基于STARMA模型的城市暴雨积水点积水短时预测

近年来城市暴雨出现突发和多发态势,导致城市内涝灾害频繁发生,威胁着城市居民的生命和财产安全。随着城市降雨积水监测网的建立,获得分钟尺度的降雨和积水时序监测数据成为可能,实现了城市内涝的实时监控。但目前对监测数据的利用仍显不足,缺乏对其深度分析挖掘,造成监测系统“只监不控”的局面。本文基于城市降雨积水监测网的监测数据,根据积水时间相关性、降雨空间相关性以及降雨积水序列相关性,构建降雨积水的时空自相关移动平均模型(STARMA),对城市暴雨积水点积水过程进行短时预测。STARMA模型已被广泛应用于交通预测、环境变量预测以及社会经济领域,特别是在时空过程机理不清楚、多因素时空变量影响的情况下效果较好。本文首次将该模型应用到降水积水过程拟合和积水短时预测上,同时在方法上改进了传统单变量的STARMA模型,建立降雨和积水双变量的STARMA模型模拟降雨积水过程。并以北京市2012年“7.21”事件降雨积水过程为研究对象,以丰北桥、花乡桥、马家楼桥和六里桥4个积水监测点为例,建立降雨积水的STARMA模型,以5 min为步长作积水5、10、15 min三步预测。验证结果表明,该模型在降雨积水过程中拟合效果较好,模型短时预测精度较高。该项研究能够有效地利用监测数据,提高信息预警和应急指挥能力,为市政防汛或交通等部门提供决策支持。     

天津市设计暴雨的空间分布特征

设计暴雨是区域防洪排涝和城市市政排水的重要基础,是关系到区域安全和城市运行的重要问题。利用天津站和塘沽站完整的分钟降雨量资料以及环城四区和滨海新区其它台站的降雨年最大值资料,推求了各台站的暴雨强度公式,分析了天津市城市化对设计暴雨强度的影响,以及中心城区与滨海新区的空间差异。结果表明:城市化对设计雨量有明显的影响,城区重现期1a的暴雨强度有降低的趋势,而重现期3 a以上的暴雨强度有所增强,而且城市化效应在不同环城区域存在明显的一致性,环城四区排水设计在重现期1a及以下时对城市化影响应有所考虑,而3 a以上重现期设计雨量采用中心城区暴雨公式是安全的;滨海新区3个区域各历时不同重现期下的暴雨强度均高于中心城区,尤其是塘沽远远高于中心城区,滨海区域采用全市统一的暴雨公式进行排水系统设计是不安全的,宜采用滨海新区各区县当地的暴雨强度公式。     

基于高精度地形表面模型的城市雨洪情景模拟与应急响应能力评价

在气候变化和城市化背景下,日益频发的暴雨洪涝对城市人员、财产及功能造成了严重的灾害影响,突出表现为城市路网被淹导致的交通与公共服务中断。因此,城市暴雨洪涝灾害的应急管理与风险防范已经成为当前自然灾害研究的热点问题之一。选取受暴雨洪涝灾害影响严重的上海市中心城区(南京东路CBD)为研究区,采用高精度暴雨洪涝数值模拟与GIS空间分析相结合的研究方法,评估了不同降水强度情景和积水深度条件下,城市路网的可通行性与城市关键公共服务部门(医疗和公安)的应急响应能力。研究表明,基于高精度地形表面模型的城市雨洪模拟与应急响应能力评估方法,具有较高的实用性和有效性,可为城市洪灾应对与精细化应急管理提供科学支撑。     

