利用洪涝模型进行城市内涝风险快速识别与预警

中国越来越多的城市面临暴雨内涝问题,如能提前发布内涝预警,可防患于未然。基于水力学的精细化洪涝模型可对城区暴雨、洪水在河道、地表、管网的流动过程进行全程模拟,获得地表内涝积水过程、范围、水深等信息,为实现内涝识别和预警提供数据支撑。在利用精细化洪涝模型构建暴雨-内涝情景库的基础上,提出了利用情景匹配模式针对预报降雨发布城市内涝预警的方法。城市地表复杂,排水设施数据质量参差不齐,采用多模式概化方法尽可能详细地刻画决定内涝模拟效果的局部微地形,地表模型与管网模型采用多种耦合方式,实现了城区内涝的精细化模拟,能够进行内涝风险的精准化快速识别。以中国北京市城区为例,通过城区精细化洪涝模型对多种降雨条件下的暴雨情景进行模拟与分析,构建了北京城区的暴雨-内涝情景库。以道路和桥区为重点关注对象,在暴雨预报之际,结合暴雨与情景库特征参数快速识别有内涝风险的道路、桥区及其他区域并依此进行内涝风险预警,可指导相关部门合理安排交通管制、有效部署排涝力量。     

基于GIS的城市内涝积水数值模拟

根据城市内涝产流、汇流过程及其原理,以GIS为分析和开发工具,模拟、分析内涝积水的空间分布。基于DEM数据完成水流方向提取、汇流量计算,以及汇水区域提取,实现产流、汇流模拟。利用降水产、汇流的模拟结果,结合水文计算方法,基于GIS实现对城市内涝积水的数值模拟。     

基于GIS的城市内涝灾害分析模型研究

根据气象、水文、水利等专业知识,利用GIS的空间分析技术,结合城市地理数据库和数学计算模型及城市暴雨强度经验公式,建立城市内涝灾害分析模型。该模型是城市内涝积水计算和模拟的基础,能够根据城市降雨分布情况,模拟和预测城市的内涝灾害有关特征数据,如内涝积水的空间分布、深度分布、淹没面积和淹没时间等,模拟结果可为防灾减灾部门制定防灾减灾措施提供依据。     

台州市路桥区暴雨内涝淹没情景模拟分析

为了进一步研究利用水文水力学模型和GIS结合的多情景模拟方法进行洪涝灾害风险评估,该文以台州市路桥区为研究对象,首先选取路桥区典型雨量站长序列降雨资料,采用年最大值法取样,根据暴雨强度频率适线效果确定耿贝尔型分布曲线为其理论频率曲线,采用高斯-牛顿法推求暴雨强度总公式;然后基于GIS生成路桥区的真实地表格栅,进行两类汇水区的划分;最后概化排水管网系统,基于GIS并结合SWMM模拟出不同暴雨重现期的城市内涝结果;将其与调查后的路桥区历史涝情对比可知,计算模型和参数选取较准确,在城市暴雨内涝情景模拟方面有一定的应用价值。     

利用CD-TIN的城区暴雨内涝淹没模拟方法及其实验

基于约束Delauney不规则三角网(CD-TIN)对复杂城区地表进行精细建模,采用三角形面片上的汇流模式划分汇水单元,为内涝淹没过程模拟提供基本的分析单元。顾及雨水篦排水能力和地表特征的复杂性,提出了汇水单元内产汇流的时空模型与建模方法,并利用三棱柱集的二分数值解法给出了内涝淹没范围和水深的求解算法。以北京师范大学主校园为例,对2012年"7.21"暴雨内涝淹没过程进行了模拟分析,结果表明,本文方法有效、结果可靠。     

水力建模与GIS量化表达的地下排水管线承载力评价

地下排水管线是城市重要的基础设施,地下排水管线承载能力研究与评价是城市能够平稳安全度过暴雨期、避免城市内涝的关键。本文基于SWMM模型,以昆明市主城区一个代表性关键节点为研究对象,通过城市地下排水管线汇流模型的设计与校准、城市降雨模型与地面径流模型的设计及构建,结合GIS量化表达模拟城市排水管线各要素承载力的时空分布状态及其承载能力。通过地表径流模拟分析、管线运行模拟分析、不同时刻节点水位动态模拟分析及排放口径流特征模拟分析,对研究区域内地下排水管线进行承载力判别,为在城市更新改造过程中提升城市地下排水管线承载能力提供参考。     

江苏城市内涝预警系统设计技术与研究

针对强降雨引起的城市内涝等问题,通过深入分析研究江苏省城水文特征与城暴雨积涝致灾机理与致灾过程,构建GIS技术结合城雨洪模型(swmm)的城暴雨积涝模拟分析模型;基于暴雨积涝模拟分析模型实现气象观测数据、基础地理信息数据、河网水位监测数据、城排水管网数据的耦合分析计算,设计了江苏城市内涝预警系统,实现江苏省城暴雨积涝的积水风险空间分布的实时动态监测预警与预测预报。该系统内涝预报精度达到国内领先水平。     

