设计暴雨雨型对城市内涝影响数值模拟

为分析设计暴雨雨型对城市内涝的影响,应用耦合了水文和水动力过程的数值模型,以陕西省西咸新区为研究区域,对不同重现期及峰值比例设计暴雨条件下的内涝过程进行模拟,并对内涝积水总量、不同积水深度内涝面积等量值进行对比分析。结果表明:设计暴雨重现期短于20年时,峰值比例较小的设计暴雨内涝积水总量较大,而重现期长于20年时,规律相反;除2年一遇设计暴雨外,峰值比例较大的设计暴雨致涝总面积较大,但其中影响严重的Ⅳ级致涝面积较小;设计暴雨峰值比例越小,重现期越长,积水总量峰值时刻相对于暴雨峰值时刻的迟滞时间越长。揭示了暴雨雨型与内涝积水程度的量化规律,对更合理地开展城市雨洪管理工作具有指导意义。     

变化环境对城市暴雨及排水系统影响研究进展

近年来,变化环境（气候变化和城镇化）导致城市暴雨的发生频率或强度增加,加剧了城市暴雨洪涝问题。因此,分析变化环境对城市暴雨及排水系统的影响对城市水资源规划管理、市政规划设计和城市防灾减灾有着重要意义。总结了未来高精度降雨预估技术、变化环境下排水系统设计标准等关键问题的研究进展,综述了变化环境下城市短历时暴雨演变规律及变化环境对城市排水系统影响的研究现状,探讨了变化环境对城市短历时暴雨的影响机理,并归纳了当前研究变化环境对城市暴雨及排水系统影响的主要方法。指出今后应重点加强的研究:①加强气候变化和城镇化对城市短历时暴雨影响机制的研究;②提升区域气候模式对城市区域下垫面和大气相互作用的描述能力,并加强公里尺度对流可解析模型在城市气候变化影响研究中的应用;③加强对变化环境下排水系统设计标准的研究;④综合评估气候变化和城镇化对城市排水系统超载、污染物转移和水安全等的影响。     

基于SWMM-CCHE2D耦合模型的海绵城市内涝管控效果评价

为了解决暴雨导致的城市内涝,为应急管理提供技术支撑,考虑城市暴雨过程及海绵地表特性,结合城市水文学及水力学原理和芝加哥雨型,建立了SWMM-CCHE2D耦合模型。结合高精度地形数据和降雨、径流实时监测数据,采用SWMM雨洪模型模拟暴雨条件下海绵城市的产流,耦合高精度的二维水动力模型CCHE2D模拟相应的内涝情况。结果表明：暴雨条件下通州海绵区的产汇流具有缓慢下渗和汇流的特性,主要海绵措施的加入对径流削减率会有9.0%~40.6%不同程度的提高,从而减缓内涝,其中,对5年一遇暴雨的效果最显著;在100年一遇暴雨下设计的各种海绵措施中,生物滞留带对径流削减率的提高程度最明显,高达28.4%,透水铺装和绿地也具有较好的效果。     

程晓陶:治理城市内涝需多措并举

7月21日,61年一遇的暴雨袭击京城,造成严重的城市内涝,再次引发人们对城市排水的思考。近日,中国水利水电科学研究院副总工程师、水利部防洪抗旱减灾研究中心常务副主任、国家减灾委员会专家委员会专家程晓陶     

石家庄市城市内涝成因及防治对策

随着城市的不断扩建,城市内涝成为困扰城市发展的重要环境问题之一。根据对城市内涝问题的理解,分析石家庄市城市内涝成因,在此基础上提出加强城市防涝管理的规范性,优化城市排水系统等防涝对策。     

海绵城市内涝防治系统的功能解析

为加强海绵城市内涝防治基础研究，提出了包括源头控制系统、雨水管渠系统、超标雨水蓄排系统等海绵城市内涝防治系统的构建方法，分析其防涝功能及其对应的雨洪量级。以北京通州试点为例，在50年一遇24 h降水339.85 mm的情景下，源头控制系统、雨水管渠系统、超标雨水蓄排系统承接的降水量分别为34.00 mm、130.70 mm、175.15 mm。引入GAUSS函数进行非线性拟合，研究了海绵城市内涝防治系统的防涝机理，将防涝功能评估过程转化为对GAUSS函数参数估计的过程。在成本效益分析法基础上，以内涝防治效果、全生命周期成本、占地面积作为决策指标，以不同方案情景下单位面积上的"效益/成本比值"最大化作为目标函数，提出海绵城市内涝防治系统的功能优化思路。     