基于小尺度的城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险评估

自然灾害情景模拟与风险评估是灾害研究的核心内容和热点问题之一,但城市自然灾害风险评估至今却缺乏统一的程序与范式。本文选择了城市频发的暴雨内涝灾害为研究对象,结合上海市静安区实证研究,提出了一套基于小尺度的城市暴雨内涝灾害风险评估的思路与方法。基于灾害风险的基本理念,从致灾因子分析、脆弱性分析和暴露分析三方面入手,探讨不同情景下的小尺度城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险表达方式;提出了小尺度城市暴雨内涝灾害风险评估宜采用情景模拟和综合分析方法,充分考虑城市的内部地形特征、降水、径流和排水等因素,创建一个基于GIS栅格的城市内涝模型,并基于多种重现期灾害情景,更客观地模拟内涝积水深度和淹没面积;采用多次实地调查获得的内涝损失数据,拟合出居民房屋和室内财产的灾损曲线;利用灾损曲线评估脆弱性、暴露要素和损失,建立超越概率-损失曲线,创建了基于GIS栅格城市暴雨内涝灾害的风险评估模型与范式,为制订城市暴雨内涝灾害风险管理和规划奠定了基础。这亦为进一步开展小尺度城市自然灾害情景模拟和风险评估研究提供了一种新探索。     

广州市南沙区万顷沙网河区排涝调蓄演算研究

快速城市化进程改变了城市地区原有下垫面,不透水层面积增加,暴雨期间汇流时间缩短,洪峰流量加大,进而导致城市内涝加剧,严重影响城市的防洪安全.本研究以广州市南沙区万顷沙网河区为研究对象,基于水量平衡的调蓄演算方法,对研究区域蓄排设施的规模进行分析;构建MIKE11一维网河模型,对涝区水情进行模拟,校核排涝工程规模,并对工...     

城市暴雨积涝灾害风险突增效应研究进展

城市暴雨积涝风险突增效应研究对揭示此类风险与人类活动所导致的城市化过程的关系,及用于城市地区灾害风险识别及风险预警均有重要价值。本文从城市因素(地表粗糙度、气溶胶及城市热岛等)影响城市地区降水过程,以及城市地区土地利用和土地覆盖变化(LUCC)影响城市地表水文反应过程2个方面综合论述风险突增效应研究的进展及主要结论。在研究方法上,总结了现有文献所用的暴雨危险性的主要评估模型,认为暴雨危险性计算需要结合雨强及暴雨持续时间。城市地表对暴雨积涝的敏感性分析需借助城市水文模型;在模型分析过程中,应注重雨量数据的有效性,以及城市排水管网、土地利用和土地覆盖等资料的可获取性及概化。为定量评估城市暴雨积涝风险突增效应,需要使用更高时空分辨率的数据资料分析暴雨危险性特征,通过细化及发展城市水文模型,完成敏感性实验分析;在此基础上,综合危险性及敏感性特征,评估城市地区暴雨积涝风险,揭示暴雨积涝风险在城市地区的空间分布差异及风险突增效应。相关成果可用于城市暴雨积涝的风险识别、评估、预警及风险管理。     

城市内涝灾害受灾人口评估方法与实证研究：以哈尔滨市道里区为例

城市内涝灾害频发,对居民生命安全造成严重威胁,为提高城市内涝灾害受灾人口评估精度,提出一种更为精确的受灾人口评估方法。以哈尔滨市道里区为研究区,以城市内涝灾害受灾人口为研究对象,运用一、二维非恒定流为主控方程,构建城市内涝数值模拟模型,并结合受灾人口分布特点,综合构建基于土地利用的人口随时间变化的计算模型。实现在模拟内涝灾害影响范围基础上,利用受灾人口计算模型提取白天与夜晚受灾人口分布情况。结果表明：研究区在百年一遇降雨情景下,有25条街道会发生不同程度积水,积水深度范围值为0.10~1.42 m;此级别内涝灾害在白天11条街道受灾人口数量最大值达到3 500人,夜晚10条街道受灾人口数量最大值为720人。     

基于GIS的城市社区暴雨内涝灾害风险评估

以2008年9月20日上海市浦东、南汇等地区发生的暴雨内涝灾害为例,选取受灾最为严重的川沙镇临园社区作为研究区,从致灾因子评估、脆弱性评估和暴露分析3方面建立了城市社区暴雨内涝的综合灾害风险评估模型.结合遥感影像、实地调查以及各种基础资料数据与GIS技术,对社区暴雨内涝灾害进行情景分析和灾害风险评估,以年均暴雨内涝损失表示研究区的暴雨内涝风险,该研究为城市社区灾害风险规划与管理提供决策依据.     