基于FLUS-UGB模型的城镇开发边界预测研究——以滨州市为例

引入POI数据和手机信令数据作为反映城市功能设施分布数据以及居民行为活动的数据,改进FLUS模型以提高城镇开发边界划定精度;基于改进后的模型,对滨州市多种情景下的边界增长进行模拟研究。结果表明:1)改进FLUS模型后的模拟精度提高;2)在多情景预测方面,滨州市在不同情景下的城市新增面积不同,其中耕地保护情景下滨州市城市新增面积最大;3)为保证滨州市城市建设用地有序可持续发展,建议滨州市根据不同区域特点进行因地制宜规划。     

不透水面与地表径流时空相关性研究——以杭州市主城区为例

城市化进程中不透水面的扩展对城市地表水文循环产生了显著影响。研究不透水面与地表径流时空相关性能缓解城市内涝灾害,可为"海绵城市"提供建设意见。本文以杭州市主城区为例,提出结合BCI指数(Biophysical Composition Index)的线性光谱分解方法提取不透水面、植被和土壤盖度,提高了传统的线性光谱分解方法的精度。进一步结合SCS-CN模型(Soil Conservation Service Curve Number Method)模拟1990年—2017年杭州市主城区地表径流,在此基础上计算景观格局指数,研究杭州市主城区不透水面与模拟地表径流的时空特征,探究不透水面与模拟地表径流的关系。结果表明:(1)研究区近30年不透水面聚集度较高且呈增长趋势,增长速率趋于平稳,上城区和下城区不透水面面积占比最高,江干区、西湖区和拱墅区增长速率和增长强度相对较大。(2)研究区近30年模拟地表径流不断增长,220—240 mm的径流由中心城区向四周辐射,上城区和下城区模拟地表径流最高,与不透水面的演变趋势总体一致。(3)不透水面的空间格局与模拟地表径流高度相关,不透水面的斑块数量和破碎度与地表径流呈负相关,斑块所占景观比例、斑块密度、斑块聚集等与模拟地表径流正相关,可通过合理控制相关景观指标、优化不透水面空间格局控制地表径流。在此基础上提出了防止城市内涝的建议:增加绿地、花园等用地类型;减少大面积不透水面斑块,划分成更多的小斑块等。     

LiDAR与GIS技术在城市排水中的应用

针对城市由于短时较大降雨而使道路大量积水的内涝问题,利用LiDAR和GIS技术,根据排水动力模型,设计了较为完善的解决方案.     

面向防汛应急的重庆市洼地积涝预测模型研究

针对重庆市城市防汛应急的需要,在传统内涝模型的基础上,结合GIS空间分析与可视化技术,建立了一个运算快、实时性强的洼地积涝分析预测模型.该模型首先利用空间分析方法建立数字高程模型、城市洼地模型等数据模型,然后采用数值计算方法构建降雨模型、汇水模型、排水模型等分析模型,最后预测出洼地的积水面积、深度等.采用重庆市主城区的...     

城市暴雨积水模拟方法分析及研究

在总结目前常用城市暴雨积水模拟方法的基础上,从水体由高到低的运动机理着手,将基于数字地形分析技术的路径算法引入城市暴雨积水模拟,并考虑到管网汇流及城市地形因素,给出数据修正与算法改进的具体方法。     

城区内涝淹没模拟算法

针对城区内涝淹没范围和水深模拟问题,该文提出了一种基于约束Delaunay不规则三角网与三棱柱的城区内涝淹没模拟算法。该算法以沿地面三角形的顶点垂直向上引垂线形成的三棱柱为计算单元,通过"等体积"的方法,建立时间序列切片下的淹没水深和积水量的关系,据此实现淹没范围和水深模拟。以北京师范大学(简称"北师大")主校区为例,对单汇水区的水面高程上升模拟结果与实际观测值进行对比,基本吻合;并与传统栅格DEM的淹没效果进行了对比,表明该算法正确有效。     

GIS辅助的内涝灾害风险评价——以豹澥社区为例

随着数字化进程中空间数据库的建设,应用GIS平台可以有效地分析及显示城市内涝灾害分布.以武汉市豹澥社区为研究对象,在分析洪灾形成因素的基础上,提出基于地理信息系统的内涝灾害风险评估指标模型.基于GIS结合SWMM模拟出的不同暴雨重现期的城市内涝结果,进行内涝灾害风险区划分析,绘制出不同暴雨重现期的内涝风险分布图.     

