广州城市暴雨内涝模型模拟效果评估

基于水动力方法构建的广州城市暴雨内涝模型,结合精细化降水预报,对内涝点的积水深度及风险等级进行模拟,结果表明,模型对近两年内涝点内涝风险等级命中率达65%,对总降水量为50～100 mm的降水过程命中率最高为72.8%。模型对2020年“5.22”特大暴雨过程模拟的积水深度和实况相比偏弱,误差主要分布在30 cm以内,大约占64%,大部分模型模拟积水深度偏小,主要位于广州中北部地区;此外,模型对积水1m以下内涝点的积水有不错的模拟能力,而对2m左右的深积水模拟能力还有限。不同重现期雨情下,广州中心城区的降雨量和历时越大,积水面积越大。1 h重现期雨情下,积水深度一般在20 cm以下,部分在20～59 cm;3 h降雨情景下,积水明显加深,积水深度一般在20～59 cm,部分在0～20 cm和60～119 cm。总体而言,模型模拟结果与实测内涝积水情况基本一致,模型准确度可满足业务需求。     

基于设计暴雨雨型的天津城市内涝模拟研究

为分析不同设计暴雨雨型对天津中心城区内涝的影响,采用天津城市暴雨内涝模型水动力数学模型,以天津中心城区为研究区域进行城市内涝数值模拟。通过对2018—2019年天津市3次不同降水过程进行模型模拟效果检验表明,该模型具有一定的模拟精度。在此基础上,对不同重现期、不同历时、不同概率的时段雨型为降雨边界的内涝过程进行模拟,对比分析内涝积水总量、积水面积等模拟结果。结果表明：3种代表性设计暴雨雨型,短历时(6 h)且重现期较短(<10 a)的暴雨,强降水持续时间长,且峰现时间较早的雨型,积水总量及面积最大,而重现期较长的暴雨(≥10 a),强降水时段集中,峰值出现最早的雨型,积水总量及面积最大。12 h和24 h等长历时的降水,则规律相反。     

华北地区小时极端降水的非稳态研究

本文以华北五省为研究区，基于1960—2014年小时降水数据建立1、2、3、6、12和24 h极端降水序列，对比分析稳态和非稳态假设下极端降水重现期估计的差异。研究表明：1960―2014年华北不同时间极端降水的变化趋势略有不同，时间越短呈上升趋势的站点越多，1~3 h的极端降水呈上升趋势的站点较多，稳态和非稳态假设下的20~100 a一遇重现期平均差异较大，其中，1 h极端降水的显著上升站点中，二者的平均相对误差达30%~43%；而6~24 h极端降水中，呈下降趋势的站点增多，其中，24 h极端降水显著下降站点中，二者的平均相对误差达-43%~-32%；无显著趋势站点，二者的平均相对误差大部分介于-10%~10%。随着重现期增大，二者差异的不确定性区间增大，不同变化趋势站点表现一致。研究发现，华北地区短历时极端降水强度增加，稳态假设下极端降水的重现期会严重低估。因此，选用非稳态假设估计极端降水的重现期，将降低极端降水的灾害风险。     

暴雨诱发富水流域洪涝灾害风险研究

采用历史灾情分析、统计、水文模型及水动力模型等方法,分析富水流域上游历史洪水过程特点、致洪降水时程特征;以年最大致洪降水序列为基础,采用耿贝尔极值I型分布法求取上游不同重现期面雨量,运用新安江模型模拟100a一遇暴雨诱发的洪水流量线,并以此为基础,分析下游洪涝风险,模拟溃堤风险下的淹没情景。结果表明:富水上游一个洪水过程持续24~72 h,多为单峰型;暴雨诱发的洪水过程占总数77%,诱发洪水的暴雨多为区域性强降水,100 a一遇致洪暴雨过程诱发的洪水可使库水位超过历史最高水位;在设计的溃口条件下,阳新县部分村镇有淹没风险。     