贺兰山东麓暴雨气候特征及灾害防御对策

利用贺兰山东麓9个常规站及287个自动气象站汛期(5—9月)逐小时降水量资料,应用线性趋势系数、克里金插值及Morlet小波变换等方法,分析了该地区的暴雨时空特征和振荡周期。结果表明:(1)贺兰山东麓暴雨日数20世纪60年代最多,暴雨强度20世纪70年代最强,暴雨贡献率2011—2019年最大。(2)1961—2019年年平均暴雨日数为2.1 d,暴雨强度为46.6 mm·d-1。(3)1961—2019年暴雨日数有2.1 d·(10a)-1的下降趋势,暴雨强度变化不大,暴雨贡献率有1%·(10a)-1的弱上升趋势。(4)暴雨主要出现在7月和8月,集中出现在7月中旬至8月中旬。(5)贺兰山东麓各站不同时间段共出现短时强降水810次,主要出现在夜间21:00—22:00和白天16:00,其中夜间暴雨占57.8%。(6)暴雨日数存在2～6 a、7～15 a的周期性变化,变化的第一主周期为3 a,暴雨强度存在2～4 a、5～16 a的周期变化,变化的第一主周期为9 a。(7)暴雨出现日数最多、强度最强、量级最大的区域主要分布在贺兰山银川至石嘴山段的沿山区域。(8)洪涝灾害具有发生频率高、涉及范围广,季节性明显、区域集中,破坏性强、造成损失大等特点。     

城市群空间联系能力与SOM神经网络分级研究——以辽中南城市群为例

以辽中南城市群为例,通过经济联系强度模型、城市流模型和城市通达性模型,构建系列空间联系能力数理模型,定量分析辽中南城市群空间联系能力的空间分异特征。在此基础上构建了SOM神经网络分级模型,以评价辽中南城市群十个节点城市的空间联系能力。研究表明:①沈阳的经济联系总量最大,沈阳与其他城市的经济联系强度和沈阳距其铁路距离呈S形曲线关系。②依据城市流强度值的大小将辽中南城市群十个节点城市划分为高、中、低三个档次,大连的值最大,营口则显现出作为该城市群中部区域极点的潜力。③沈大高速公路集中了通达性处于前三位的三个城市,辽阳在城市通达性方面显现出显著的优势,四项通达性指标全位居第一。④从SOM神经网络的分级结果看,沈阳都作为独立的一级,表明沈阳的空间联系能力最强,体现了其中心性的地位。     

基于Copula函数的暴雨要素三维联合分布——以宽甸县为例

以辽宁省宽甸县为例,利用1955~2012年逐日降水数据,提取年暴雨日数（D₅₀）、年暴雨量（P₅₀）、年均暴雨强度（I）和暴雨比（R）共4个暴雨要素,运用K-S法确定各单要素最优概率分布函数;针对暴雨要素多面性,通过引入Copula函数,构建三维联合分布并进行AIC和RMSE优度检验,确定适合暴雨要素的最优Copula函数,分析多要素联合后暴雨的概率和重现期特征。研究表明： ① 单变量拟合仅反映暴雨单个要素本身的信息,无法涉及要素间的联系;三维Copula联合可从3方面呈现暴雨要素间的内在信息,更贴近实际;暴雨本身的多要素性,为Copula函数在暴雨分析上提供了广阔前景; ② 年暴雨日数、年暴雨量和年均暴雨强度的联合适合反映宽甸县暴雨重现期;宽甸县暴雨联合重现期短,多为0~2 a,同现重现期较长,集中于200 a左右;2种重现期变化趋势一致,存在同步效应,反映了暴雨要素的不可分割性。     

