的关键科学问题,指出需在揭示干旱区融雪洪水灾害致灾机理、成灾机制及其演化规律基础上,研发干旱区融雪洪水灾害监测预警装置并构建立体监测体系,研究雨雪冰混合洪水形成及演进过程并建立模型,构建洪水风险评估指标体系,建成干旱区融雪洪水智能化预报预警决策支持平台,动态展示流域实时、潜在及未来超标准融雪洪水的淹没范围,评估风险程度,并提出防洪技术和工程方案以及洪水资源化利用途径等应对措施.     

平原区洪涝灾害分析评价与预警研究

平原区内涝灾害分析评价预警研究工作,主要基于洪涝灾害防治区的暴雨特性、流域特征和社会经济情况、历史洪涝灾害情况,分析流域洪涝规律,综合分析评价受影响区域的村落防洪涝现状,评定不同指标下的临界值及洪涝灾害风险等级,划定洪涝灾害危险区,确定雨量预警指标,为建立基层预警体系提供支撑。     

中国城市洪涝问题及成因分析

随着经济社会的发展,中国步入城镇化快速发展的阶段,城镇化率已由2000年的36.22%增加到2014年的54.77%。在全球气候变化与快速城镇化背景下,中国城市洪涝灾害日益严重。阐述了全球气候变化及城镇化对城市降水和极端暴雨的影响机制,并从流域产汇流角度分析了城镇化对洪水过程的影响,系统剖析了中国城市洪涝频发的主要原因。在成因分析的基础上,进一步提出了中国城市洪涝防治的应对策略,主要包括:①以低影响开发理念为指导,加强城市基础设施建设,建设海绵城市;②建立城市洪涝立体监测、预报预警和实时调度系统,强化城市洪涝科学决策能力;③健全和完善城市洪涝应急预案,强化应急管理能力,完善灾害救助和恢复机制。     

超大型城市洪涝演变规律与调度模式分析

随着极端性强降雨的持续高发,超大型城市洪涝灾害防御难度不断增大,给流域防汛调度带来极大考验。以北京北运河流域为例,选取近10年中4场典型暴雨水文监测数据,应用数理统计、知识图谱方法,通过分析降雨移动路径,统计积水致灾阈值,核算降雨产流系数,演算洪水传播时间,对比分析洪涝演变规律与调度模式。分析结果表明,在北京城区各水文站控制流域内不透水比例～径流系数～洪峰模数、最大1 h雨强～洪峰呈现明显正相关关系,洪水速度～涨洪时间成反比例关系;当局地雨强超过30 mm/h,该区域将出现严重内涝。城区分洪和北运河干流洪峰错峰是北京防汛指挥调度的关键。研究成果可为超大型城市洪涝灾害系统化防御提供重要参考。     

自然灾害综合防御技术研究重点确定

“十一五”期间,我国将以地震、暴雨、洪水、崩塌、滑坡、泥石流、风暴潮等重大突发性自然灾害为重点,积极开展自然灾害综合防御技术研究。我国将开发未来极端气候事件和重大气象灾害预测技术,研究未来5年至10年内我国极端天气事件和重大气象灾害的变化规律和形成机理,建立相应的监测预测、预警、影响评价和灾害风险管理系统。     

北京城市洪涝问题与成因分析

利用社会经济统计数据和水文气象资料,探讨城市化背景下北京城市洪涝特征、形成机制及影响因素。近50年来城市内涝逐渐成为北京洪涝灾害的主要类型,随着城市化迅猛发展,城市内涝积水点数量在时间上表现为显著增加趋势,在空间上呈现出由内环逐步向外环扩张趋势,与城市化发展空间格局关系密切。从水循环的角度分析城市洪涝形成机制,指出区域气候变化和城市化发展改变了城市降水格局,汛期降水量和极端降水事件呈现下降趋势,但城区短历时强降水事件呈现增加态势;城市化发展改变了区域下垫面条件、城市流域产汇流特性和城市排水格局,进而影响了区域水循环过程和水量分配,在一定程度上增加了城市洪涝灾害风险;同时城市基础设施建设水平不足、排水排涝标准偏低、应急管理能力不足等因素,导致城市洪涝发生风险增加,降低了城市洪涝综合应对能力。     

极端降水下的城市地表-地下空间洪涝过程模拟

极端降水引起的城市内涝问题日益严峻,大量地表积水甚至衍生出部分地下空间的淹没受灾。针对目前水文水动力模型地下空间研究应用不足的现状,以郑州市某片区2021年“7·20”特大暴雨下的内涝过程为例,构建基于InfoWorks ICM的区域地表-地下空间联合模拟模型,对地下空间采用概化蓄水池法和水力连通法2种方式建模,分析局地内涝的成因、发展和影响。结果表明：地下空间内涝对地表积水的削减作用有限;概化蓄水池法简洁易行,水力连通法详细还原地下淹没过程;累积雨量和强降水时段对地下空间洪涝均有重要影响。地表-地下空间洪涝模拟丰富了城市暴雨洪水预警预报的内容,为防灾减灾提供支撑依据和参考。     