基于FloodArea模型的洪安涧河流域暴雨洪涝灾害风险区划

为直观反映暴雨洪涝灾害的淹没情景,及时有效地提供流域内的暴雨洪涝风险区划信息,采用洪安涧河流域气象站历史降水序列,结合致灾临界面雨量阈值和历史灾情数据,使用广义极值分布函数等,确定了不同重现期的致洪面雨量,采用FloodArea水文模型推演了洪水淹没的情景,并结合承灾体绘制了流域在不同重现期下的暴雨洪涝灾害风险区划图,提取了不同重现期和不同淹没深度下承灾体的受灾信息。结果表明:随着淹没水深的加深,人口和GDP受灾占比呈阶梯向上变化,而耕地和居民地受灾面积占比均呈明显对数函数关系增长;随着重现期的增大,流域洪涝灾害的危险程度逐渐加重,较高风险区分布在河道及中下游河道两侧蔓延处等区域,承灾体在低风险区的受灾占比最大(超过80%),极高风险区占比次之,中、高风险区占比最小。     

洪灾风险评估方法研究综述

以赤峰市半支箭山洪沟为例,采用德国二维水文动力模型FloodArea、广义极值分布函数、情景模拟评估法和统计相关分析等方法,基于气象资料、山洪灾情个例和基础地理信息数据等,对半支箭山洪沟发生的5次山洪过程进行淹没模拟,通过建立淹没深度与面雨量的回归关系,计算不同山洪等级的致灾阈值,并定量评估不同重现期下山洪灾害对人口和GDP的可能影响,结果表明：（1）FloodArea模型对半支箭山洪沟流域有较好的淹没模拟能力,可应用于内蒙古无水文资料山洪沟的致灾阈值确定和定量化风险评估。（2）半支箭山洪沟的山洪致灾时效为4 h,其1-4级山洪的致灾阈值分别为58.5 mm、48.9 mm、39.3 mm和29.7 mm。（3）半支箭山洪沟T年一遇山洪影响的人口和GDP均随着淹没深度的增加而减少,其中影响最大的为0.1~0.6 m。（4）T年一遇山洪影响的人口和GDP分别在淹没深度为0.6~1.8 m和大于0.6 m时随着重现期的增大而增大。当淹没深度大于1.8 m时,5年一遇山洪影响的人口最小,100年一遇影响的人口最大;当淹没深度在0.1~0.6 m时,100年一遇山洪影响的GDP最小,30年一遇山洪影响的GDP最大。

     

内蒙古山洪致灾阈值与定量化风险评估研究

以赤峰市半支箭山洪沟为例,采用德国二维水文动力模型FloodArea、广义极值分布函数、情景模拟评估法和统计相关分析等方法,基于气象资料、山洪灾情个例和基础地理信息数据等,对半支箭山洪沟发生的5次山洪过程进行淹没模拟,通过建立淹没深度与面雨量的回归关系,计算不同山洪等级的致灾阈值,并定量评估不同重现期下山洪灾害对人口和GDP的可能影响,结果表明:(1) FloodArea模型对半支箭山洪沟流域有较好的淹没模拟能力,可应用于内蒙古无水文资料山洪沟的致灾阈值确定和定量化风险评估。(2)半支箭山洪沟的山洪致灾时效为4 h,其1—4级山洪的致灾阈值分别为58.5 mm、48.9 mm、39.3 mm和29.7 mm。(3)半支箭山洪沟T年一遇山洪影响的人口和GDP均随着淹没深度的增加而减少,其中影响最大的为0.1～0.6 m。(4) T年一遇山洪影响的人口和GDP分别在淹没深度为0.6～1.8 m和大于0.6 m时随着重现期的增大而增大。当淹没深度大于1.8 m时,5年一遇山洪影响的人口最小,100年一遇影响的人口最大;当淹没深度在0.1～0.6 m时,100年一遇山洪影响的GDP最小,30年一遇山洪影响的GDP最大。     

广义极值分布在重庆短历时极值降水中的应用

利用广义极值分布函数拟合1981—2016年重庆34个国家气象站短历时(1、3、6、12 h)极值降水序列,对拟合结果进行显著性水平检验,并给出不同重现期极值降水的空间分布。结果表明:广义极值分布函数能较好地拟合重庆地区的短历时极值降水。随着降水历时的延长,服从Weibull分布(Frechet分布)的站点数逐渐减少(增加)。各短历时不同重现期降水的空间分布具体表现为10 a以下及20 a以上基本相似,位于长江沿线以北的重庆西北部地区降水量明显大于重庆长江沿线以南地区,且渝东南降水的相对大值区位于彭水地区。随着重现期的增加,降水中心更加集中,渝东北的大值中心随着历时的延长向北移动。广义极值分布函数的形状参数的绝对值接近或超出0.5时,计算的高重现期(大于样本长度)极值降水存在较大偏差;当不同历时降水拟合的形状参数值具有明显差异时,高重现期降水可能出现与客观规律相悖的现象。     