新藏公路新疆段泥石流灾害初探

新藏公路新疆段沿线共有泥石流灾害149处，直接危害线路53．05km。泥石流可分为暴雨型、冰雪融水型及雨水和冰雪融水混合型三个成因类型．其灾害集中分布于哈拉斯坦河、采拉克河、叶尔羌河及喀拉喀什河沿溪线路段。沿线泥石流具有松散堆积物丰富，水源不足，暴发频率低，规模火，受冰川和气候变化影响大等特点。在对泥石流成灾方式、活动现状和发展趋势分析研究的基础上．提出了灾害治理的基本原则和拟采取的主要工程措施及进一步工作的建议。     

基于情景模拟的暴雨内涝危险性评价——以黄浦区为例

特殊的地理位置和气候条件使水灾成为上海市的心腹之患。危险性评价是灾害风险评价的第一步。以黄浦区为例,基于情景模拟,借助GIS空间分析方法、构造模型、利用危险性指数对暴雨内涝灾害的主要承灾体道路、旧式房屋进行危险性评价,得到了黄浦区各街道内涝灾害危险性分布图。结果显示:两种情景下,豫园街道的危险性指数都显示最低,20a一遇的情景中,危险性指数高值分布在半淞园路街道和小东门街道。50a一遇的情景中,危险性指数高值集中在老西门街道和小东门街道,其评价结果可为区域综合减灾提供依据。     

基于水循环视角的海绵城市系统及研究要点解析

海绵城市建设的本质是城市水系统的重构,明晰海绵城市系统所涉及的水循环过程是海绵城市研究中最根本、最重要的问题。以海绵城市建设区为研究对象,本文定义了海绵城市系统的内涵,明确海绵城市系统的输入项与输出项,探讨了基于海绵城市系统的城市水循环过程,即海绵城市建设区“大气水—地表水—土壤水—管网水—地下水”转化过程。分别从明确海绵城市建设区的降水与污染物输入、掌握典型海绵设施的径流及污染物转化过程、重视排水管网径流监测与汇流特征参数确定、准确分析海绵城市建设区的径流及污染物外排过程、综合评估海绵城市建设的生态与地下水回补效益共5个方面,系统梳理了海绵城市系统的研究现状及未来的研究要点,以期为海绵城市建设的基础理论研究与工程实践提供启发和帮助,促进中国城镇化转型发展。     

低频率泥石流灾害及工程防治

重现期＞50 a的泥石流被定义为低频率泥石流。低频率泥石流灾害可能发生在生态环境良好的地区,并造成重大的财产损失和人员伤亡。低频率泥石流灾害具有需要大暴雨、特大暴雨、冰湖或水库(尾矿坝)溃决、火山爆发、冰雪融化、冰崩、雪崩、滑坡、地震等特殊因素激发,危害严重,难于预测预报等特点。低频率泥石流灾害应采取土木工程进行预防性治理,工程设计的要点是,在沟谷中布置坚固的大中型骨干拦挡工程,并保证有充足的拦淤库容。新型拦砂坝设计采用重力式结构,低坝群布置,浆砌石建造,在坝体上设置大孔口,具有工程投资小,就地取材,施工简单,有选择性地拦截泥沙,拦淤库容可以反复使用等优点,适合我国国情。     

基于GIS和空间句法的历史街区保护更新规划方法研究—以江门市历史街区为例

基于GIS和空间句法集成的思路,以江门市历史街区保护更新规划为例,结合实地调研从空间实体的“点、线、面”3个层面分别建立建筑、街巷和地块GIS数据库,利用GIS多因子评价对建筑保护价值进行综合评价,运用空间句法定性定量的分析手段剖析历史街区的街巷路网结构及用地布局,尝试探索建立在量化、实证分析基础上的历史街区保护更新规划的技术方法和流程.研究结果表明:通过量算空间句法参数可以直观解析历史街区空间形态结构和智能性水平,对研究区的规划定位能提供较好的参考;通过空间句法与GIS集成分析对街巷和用地布局的合理性进     