岩溶浸没内涝灾害灾情评估方法探讨

岩溶浸没内涝灾害是岩溶区特有的,并且是一种与人类社会经济密切相关的灾害类型.减轻并控制其所造成的危害和影响,对岩溶区的经济持续发展具有重要的意义.岩溶浸没内涝灾害风险评价是指对灾害全过程的综合分析与研究.评价的目的①对灾害造成的经济损失作出评估;②不断提高人类抗御灾害的认识能力和技术能力.岩溶浸没内涝灾害风险评价方法学是科学方法的跨学科运用,它以岩溶多重介质环境中地表水系为主线,岩溶地下河系为支线.二者相互交叉组成的岩溶地表地下流域网络单元为研究对象,应用地质、地理、数学、物理、化学等多学科的理论与方法,研究由自然和人为因素引起的造成人员伤亡和物质财富损毁的灾害过程,本文将重点对此进行讨论.     

城市泥石流灾害预警问题探讨

随着城市灾害日益加剧,城市安全引起更广泛的关注,加强防御、控制城市泥石流灾害,增强城市综合减灾抗灾能力是泥石流减灾工作的重点。近几十年来,泥石流预警减灾的作用已得到了高度重视,探讨现代预警技术方法目的在于为城市减灾提供可靠的应急防灾对策。指出改进目前城市泥石流监测预警状况可以大大减轻泥石流暴发带来的损失。在分析国内外泥石流预警研究进展的基础上,针对目前存在的问题,提出当前城市泥石流防灾研究中应重视开展预警工作,注重将泥石流预警与形成机制、新技术方法和减灾决策系统等相结合,其中要特别加强城市数字减灾系统、城市防灾预案,以及城市风险管理和损失评估系统的综合研究。     

基于GPU加速技术的非结构流域雨洪数值模型

为高效高精度地模拟流域雨洪过程,应用动力波法求解二维圣维南方程,并耦合水文过程,建立了包含流域降雨产流、汇流、下渗以及洪水演进等过程的高性能流域雨洪数值模型。该模型的优势在于使用非结构网格,可较好地处理不规则边界,准确贴合复杂地形表面,使得模型能精确计算模拟流域雨洪过程,同时引入GPU技术加速计算,使得大尺度流域雨洪计算成为可能。最后,将模型应用于V型经典算例及2个实际流域雨洪算例,所得结果与实测吻合较好,计算所用时间较短,表明该模型可以快速且精确模拟流域雨洪过程。研究结果有助于实现对实际流域雨洪灾害进行合理高效的预测,为应急抢险工作提供有力支撑。     

临潼城区山洪灾害成因和防御措施的探讨

临潼是著名的旅游城市,也是山洪灾害的防治区。通过气象、地质地貌、人类活动及水利工程标准几个因素对临潼城区山洪灾害成因的分析,归纳了山洪灾害的类型。摸清山洪灾害防御现状和存在的问题,研究临潼城区山洪灾害的防御措施。包括：宣传培训、实地演练、制定预案、完善监测预警、通信建设、风险分担机制、政策法规建设、工程措施、工程建设和防灾设施日常管理。通过防御措施分析,规避和减少区域山洪灾害损失。     

简讯(一)

2000年4月8－10日,水利部水文局在无锡市主持召开了水利系统气象工作技术交流会。会议就1998年和1999年长江、松花江、太湖流域暴雨洪水气象服务,水文局雨情气象信息业务系统建设,测雨雷达应用,国家防汛指挥系统及气象应用于系统和黄灌系统、水利工程单位的气象服务,水利系统长期预测系统与历史致洪暴雨项目开发等专题进行了交流。会议希望部水文局加强管理,进一步做好组织协调工作,指导和帮助流域、工程单位的气象服务工作。简讯(一)@董秀颖     

变化环境下城市水文学的发展与挑战——Ⅱ.城市雨洪模拟与管理

全球气候变化和快速城市化改变了城市水循环过程,加剧了城市暴雨洪涝问题。从城市雨洪模型构建的角度,回顾了降雨观测与预报技术、城市雨洪产汇流计算方法以及城市雨洪模型的发展历程,总结了各种技术的特点、适用性和局限性,指出城市雨洪模型在机理认识和数据管理方面的不足,提出了城市雨洪模型的概念性框架与基本流程。从雨洪资源化的角度,介绍了城市雨洪管理基本理念和策略,分析了城市雨洪管理的主要技术方案。阐明了城市雨洪模拟与管理的发展趋势及前景,未来应该强化高精度降雨观测和临近定量降雨预报能力,探索城市化流域的产汇流机理和响应机制,开发有效的城市雨洪模型系统,发展多源信息耦合技术,开展城市雨洪模拟预报及资源化利用研究,实现城市可持续发展以及保障城市水安全。     