不同选样方法对Pilgrim&Cordery设计暴雨雨型的对比研究

采用宜昌市主城区国家基本站长序列的逐分钟降雨过程资料,利用PilgrimCordery法(简称"PC法")比较通过自然降雨过程和最大历时过程两种降雨场次样本选样方法推求的设计暴雨雨型,并分析结果差异。结果表明:基于自然降雨过程和最大历时过程选样,利用PC法推求的宜昌市主城区短历时设计暴雨雨型基本都为单峰型,且雨峰均出现在整场降雨过程的前1/3时段。两种选样方法推求的短历时设计暴雨雨型的雨量分配比例存在较大差异,自然降雨过程选样推求的雨型雨峰峰值占总雨量的比例相较于最大历时过程的数值偏大,更为突出。实际工程设计中,设计师应当根据最大历时过程的选样规则进行推求,结合一定重现期下各个历时的降雨量值,进而得到各历时时程分配的具体雨强;计算得到宜昌市主城区重现期2a历时60、120、180 min的雨峰时段雨强分别为1.16、0.86、0.72 mm/min。     

基于城市暴雨内涝数学模型的福州内涝灾害风险评估

以福州市城区地表和明渠河道为主要模拟对象,结合福州市城区高精度地理信息、排水设施、排水运作方式等数据,建立福州城市暴雨内涝数学模型。利用该模型对福州市历史上3次典型降雨过程以及不同重现期降雨造成的城区内涝灾害进行模拟。对模型的模拟结果与实况积水进行评估表明,3次降雨过程的模拟与实况积水深度绝对误差小于10 cm的积水点分别占比为50%、78%、76%。模型对雨强较大的短时强降雨过程,模拟效果稍差,模拟积水比实况积水整体偏小;对长时间、雨强比较平均的降雨,整体模拟效果较好。利用模型对不同重现期降雨下福州市城区内涝灾害风险进行评估表明,模型能够客观反映不同重现期降雨过程下福州市城区内涝灾害风险分布。     

暴雨及其衍生灾害的三维影视模拟技术初探

基于上海暴雨积水110报警数据和自动气象站逐小时降水数据, 利用时空过程分析法研究了暴雨积水与降水强度以及累积雨量的关系, 建立了中心城区暴雨内涝的阈值指标, 结果表明, 中心城区暴雨积水程度与1 h降水强度和2 h累积雨量密切相关。当降水强度达30~40 mm·h^-1时, 中心城区就会出现暴雨积水。当降水强度达50 mm·h^-1、2 h累积雨量达70 mm时, 暴雨积水会明显增多。相对于暴雨发生的时间, 暴雨积水具有明显的滞后效应, 一般滞后1~2 h。下垫面状况、人口和道路密度也影响到暴雨积水的发生。综合海拔高程、下垫面类型、排水管网等多因素, 开展中心城区精细化的暴雨内涝风险情景模拟及灾害损失评估, 是下一步的研究方向。

     

城市雨水径流计算模型

以福州市城区地表和明渠河道为主要模拟对象,结合福州市城区高精度地理信息、排水设施、排水运作方式等数据,建立福州城市暴雨内涝数学模型。利用该模型对福州市历史上3次典型降雨过程以及不同重现期降雨造成的城区内涝灾害进行模拟。对模型的模拟结果与实况积水进行评估表明,3次降雨过程的模拟与实况积水深度绝对误差小于10 cm的积水点分别占比为50%、78%、76%。模型对雨强较大的短时强降雨过程,模拟效果稍差,模拟积水比实况积水整体偏小;对长时间、雨强比较平均的降雨,整体模拟效果较好。利用模型对不同重现期降雨下福州市城区内涝灾害风险进行评估表明,模型能够客观反映不同重现期降雨过程下福州市城区内涝灾害风险分布。

