暴雨内涝危险性情景模拟方法研究——以上海中心城区为例

本文采用地理信息系统技术（GIS）与水文/水动力学相结合的方法,使用修正的SCS模型进行产流模拟,利用局部等体积法和水动力模型进行汇流模拟,建立了基于情景的城市暴雨内涝危险性模拟工具,并对相同雨强情景下不同汇流模型的模拟结果与精度进行了对比分析。结果表明：（1）局部等体积法计算简单,对降雨的时程分配较为敏感,峰前历时和雨强对结果影响显著,较适合于雨型确定的城市暴雨内涝危险性快速模拟;水动力模型计算复杂,与整个降雨历时存在明显关系,模拟精度较高。（2）利用台风“麦莎”带来强降雨导致的积水实测数据,对模拟结果进行对比和验证,表明本文建立的水动力模型法模拟结果与实测降雨积水更为接近,更适合上海中心城区暴雨内涝危险性情景模拟。     

城市内涝灾害模拟与灾情风险评估研究进展

随着我国城市化建设进程的加快,城市水系和绿地面积不断缩减,地表硬质化现象持续加重,城市扩张所带来的问题正日益凸显,尤其是汛期强降雨导致的内涝灾害日渐成为亟需解决的城市顽疾。城市内涝灾害模拟及风险评估是推进城市内涝灾害管理,减少内涝灾害损失的有效途径。本文在综合近年来国内外相关研究的基础上,从城市内涝产生机理、模型及风险评估的角度对城市内涝的研究进行了详细阐述。在模型方面重点介绍了两种应用广泛的雨洪模拟模型:SCS和SWMM模型,对两者的优缺点进行了分析,同时简单归纳了其他雨洪模型。在灾情风险评估方法方面,重点介绍了基于历史灾情数理统计、遥感图像和GIS技术耦合分析和基于指标体系评估等的风险评估方法,并对比分析了各自的优缺点及适用范围。最后对城市内涝模型及风险评估的未来发展方向进行了展望,提出集成多模型耦合的城市雨洪模拟模型以及多学科联合的灾害风险评估研究将成为今后的发展趋势。     

广州城市暴雨内涝时空演变及建设用地扩张的影响

暴雨内涝是城市常见的“城市病”。本研究通过收集20世纪80年代、90年代,以及2000年之后广州市主城区严重暴雨内涝资料,探索改革开放后广州市暴雨内涝时空演变特征,分析城市建设用地扩张对暴雨内涝的影响。结果表明,20世纪80年代至今,广州市主城区暴雨内涝点在时间和空间2个尺度上有显著的变化。早期内涝点主要集中于市中心的越秀区,随着城市化进程的推进逐渐在白云、天河等城市化较快的区域出现。从1990-2010年,广州市城乡建设用地扩张显著,城市不透水面密度与暴雨内涝点核密度呈正相关。其相关性随城市化发展逐渐增强,表明改革开放后广州市城市的快速扩张,对主城区暴雨内涝点的时空演变有较大的影响。因此,城市暴雨内涝的防治应重视城市不透水面格局的优化和调整。     

耦合蚁群算法和SCS-CN水文模型的城市不透水面空间格局优化

近年来,中国城市暴雨内涝频繁发生,已经发展成为一类严重的“城市病”。城市不透水面密度及其空间格局是形成暴雨内涝的一个重要影响因素。本文提出一种耦合蚁群算法和SCS-CN水文模型优化不透水面空间格局的方法,从而实现通过增加地面雨水渗透量达到减缓城市内涝发生的目的。首先应用Williams公式计算基于坡度修正的CN值,在此基础上计算地表径流量;然后设定径流系数最小化目标,耦合水文模型和蚁群算法对径流小区尺度的不透水面空间格局进行优化配置;最后应用景观格局指数对不透水面空间格局进行分析。研究结果表明：面对1年、5年、10年、20年、50年以及100年一遇重现期的1 h持续降雨事件,研究区优化后的不透水面空间格局可以分别减少径流系数21.19%、19.58%、19.38%、18.93%、18.41%和17.25%,在一定程度上缓解城市暴雨内涝的发生。在此基础上,提出面向暴雨内涝防治的城市更新优化措施建议：① 通过增加草地、花园、树木等植被绿化减少高不透水面类型的面积,并划分成更多中高不透水面类型的斑块;② 集聚低、中低等不透水面类型,从而加大连通性,形成更多的中高不透水面类型;③ 增加每个径流小区内斑块数量,增大斑块密度,减少其蔓延度和聚集度。     