城市暴雨积水过程的模拟

在对城市排水系统产汇流特性分析的基础上,采用水文学与水力学相结合途径,建立了城市地面积水数学模型。模型能够可靠地模拟暴雨造成的城市地面积水的量级、面积、深度和历时,并借助GIS的功能动态地演示地面积水的涨消过程,为制定城市防汛减灾对策和措施提供水情及涝情信息。     

岩溶浸没内涝灾害研究

在我国华南、西南的裸露型岩溶地区, 旱涝灾害频发。这是亚热带湿润气候条件下岩溶地区环境脆弱的一种表现。一些地势较高的峰丛洼地, 由于地表迳流稀缺, 难以修建蓄水工程, 干旱缺水现象较为普遍。而地势较低的岩溶洼地, 谷地和峰林平原, 夏秋雨季, 地下岩溶管道排泄受阻, 经常发生滞洪涝灾, 使农田、村镇周期性受淹。如果修建水库抬高了河水位, 淹没了地下河或泉口, 使库水循地下河倒灌, 顶托了地下河的排泄, 则使岩溶洼地内涝更加严重。此种岩溶地区三水(大气降水、地表水、地下水 )转化现象所导致的内涝灾害, 称之为岩溶浸没内涝。     

海绵城市内涝防治系统的功能解析

为加强海绵城市内涝防治基础研究，提出了包括源头控制系统、雨水管渠系统、超标雨水蓄排系统等海绵城市内涝防治系统的构建方法，分析其防涝功能及其对应的雨洪量级。以北京通州试点为例，在50年一遇24 h降水339.85 mm的情景下，源头控制系统、雨水管渠系统、超标雨水蓄排系统承接的降水量分别为34.00 mm、130.70 mm、175.15 mm。引入GAUSS函数进行非线性拟合，研究了海绵城市内涝防治系统的防涝机理，将防涝功能评估过程转化为对GAUSS函数参数估计的过程。在成本效益分析法基础上，以内涝防治效果、全生命周期成本、占地面积作为决策指标，以不同方案情景下单位面积上的"效益/成本比值"最大化作为目标函数，提出海绵城市内涝防治系统的功能优化思路。     

城市暴雨强度公式研究进展与述评

能够客观反映城市降雨特征与规律的暴雨强度公式是城市排水防涝基础设施建设、海绵城市建设过程中相关工程规划、设计的重要前提。简述了暴雨强度公式推求的过程,从暴雨强度公式型式、暴雨资料选样方法、频率曲线选择、频率曲线参数估计以及暴雨强度公式的参数求解等方面,系统梳理了国内外发展现状,深入分析、归纳了各种方法的优缺点,对暴雨强度公式编制过程中存在的两步最优与直接拟合、公式拟合的"异参同效"、公式及参数合理性分析以及编制长历时暴雨强度公式等问题进行深入剖析,认为暴雨强度公式还需在全要素误差分析、成果合理性检验、降雨空间分布、气候变化对城市未来降雨的影响等方面进行深入研究。     

基于WCA2D与SWMM模型的城市暴雨洪涝快速模拟

为探讨计算高效的元胞自动机模型(WCA2D)与传统一维管网模型耦合的机制以及计算效果,尝试将WCA2D与SWMM模型耦合(SWMM/WCA2D),以广州市长湴片区为例探究一种暴雨洪涝快速二维模拟技术,对比实测积水数据以及SWMM/LISFLOOD-FP模拟,结果表明:SWMM/WCA2D模拟结果与"20180607"实测积水数据相近,表明模型精度良好;根据多指标评估结果,综合考虑主干渠道淤积以及建筑物阻挡情景的R_TPR、R_PPV、F₁值分别达到0.8、0.6、0.7,模拟精度最高,最能反映区域实际情况;通过与SWMM耦合,WCA2D和LISFLOOD-FP的模拟结果差异小(最大水深差值基本低于0.1 m)、相关性强(相关系数基本超过0.7),但前者计算效率是后者的3～5倍,表明WCA2D能够耦合SWMM且计算效率更高,为复杂城市化地区暴雨洪涝快速模拟提供了一种新方法。     

城市耗水计算模型

快速城市化背景下,城市人工供水的比例迅速增加,由此产生的耗水不可忽视。传统水文模型在计算耗水时一般只考虑降水产生的蒸发,忽略人工耗用蒸发。为解析城市耗水过程,探究城市耗水机理,在观测城市耗水过程的基础上,划分城市耗水类型,建立城市耗水量计算模型。以北京市某区域为例,采用调查统计、实验监测和模型计算结合的方法,计算该区域2014年的耗水量为820.0 mm,明显高于传统水文模型的计算结果（多年平均值为494.0 mm）。分项结果显示:研究区绿地耗水贡献率为40.58%,建筑体耗水贡献率为38.70%（其中内部人工耗水为31.22%,屋顶截留雨水蒸发为7.48%）,硬化地面贡献率为18.32%,水面贡献率为2.40%。结果表明:建筑体内部耗水量不可忽视,是人工用水消耗的主要组成部分,其耗水量与建筑体层数和居民数量成正比例关系。     