     

基于Copula函数的北京强降水频率及危险性分析

客观分析强降水事件的发生频率及其致灾因子危险性,能为局地洪涝灾害的防灾、减灾规划及灾害预警提供科学依据。探讨了基于二元Copula函数的强降水致灾变量联合分布及其在强降水危险性分析中的应用。利用北京地区2005-2014年逐时降水资料提取强降水事件案例,通过建立能反映两个主要致灾因素--降水持续时间和过程降水量依存关系的二元联合分布模型,计算了北京地区强降水事件条件重现期,并以此为基础开展危险性分析。研究表明,北京地区强降水事件的持续时间多小于24 h,且主要服从广义极值和对数正态分布,而过程降水量则更适用于广义极值分布;通过Gumbel Copula函数能较好刻画过程降水量与持续时间的相互依存关系。北京地区短时强降水重现期受持续时间影响明显,仅基于降水量的重现期估算会低估其致灾危险性,利用基于Copula函数的条件重现期能更合理描述不同强降水情景致灾因子的危险性特征及其空间差异性特征。北京地区持续时间小于12 h、过程降水量在50 mm以上的强降水事件多呈东北-西南走向,而持续时间在6 h以内的50 mm以上强降水则在北京城区及东北部地区更加频繁。     

短时强降水对剑河县城市内涝风险影响分析

城市内涝的发生与气象条件紧密相关,强降水是致灾的关键因素。通过分析把握剑河县城降雨变化趋势,结合城区的易涝点及历史积水资料,得到内涝灾害风险的分布特征及演变规律,进一步开展气象条件致灾关键环节分析,有助于剑河县内涝灾害气象决策服务更加精细化,为加强城市灾害的应急处置和应对防范能力体系建设提供气象支撑。通过对剑河县国家气象观测站2007～2021年降水数据进行分析,剑河县城降水主要集中在4～9月,占全年降水的74.5％,该时段也是剑河县城短时强降水、大雨、暴雨的集中高发期,4～9月大雨以上量级降水出现日数呈增多趋势,近15a来1h最大降水量呈逐年波动增加趋势,且主要发生在4～9月。结合DEM数字高程数据得到的易积水路段点及历史积水内涝资料分析,当短时强降水发生时,县城易积水路段会出现不同程度的积水,当小时雨强达到20mm且未来降水持续时,有积水达到10~20cm的风险,对行人过往造成影响,需加强监测并提示相关部门注意易积水路段可能出现积水风险;小时雨强超过30mm时,有积水超过20cm的风险,对车辆及低洼路段建筑影响较大,需及时联系相关部门建议在易积水路段采取相应排水措施,避免出现积水内涝情况影响居民工作生活,同时开展公众服务建议居民注意出行安全;小时雨强超过50mm时,将出现30cm以上积水,对过往车辆及低洼段建筑影响很大,行驶车辆应当就近到安全区域暂避,避免将车辆停放在低洼易涝等危险区域,如遇严重水浸等危险情况应当立即弃车逃生。相关应急处置部门和抢险单位应当严密监视灾情,做好内涝可能引发的其他灾害应急抢险救灾工作。     

农业气象灾害风险评估研究进展与展望

致灾因子危险性评价是进行风险区划的重要环节。本文采用江西省贡水流域超警戒水位的降水作为暴雨致灾因子,以最优极值函数分布方法计算研究该流域的重现期面雨量,利用超警戒水位降水过程的降水量时间分布规律和降水空间经验正交函数分析结果,结合FloodArea模型开展不同降水时空分布情景的洪水演进模拟,以模拟淹没水深作为指标建立暴雨致灾危险性评价等级,对不同降水时空分布情景下贡水流域暴雨致灾危险性进行评价。结果显示:不同的降水时空分布对暴雨洪涝致灾危险性评价影响较大。该方法是完善流域内暴雨洪涝灾害风险区划和评估工作的基础,在此基础上开展流域内不同承灾体的脆弱性评价和暴露度评价,可为地方政府制订减灾规划与预案等提供参考。

     