流域性暴雨洪涝灾害风险预警模型与应用分析

洪涝灾害是我国影响范围最广、持续时间最长、造成损失最大的一类自然灾害。暴雨是洪涝灾害的最主要致灾因素,所以,暴雨洪涝灾害风险预警研究是洪涝灾害防灾减灾的重要基础。本文立足洪涝灾害应急管理工作要求,对洪涝灾害系统空间仿真模拟研究模式进行改进,采用流域地表径流模拟代替控制断面水位模拟,彻底解决流域地表产流及河道水位模拟限制...     

超标暴雨下城市雨水管网排水效果——以西安市沣西新城为例

雨水管网是城市降雨径流的重要通道,其排水效果直接关系到城市排水防涝的安全,探明不同降雨下城市管网的排水效果对缓解城市内涝至关重要。采用GAST-SWMM耦合模型,以西安市沣西新城某区域为研究对象,设置1、2、5、10、30年一遇5个常规降雨以及50年一遇和100年一遇两种超标暴雨下区域2 h设计降雨过程,模拟研究区域不同重现期降雨下的管网排水情况,计算管道超载率和管网排水量,对管网排水效果进行量化评估。结果表明：常规降雨下管道超载率为0.00%～51.22%,100年一遇超标暴雨下达到64.63%,在降雨重现期达到30年一遇时管道超载率高于50%;1年一遇至100年一遇降雨条件下管网排水量占区域总降雨量的3.55%～22.25%,且随着重现期增长,排水量增加呈减缓趋势。大部分排水管网在超标暴雨甚至30年一遇常规降雨下处于超载状态,但在排水口畅通情况下依然具有排水能力,在城市排水除涝过程中作用显著。本研究为城市雨水管网规划、设计和运维提供参考。     

城市地质环境系统分析与优化模型

本文运用系统工程原理，综合分析了城市地质环境系统特征、系统目标确定以及系统环境和结构，并建立了相应的优化模型，从而为城市地质环境的优化利用提供了一种新途径。     

北斗卫星广播星历精度评估与单点定位优化模型

利用精密星历产品对BDS-2和BDS-3广播星历的精度进行系统评估,进一步比较分析不同BDS-2和BDS-3卫星星座组合对单点定位的影响,提出一种基于SISRE(signal in space range error)的单点定位加权优化模型.实验结果表明,BDS-2星座中MEO、IGSO和GEO卫星广播星历轨道误差的R...     

流计算与传感网集成的城市内涝模型实时感知研究

从实时数据计算与地理过程模型集成的角度出发,针对流计算模型、系统耦合架构等难点,提出了基于开放标准的传感网与流计算耦合架构、实时内涝信息流计算模型等方法,设计并实现了一种基于流计算的城市内涝模型实时感知原型系统,并通过案例实验结果与分析,验证了方法的可行性。     

基于FLUS模型与动能定理的城镇用地增长边界划定

城镇用地增长边界能够有效控制城市的无序蔓延,对城市健康持续发展具有重要意义。当前针对城镇用地增长边界划定的研究多采用较为成熟的元胞自动机(CA)模型对城市未来格局进行模拟,且研究多集中于单一的城镇用地增长边界划定,尚无对城镇用地增长的惯性边界进行定量划定,而划定惯性边界不仅能够为城市发展预留一定的用地空间,也能提高城市规划的实施效率。对此,本文以2000、2009和2015年福州中心城区土地利用数据为基础,采用FLUS模型进行土地利用模拟,并对模型精度进行了验证(2015年土地利用模拟总体精度达到0.9389,Kappa系数达0.9165),据此预测了2027年的土地利用格局,从中提取城镇用地采取形态学的膨胀与腐蚀法(MED)进行增长边界的划定。在此基础上,本文提出了一种借鉴力学动能定理划定城镇用地增长惯性边界的方法,以坡度和地类作为摩擦力参数,对福州中心城区城镇用地增长惯性边界进行了研究。结果表明,FLUS模型和MED能够有效地对土地利用进行模拟且能较好的对城镇用地增长边界进行拟合;借鉴动能定理的方法能够根据城市不同方向的扩展阻力和各个方向的扩展强度较好地划定其惯性边界,具有现实可操作性和实际参考价值。     