南京汤泉地下热水补给来源与成因模式

南京汤泉地区地下热水资源丰富,阐明其补给来源及成因模式,对于地下热水的科学开发意义重大。采用水化学及同位素地球化学分析方法对其进行了系统研究。结果表明,研究区地下热水与浅层冷水水化学组成差异明显,热储温度为63~75℃,循环深度为1.8~2.3 km。大气降水入渗是地下热水的补给来源,补给高程范围为321~539 m;循环周期为2046~6474 a;地下热水上涌过程中会混入比例为4%~26%的浅部岩溶冷水。经分析,该地热系统成因上属于中低温对流型,补给区主要为老山复背斜构造内的碳酸盐岩裸露区,依靠区域大地热流供热,热储层主要为上震旦统白云岩,盖层为寒武系、白垩系及第四系,地下热水经深循环沿NEE向与NW向断裂交会通道向上运移,并与浅部冷水发生混合,形成本区的地热异常。     

长江中游洪涝灾害的成因与监测决策支持系统的建立

洪涝灾害的防治是长江中游地区急需解决的首要环境问题。讨论了长江中游洪涝灾害的深层次成因,探讨了运用“3S”技术建设洪涝灾害监测、评估与决策系统的可能性,初步提出了系统设计的基本框架和试验区建设的结构流程。以期通过该系统的建设,利用高新技术手段,为长江中游地区洪涝灾害防治提供科学的决策支持。     

城市水环境承载能力研究

针对人类高强度活动区——城市水资源系统特点和存在的水环境问题,探讨城市水环境承载能力和水资源承载能力的概念及内涵;提出了计算城市水环境承载能力的"控制目标反推模型"(COIM模型),该模型主要包括:城市污染物排放量计算、控制断面径流量计算、控制断面水质指标计算、控制目标方程和城市水环境承载能力计算;以郑州市为应用范例,介绍城市水环境承载能力计算模型应用及水环境调控对策制定.     

岳城水库控制流域暴雨洪水的时程分布规律及分期划分研究

从两个方面全面分析了岳城水库控制流域的暴雨洪水时程分布及分期规律:一是根据实测水文资料,通过统计暴雨日数,典型历时年最大降水量、年最大洪峰流量和5日洪量在各旬出现的频率,对流域暴雨洪水时程分布特性进行了多方面的综合分析;二是通过对流域所处地区暴雨形成的天气成因分析,为前述的统计分析结果提供必要的成因基础.还利用旬平均降雨量的相对系数来确定汛期的起止时间.分析结果表明,岳城水库控制流域的暴雨洪水时程分布具有比较明显的变化规律,其中有一个时期暴雨洪水出现的次数多、量级大,主汛期特征显著,汛期可以划分为3个分期,即前汛期、主汛期和后汛期.     

四川省暴雨过程综合评估模型的研究及建立

利用1961-2013年四川省156个国家级气象观测站的逐日降水资料,按照暴雨过程的识别标准,统计得到851次暴雨过程。选取了4项适用于四川省天气气候特征的暴雨过程评价指标,依据历史重现期划分出各指标的等级标准,并利用欧氏距离函数建立了暴雨过程等级评估模型。为能全面反映整个暴雨过程的强度,构建了一个物理意义清晰的暴雨过程综合强度评估模型。该模型客观地考虑了4项指标的权重及其自身变率,对暴雨过程的描述更加科学。通过对历史暴雨过程进行评估分析,发现评估结果与历史灾害事件的记载在时间和强度上具有较好的一致性,评估效果理想,可满足四川省暴雨天气过程定量评估业务的需求。     

城市水土环境变化的地质指标体系

随着全球城市化进程的不断加快,城市水土环境变化日益引起人们的关注。借鉴国际地质指标研究的思路,有针对性地构建了城市水土环境变化的地质指标体系。首先明确了城市水土环境的概念内涵,确定了指标体系构建的原则,在此基础上提出了融合“CSR模型”和“PSR模型”的指标体系框架,在此框架指导下构建了城市水土环境变化调查指标体系和监测指标体系,二者共同构成了城市水土环境变化地质指标体系,为城市水土环境调查、监测与管理提供了前期的技术支撑。     

瓦斯地质数学模型软件的开发

简述了瓦斯地质数学模型法的基本原理及其建模工具;介绍了用VC++6.0语言对此数学模型设计的软件的结构、用法和特点;并以山东省新汶协庄矿11煤层为例进行了瓦斯含量预测,达到了较好的预测效果。