城市雨水利用在区域规划环评中的可行性分析

使用高精度高程、路网、河网、排水管网、工程设施以及防洪调度等数据,将各类空间信息剖分为7 287个无结构不规则网格及相应通道,并针对城市立体化交通设施,对模型进行调参,最终构建了合肥城市暴雨内涝数值模型。采用城市地表、明渠河道、排水管网等主要水文水动力学物理过程,模拟积水深度及演进情况。在此基础上,将短时临近预报系统INCA（Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis）的降水估测产品和降水预报产品（空间分辨率1 km,时间分辨率1 h）作为驱动条件,得到未来6 h逐时的积水深度预报及内涝风险预警产品。研究结果表明：城市内涝模型对积水深度及积水演进过程的模拟和实况较为吻合,体现出对河网、路网、社区积水良好的模拟能力。对2017年8月25日合肥西南部严重内涝过程的检验表明,积水深度预报效果很大程度上依赖INCA的降水预报质量,对于短时强降水,INCA在临近时效预报效果相对较好,因此积水深度预报产品可在临近时效内较为准确的预报积水区域以及积水变化过程。可见利用高时空分辨率降水预报产品和城市暴雨内涝数值模型耦合制作内涝风险预警,可有效增加内涝灾害的预见期,为城市防涝减灾提供科学参考。

     

雷达雨量计联合估算降水在城市内涝模型中的应用

为了满足城市暴雨内涝模型对面雨量精细化的需求,在天津城市暴雨内涝模型的基础上,将雷达估算降水产品应用到模型面雨量计算中,针对2012年7月25—26日天津的大暴雨过程,考察4种雷达估算降水产品和两种插值方法计算的内涝模型面雨量。经过对比发现,利用变分方法计算的雷达估算降水产品VAR用曲面插值方法计算内涝模型的面雨量整体效果最好。     

东津河流域暴雨洪涝灾害风险区划

本文从暴雨致灾机理出发,以东津河流域为例,开展中小河流域暴雨洪涝灾害风险区划技术研究。根据气象资料、水文资料、地理信息资料、社会经济统计资料以及历史灾情资料等,运用TOPMODEL水文模型并结合统计法确定致洪临界面雨量,利用逐步回归法重建区域站资料序列,基于广义极值分布函数计算出不同重现期的致洪面雨量,根据流域内小时降水雨型分布,将不同重现期致洪面雨量以及叠加堤坝信息的DEM、manning系数等数据代人Flood Area模型进行洪水淹没模拟,得到不同重现期下洪水淹没图,再叠加流域内栅格化的人口、GDP以及土地利用信息,最终得到不同重现期下人口、GDP以及土地利用等风险区划图谱。建立的中小河流域暴雨洪涝灾害风险区划技术方法简便可行,区划结果精度高、实用性强,对于面向实时防灾减灾的动态灾害风险管理具有重要意义。     

全球升温1.5℃和2.0℃背景下北京市暴雨洪涝淹没风险研究

基于第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的5个气候模式模拟结果,结合FloodArea模型,对RCP8.5情景下全球升温1.5℃和2.0℃时,北京市极端降水和淹没风险进行分析。结果表明：北京市极端降水量呈从西南向东北逐渐减少的分布趋势。在升温2.0℃时,极端降水和淹没风险增加较升温1.5℃时明显,郊区极端降水增加最明显的地区是房山和门头沟,城区极端降水量增加最明显的地区是海淀、石景山和丰台区。海淀区出现一级和二级淹没风险的面积最大,其次是丰台和石景山区。郊区的延庆和怀柔是发生一级淹没风险面积最大的地区。     

中小河流域暴雨洪涝灾害风险评估及效果检验

本文基于FloodArea水动力模型及WRF模式,运用气象资料、水文资料、地理信息资料、社会经济统计资料以及灾情调查资料等,以长江一级支流的秋浦河流域为研究区,开展中小河流域暴雨洪涝灾害风险评估及效果检验。结果表明:FloodArea模型对洪水的淹没范围、淹没水深以及淹没历时等具有较好的模拟效果,可用于中小河流域暴雨洪涝灾害风险评估与预警业务,并由此初步建立了包含模式降水预报→面雨量计算→洪涝淹没模拟→风险评估→预警发布→效果检验等环节的暴雨洪涝灾害风险评估及效果检验业务流程,实现从以往常规的强降水预报到暴雨洪涝灾害预报的业务延伸,可进行推广应用。