顾及地表汇水分析的城市DEM构建

城市暴雨内涝是城市最普遍的自然灾害之一。受城市复杂下垫面环境的影响,城市暴雨积水具有响应时间短、淹没速度快的特点。数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）是城市地表汇水分析的关键,是暴雨积水分析的基础,而传统方法构建的DEM不能满足复杂下垫面环境下城市暴雨积水淹没分析的需求。本文以构建顾及地表汇水分析的城市DEM为目的,提出基于多源数据融合思想和地形修正思想的DEM构建方法,即将数字摄影测量技术构建的大范围DEM与车载激光扫描技术构建的城市道路高精度DEM相融合,再利用影响雨水汇流路径的建筑物、水系等要素对DEM进行修正的构建方法。本文以北京市海淀区公主坟地区为例进行研究,结果表明该方法构建的DEM在道路区域高程精度可达厘米级,实现了对城市道路易积水区域的重点表达,基于该DEM的汇水分析结果基本符合城市下垫面汇水特点,因此,本文构建的DEM适用于城市道路、桥区汇水路径分析和积水淹没分析。     

上海市城市空间扩展时空特征与预测分析

 本文以1990、1995、2000、2005年的上海市土地利用遥感监测数据为基本数据源,分析了1990-2005年上海市城市空间扩展 的时空特征。同时利用SLEUTH模型对城市空间扩展进行了模拟和精度验证,并对未来30年上海市城市空间扩展进行了预测。结果显示:1990-2005年,上海市城市空间扩展明显,城市面积净增加81 278hm²,净增长10.14%;在扩展的时间过程上呈现先减缓后加剧的趋势,2000-2005年城市用地扩展最为剧烈,城市面积净增加40 668hm²,净增长5.08%,填海造陆是该时期城市扩展的典型特征。SLEUTH模型可以较好地模拟预测上海市城市空间扩展的时空过程,不同时期模拟与遥感监测结果的Kappa系数最高达到了0.8476;未来30年,上海市城市用地将以年平均增长率1.63%的速度扩展,2040年城市用地面积将达到152 685hm²。城市扩展将占用耕地41 824hm²,年平均占用耕地1200hm²。城市扩展的方式主要是边缘增长,东部的浦东新区沿五洲大道向海方向、南部的徐汇区沿沪闵高架路向南,以及西部的嘉定区和青浦区沿京沪高速两侧向西的地区 均是未来城市扩展的主要方向。     

基于Dyna-CLUE改进模型和SD模型耦合的山区城镇用地情景模拟研究——以岷江上游地区为例

山区城镇扩张受山区地形和山地灾害等因素限制,而常用的土地利用模型难以有效表达这一特征。本文通过对Dyna-CLUE（Dynamic Conversion of Land Use and its Effects Model）模型进行改进并结合系统动力学（System Dynamic,SD）模型,充分发挥这2个模型在微观土地分配,及宏观情景模拟上的优势,很好地表达了山区地形和山地灾害等因素对山区城镇扩张的限制作用,为山区城镇扩张情景模拟提供了一个有效的方法。以岷江上游地区为例,根据研究区历史统计数据构建山区城镇用地SD模型,模拟低速发展、惯性发展和高速发展3种不同发展情景下城镇用地的需求,结合Dyna-CLUE改进模型,预测了对应情景下2011-2030年的城镇用地范围,并探究其对其他土地利用类型的影响。结果表明,发展速度越快,城镇主体越快达到地理限制区域的上限,并开始沿山间平地向两端扩张。耕地受山区城镇扩张的影响要远远超出其他土地利用类型,离城镇越近受影响越大。随着城镇扩张的加剧,其对自然环境的影响也逐渐增大。模型模拟结果能为山区城镇用地规划、评估由城镇扩张造成的生态环境问题和制定相应的对策提供有效的技术支撑。     