河西走廊东部极端降水的时空分布及影响因子分析

利用线性回归分析、Mann-Kendall检验法和和小波分析法,统计分析了河西走廊东部1961-2012年近52 a来暴雨日数的变化规律。结果表明：河西走廊东部年平均暴雨日数为1.2 d·a-1,多为局地暴雨,暴雨日数时空分布差异大,从南向北、从东向西暴雨日数迅速递减,暴雨最多的地方出现在祁连山北坡迎风坡的古浪县。然而,年暴雨日数变化总体呈上升趋势,其线性倾向率为0.24次·（10 a）-1,年暴雨日数最多年代出现在21世纪00年代,出现15场次;最少的年代出现在20世纪80年代,仅为6场次;区域性暴雨出现最多年代、最少年代与区域性暴雨强度呈相反态势。暴雨日数受季风变化影响显著,出现时段集中在6～8月,占全年暴雨日数的90.3%。其中8月暴雨日数最多,占总次数的48.4%;一日中暴雨主要出现在白天。采用Mann-Kendall检验法进行检验,河西走廊东部年暴雨日数增加从1963年开始,1985-2012年为显著增加,气候变暖使区域内极端降水出现次数增多。小波分析发现暴雨日数存在9 a和6 a周期。区域内年降水量与暴雨日的变化趋势相同,说明区域内极端降水日数增多导致了年降水量的增加。利用1983-2012年近32 a的NCEP再分析资料,将暴雨出现的高空环流形势归纳为副高西部西南气流型、河套阻塞高压型,大量级暴雨产生在高空河套阻塞高压型中;根据暴雨产生的物理机制,归纳总结出河西走廊东部暴雨产生的物理要素阈值。     

Phreatic drainage conduits within quartz sandstone: Evidence from the Jurassic Precipice Sandstone, Carnarvon Range, Queensland, Australia

Discrete underground drainage conduits in quartz sandstones are far less common than in limestones. This paper provides field evidence from the quartzose Precipice Sandstone in the Carnarvon Range of south-central Queensland, Australia, for tubular underground drainage networks similar in many ways to limestone conduits. Diameters range from less than 1 or 2 cm to over 1.5 m, most display a near-circular to oval cross-section that seems to suggest phreatic or epiphreatic development, and the internal surfaces of many are case-hardened by secondary silica deposits. A number of the region's perennial springs appear to be fed by such tubes.The dominant vertical jointing of the quartz sandstone and relatively high permeability of the sandstone are important controls on tube formation. Solutional weathering of the sandstone is widespread, and is followed by the removal of loosened sand grains by flowing underground water, the process of ‘arenisation’. Tube development would appear to have been happening for a very long time, and may still be occurring. A model for tube network formation is proposed.These findings highlight our potentially poor understanding of groundwater flow within some quartz sandstones, and may have important groundwater management implications.     

潮河流域降水-径流关系变化及驱动因子识别

基于1973-2010年长系列日降水、径流数据,利用降水径流双累积曲线、M-K统计检验和降水集中度等方法,结合HIMS模型模拟结果,分析了潮河流域降水-径流关系的变化及其原因。得到的主要结论如下：（1）近38年来,潮河流域降水变化较小,但径流下降趋势显著,降水-径流关系发生了两次突变,即在1973-1983年、1984-1998年和1999-2010年三个阶段降水-径流关系存在明显差异;（2）大雨日降水总和（P_≥20）与径流深关系较为密切,其变化是导致降水-径流关系在1983年发生突变的主要驱动因子;（3）HIMS模型模拟结果显示,1999-2010年潮河流域下垫面条件较前两阶段变化明显,人类活动引起的减水效应由第二阶段的14.93%增加至第三阶段的25.78%,人类活动是导致降水-径流关系在1998年发生突变的主要驱动因子。