基于分布式水文模型的中小河流洪水预报技术

中小河流大多位于资料短缺的山丘区,洪水具有突发性强、汇流时间快、预见期短以及分布广的特点。中小河流洪水预报首要目的和任务是预警预报,预报方式应以自动预报为主,以实现及时预警,最大程度地避免人员伤亡,减轻灾害损失。本文分析了中小河流洪水预报的特点与难点,提出了中小河流洪水预报的思路及实用预报模型与方法,开展了基于分布式水文模型的中小河流洪水预报技术在新安江上游屯溪流域预警预报中的应用研究,以期为当前所开展的全国中小河流洪水预警预报系统建设提供参考。研究表明:分布式水文模型是资料短缺地区中小河流洪水预报的有效方法,基于分布式水文模型的洪水预报技术能够满足中小河流洪水自动预警预报的生产需要。     

洪水影响预报和风险预警理念与业务实践

我国是世界上洪涝灾害频繁而严重的国家之一,洪水预报预警是防汛减灾工作中重要的非工程措施和洪水防御工作的耳目和参谋。从水文行业的视角,回顾了近年来我国洪水预报预警技术与业务进展,分析了当前洪水预报预警工作面临的新形势和新要求,对比国内外同类行业发展查找了存在的差距,阐述了洪水影响预报和风险预警的定义和理念,从顶层对基于影响预报和风险预警的新一代洪水预报预警系统("国家洪水预报预警系统")总体框架进行了研究和设计,一些关键技术成果在大范围洪水早期预警业务实践中得到了探索应用,取得了较好的效果。     

气候变化对洪水灾害影响研究进展

气候变化背景下包括洪水在内的极端天气与气候事件频发已引起国际社会的广泛关注,研究气候变化对洪水灾害的影响既是全面理解气候变化影响的重要内容,也是减轻洪水灾害风险的实际需要。从气象水文和灾害风险两大领域综述了气候变化对洪水灾害影响的研究进展,从反映洪水灾害系统的雨情、水情和灾情角度,全面总结了当前国内外对极端降水、极端径流和洪水损失的变化及归因研究,梳理了研究方法与研究成果方面的主要进展及存在的问题,并探讨了未来的研究方向。指出加强数据积累,完善气候模式与水文模型的耦合,加强承灾体脆弱性及其变化的评估,综合洪水致灾过程与灾情结果的分析,推动气象水文与灾害风险学科领域的交叉研究应成为未来研究的重点。     

浙江省无资料流域洪水预报方法研究

无资料或资料不足是任意流域开展洪水预报面,临的难题和挑战。在浙江全省适用水文预报模型筛选基础上,利用自动寻优技术对浙江省39个代表流域978场暴雨洪水进行逐流域、逐场洪水产、汇流参数率定,并根据参数变幅、敏感性,分别采用均值、等值线空间内插、结合流域特征运用投影寻踪回归分析等方法进行产、汇流参数的地区综合,提出了全省无资料流域洪水预报方法,并经预报模型检验,精度可以满足防洪预警要求。     

基于改进填洼模型的城市洪涝灾害计算方法

城市水文模型广泛应用于城市雨洪管理研究中,但由于它无法直接给出流域的淹没情况,制约了其在城市洪涝灾害评价中的应用,因此,有必要对其进行改进。本研究开发了考虑下游影响的填洼模型,并将其与较为成熟的城市水文模型相耦合,使改进后的模型可以模拟流域的淹没状况,并在北京市天堂河流域进行了试验研究。结果表明:改进后的模型可以快速模拟流域的淹没水深及淹没范围,其淹没水深结果与相关水动力学方法模拟结果较为一致。天堂河流域河道行洪能力低于20年一遇设计标准,流域洪水风险较大的区域集中在天堂河下游区域和田营沟与永北干渠的交汇处。若在下游区域进行开发,洪水风险还可能会继续增加。     

山区小流域洪水分布模式模拟与危险性评估

流域暴雨山洪过程时空异质性强,准确评估雨洪变化特性和洪水危险性对山洪灾害防治具有重要意义。以7个降雨特征指标和6个洪水特征指标刻画流域场次雨洪特性,采用中国山洪水文模型和洪水频率指标相结合,模拟和评估口前流域洪水过程及其危险性。结果表明：场次洪水洪峰模数、洪峰时间偏度、高脉冲历时占比、涨落洪速率与降雨总量、平均雨量、最大雨强、雨峰位置系数、基尼系数等降雨特征指标显著相关,三场致灾洪水过程的降雨均呈现量级大、强度大、历时短、暴雨中心偏中下游的特点;率定期和验证期的平均径流深相对误差均在9%以内,平均洪峰流量相对误差均在11%以内,平均峰现时间误差均在1.7 h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.80和0.76;各场次洪水有0.0%～93.3%的河段流量达到一般危险及以上等级,三场致灾洪水过程的危险性等级最高,分别有80.0%、35.0%和1.7%的小流域河段流量达到高危险及以上等级。研究可为山区小流域暴雨洪水危险性评估、灾害响应和复盘等提供技术支撑。