A Comparative Study of Methods for Delineating Sphere of Urban Influence: A Case Study on Central China

A number of urban and regional plans have been developed with the advancement of urbanization and regional integration, among which the delineation of sphere of urban influence and improvement of integration between the city and its hinterland have be- come vital important for guiding practices. In terms of delineating sphere of urban influence, existing studies have been focused on static study by using single year data or single method, resulting in a lack of time-series longitudinal analysis or comprehensive analysis based on multiple methods This study emphasizes on comparing two methods from both the theoretical and empirical perspective. Both gravity model and improwd field model are applied to the selected study area for measurements and comparison, to explore their strengths and weaknesses. A research framework for comprehensive analysis on delineating sphere of urban influence is proposed. In the end, the differences of deli：aeating methods are illustrated and the feasibility of comprehensive analysis is discussed. Recommendations are provided for selecting appropriate methods for delineating sphere of urban influence or developing regional hierarchy system plans and urban spatial structure schemes.     

基于地理分区与FLUS模型的城市扩张模拟与预警

城市的快速扩张不断改变着土地资源的转化,带来了诸多生态环境问题。分析和模拟城市扩张的机制,并对城市未来土地利用变化的风险进行预警,利于合理调控城市的发展。本文提出了一种基于地理分区和未来用地模拟(Future Land Use Simulation,FLUS)模型的城市扩张模拟模型,用于模拟和预测复杂的土地利用变化。该模型利用多指标数据进行空间聚类,耦合地理分区结果进行城市扩张模拟。珠江三角洲2005-2015年的城市扩张模拟结果显示,分区下的模拟精度(FoM=0.2329,提高了9%)明显高于未分区,说明不同分区在土地利用转化上存在空间差异,该模型能更有效地模拟城市土地利用变化。另外,本文构建了一种城市扩张预警指标评价体系,用于评估城市扩张的警情。根据在2005-2015基础上预测的2025-2045年土地利用变化结果,对珠江三角洲城市扩张进行多尺度预警分析。综合预警结果显示该区域大部分城市至2045年城市扩张警情将达到中警和重警,其中东莞警情一直维持在重警。由此,未来需要加强对珠三角城市扩张的宏观调控,以此来缓解未来城市扩张的警情。     

山东半岛城市群交通网络载流能力评估与优化研究

在总结城市群交通网络运输方式多元化、交通节点等级化、结构运行高效化等基本特征的基础上,本文基于GIS空间分析平台构建了城市群交通网络载流模型（Traffic Network Flow-carrying Model, TNFM）,以山东半岛城市群为研究案例区,综合评价和对比了交通网络及各类型交通线路的理论与实际载流能力,得出各行政单元交通线路的缺口指数,并据此提出城市群交通网络的优化与提升方案。研究结果表明：TNFM模型可以有效地评价城市群交通网络的载流能力并得出各行政单元和道路类型的缺口里程,为城市群交通体系规划提供科学依据;山东半岛城市群国道、省道和铁路建设不足,部分城市主干道分流不畅,60%的县市存在各级道路短缺,但高铁和县乡道可以满足载流需求;未来应重点加强上述4类交通线路的建设,完善交通线路间的接口系统,充分发挥高铁和县道的分流作用。     

基于空间场-水文模型的城市影响腹地界定及其空间演变分析——以河南省地级城市为例

城市影响腹地范围的划分,在区域与城市规划中有着重要的理论和实际意义。本文从"城市结节性"和"空间交通可达性"两方面改进场强模型,采用主成分分析法与指标体系计算河南省城市结节性指数,利用累积耗费距离测算空间可达性,借助k阶数据场模型与水文分析模型,综合测度了1991年和2010年河南省17个地级城市的影响腹地范围及空间演变特征。研究表明,20年间河南省地级城市的平均可达本文时间从1991年的45.41 min缩短为2010年的33.03 min,空间场能显著增长且空间分异性显著。南阳的腹地面积增加最大,信阳的腹地面积缩小最大;安阳腹地面积增加率和漯河腹地面积减少率最大。郑州的腹地范围与其行政辖区偏移度最大。