西安市城市内涝模拟与损失灰色关联度研究

综合GIS技术与城市内涝基本原理,基于DEM、水文学原理、不透水面并考虑下渗、排水情况,模拟水流沿格网单元从高到低流动,按照坡度比例分配流量,形成不同降雨强度的城市内涝情景模拟,提取西安市几个典型的积水点淹没风险范围和分布特征等信息,并进行空间分析与数据验证,结果与实际相符。再叠加地表覆盖分类成果和统计年鉴数据,获取不同淹没风险范围内的人口、经济、交通、建筑物等数据,引入灰色关联理论对降雨量和损失因子的关联程度进行定量化,探讨综合影响因素中城市内涝损失的大小问题。结果表明：降雨量与经济损失因子的关联度最大,达到了0.823,与人口损失因子的关联度最小,为0.725,从大到小的顺序为：经济>建筑物>淹没面积>道路>人口。因此,提出充分考虑人为可控的城市内涝影响因子,合理控制城市用地扩展速度,提高土地利用效率的建议,旨在对城市内涝的管理、预测、决策等提供参考。     

城市内涝监控预警与联合调度系统设计与开发

针对城市内涝积水问题,设计研发了基于物联网与GIS技术的城市内涝监控预警与联合调度系统,实现了对道路、下沉式立交桥等城市积水点的视频信息、积水深度以及城市排水管道水位信息、泵站蓄水池水位信息的实时监测与在线传输。将这些反映城市当前积水状况的数据与排水泵站进行链接,当监测数据达到系统设置的阈值时,可自动开启或关闭泵站,实现城市内涝排水的自动化、智能化管理,为及时有效解决城市内涝问题提供了高效的管理手段;同时,可在积水点周边路口对积水严重等级进行公示,给来往车辆及行人提供预警,以免造成不必要的人身财产损失,实现城市管理的智能化和人性化。     

智慧城市内涝灾害评估体系构建

近年强降雨频发,城市内涝灾害屡见不鲜。面对突如其来的内涝灾害,能准确、快速地预测评估灾害等级,为智慧政务决策、应急救援反应提供可靠的理论依据意义重大。以合肥市智慧城市防涝建设为例,利用条件函数方法融合年降雨量,模拟受灾城市积水范围,采用加权叠加指标体系法和层次分析法构建涵盖致灾因子、孕灾环境、承灾体的智慧城市内涝灾害评估体系,通过重分类和标准化处理,依据加权叠加分析生成城市内涝积水危险等级划分模型。为智慧城市建设中内涝灾害的智慧决策和评估提供了理论依据。     

融合时序数据和面板数据的LSTM-RBF城区面积预测模型

城市扩展模拟预测是将城市时空演变规律应用于城市规划建设决策的重要基础,也是城市研究的热点。现有研究主要分为两类:一类是从城市时空演变角度出发采用异速增长等模型利用时序数据预测;另一类从城市扩张驱动力角度出发采用各类神经网络或多元回归模型结合面板数据进行预测。这两类算法均从单一方面对城市扩张做出解释,缺乏对城市时空演变规律和驱动因素双方面的综合考虑。本文提出了融合时序数据和面板数据的LSTM-RBF城区面积预测模型,该模型通过将长短期记忆(LSTM)网络和径向基函数(RBF)网络相结合,实现了时间序列城区面积和经济、人口等驱动力数据双方面支持下的城区面积联合预测,提高了城区面积预测的精度,为城区面积预测提供了一种新颖有效的方法,能够为城市时空演变研究服务于城市土地利用和规划制订提供技术支持。     

三维GIS的城市暴雨积涝灾害模拟

针对传统基于二维GIS进行城市暴雨积涝模拟分析不能立体地展现积涝灾害动态演进过程、地物受灾情况的问题,该文提出了基于三维GIS进行城市暴雨积涝灾害模拟分析。该方法综合应用精细化建模与地物拉伸建模技术,通过区域DEM构建、地表路面建模、建筑物建模、地形匹配构建研究区三维模型;以改进的D8算法进行汇水区划分,应用径流系数法进行汇水区产流计算。研究结果表明,该方法能够有效实现三维场景中暴雨积涝积水深度、积水范围计算以及积水深度、受灾房屋、受灾道路可视化表达,为城市暴雨积涝灾害防灾减灾提供技术支撑。     

多尺度地表水动态模拟及应用

本文利用流水网模型分别基于多尺度地表模型建模和多尺度降雨源点模拟两种方式构建不同尺度的流水网模型,模拟从地表的任意降雨源点到河流出水口的水流路径,并通过曼宁公式计算任意时刻的流速和流量,从而实现多尺度地表水的动态模拟研究。通过与SWAT模型的对比试验表明,该模型的模拟精度有较大提高,Nash系数约提高了40%,相关系数和水量平衡系数也略有提高,较好地验证了该模型的可行性和有效性。