基于GIS的城市内涝影响因素及多元回归模型研究——以上海为例

全球气候变化引起了极端气候事件的增多,洪涝已成为最主要的相关灾害和世界各大城市共同面对的敏感问题之一.本文以中国特大型城市上海为例,基于历史数据及GIS空间分析,综合研究了上海市的降雨、城市建设用地扩张、人口集聚分布、城市数字高程(DEM)、基础设施排水能力等因素对中心城区暴雨内涝发生的影响,并基于Python中的scikit-learn机器学习模块构建了多元Logistic回归模型,根据以上因素对内涝是否发生进行判别,模型准确率达到90%以上.研究表明,上海市中心城区DEM、不透水面分布和人口分布显著影响其暴雨时的内涝发生率.     

基于机器学习的城市暴雨内涝时空快速预测模型

暴雨内涝的快速预测对于提升灾害应急处置能力具有重要意义。针对传统数值模拟复杂耗时导致难以满足暴雨内涝预测时限要求的问题,该文基于机器学习方法构建城市暴雨内涝时空快速预测模型。利用城市综合流域排水模型(InfoWorks ICM)模拟的高精度网格结果作为数据驱动,综合考虑降雨因素、地理数据以及排水管网的分布情况,分别基于随机森林、极限梯度提升(XGBoost)、K最近邻以及长短期记忆(LSTM)神经网络建立城市暴雨内涝快速预测模型。以北京市某区域为例,开展算例研究,结果表明：随机森林模型的空间预测效果最佳,淹没范围预测准确率可达99.51%,积水深度平均预测误差3.55%; LSTM神经网络模型能准确预测内涝点积涝过程的水深时序变化。在该算例场景下,所构建的机器学习模型可实现s级的暴雨内涝时空快速预测。     

暴雨内涝灾害模拟研究

 城市暴雨内涝灾害的频发,已经给城市居民生命、财产安全等造成了严重威胁。对城市暴雨内涝灾害危险性模拟,可为城市暴雨内涝灾害危险性预报预警提供依据。以长春市南关区为研究区,以城市暴雨内涝灾害为研究对象,从多情景视角出发,提出了城市暴雨内涝灾害危险性多情景模拟框架,并以一、二维非恒定流为控制方程,以不规则网格为骨架综合构建了城市暴雨内涝灾害危险性数值模拟模型,实现研究区暴雨内涝灾害危险性多情景模拟。研究结果可为城市内涝应急管理部门在内涝灾害预报预警上提供参考依据。     

城市暴雨内涝水文水动力耦合模型研究进展

城市地表是暴雨内涝水文与水动力过程的共同载体,水流运动是水文与水动力过程的共同形式,故暴雨内涝水文与水动力过程存在极为复杂的耦合关系.从城市暴雨内涝水文水动力耦合模型构建的角度,综述了城市暴雨内涝水文水动力学机制、数学模型及其求解方法的研究进展,总结了各种模型及方法的优缺点,指出了水文驱动水动力模型与水文水动力耦合模型的本质区别,并探讨了城市暴雨内涝水文水动力自适应耦合建模方法及高性能计算技术.     

杭州市主城区暴雨内涝灾害风险区划

城市暴雨内涝灾害风险区划对减轻城市灾害损失以及提高防洪抗灾能力有着重要的现实意义.从致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性以及防灾减灾能力4个方面出发,在已有洼地积涝提取模型的基础上,采用GIS空间分析技术和模糊综合评价方法,选取内涝灾害频发的杭州主城区进行暴雨内涝灾害风险区划研究,最终生成以30m×30m为基本评价单元的暴雨内涝灾害风险区划图.结果表明,杭州市主城区大部分区域(面积比约为83.12%)风险等级为中等及以下,小部分区域(面积比约为16.88%)风险等级较高,整体表现出较强的空间差异性,呈现出以上城和下城等老城区为中心向外辐射、风险等级逐渐降低的特点,其中富阳区内局部地区由于受地形影响导致风险等级较高.     

城市暴雨内涝数学模型的研究与应用

该文以通过排水管网水流运动模式为主要模拟对象，研制了城市暴雨内涝积水的数学模型。进行污水模拟和实现模型进行了初步的探讨。同时模拟城市暴雨内涝水力工况系统，并根据其应用情况进行相应地误差分析和修正。     

基于情景模拟的城市内涝动态风险评估方法

该文建立了一套针对城市暴雨内涝灾害的定量风险评估方法。通过二维水力学模型模拟积水的时空分布,并采用基于国内实地调查获得的脆弱性曲线估算内涝灾害损失。以福建省龙岩市新罗区为例进行了内涝风险评估,模拟了该地区不同降雨情景下的内涝时空分布和灾害损失情况。结果显示:持续时间越长、重现期越长的暴雨导致的积水和经济损失越严重,但不同的暴雨导致的积水区域在很大程度上是一致的。通过不同雨水井分布情况下经济损失总量的估算,分析了雨水井对降低城市暴雨内涝风险的作用。结果表明:雨水井可以有效降低内涝风险,但应对短时强降雨的效果有限。     

基于HY-SWMM的居住小区暴雨内涝模拟及小区防洪涝研究

选取郑州市高新区盛和苑小区为研究对象,创建HY-SWMM(鸿业海绵城市/暴雨模拟软件),通过重现郑州“7·20”暴雨的雨量,模拟居住小区的内涝时空演变,得到相应的径流与积水数据。经过对居住小区在暴雨事件下的HY-SWMM内涝模拟计算结果分析,结合城市内涝成因,提出居住小区在暴雨内涝下的应对策略,以提高居民在城市暴雨内涝时的防灾能力与承灾韧性,对城市暴雨内涝防灾策略进行一定的补充。     

基于地理国情监测数据的暴雨洪水管理模型优化

暴雨洪水管理模型作为动态模拟的城市暴雨积涝模型,被广泛应用于城市积涝负荷估算研究,并在很多小尺度研究中取得了很好的效果。随着中国城市发展不断加快,城市积涝研究的空间尺度也随之变大,如何科学合理地构造模型,并且保证模型的精度成为研究中的一个重要问题。基于地理国情监测数据,分析暴雨洪水管理模型应用于城市区域暴雨积涝模拟时地理国情监测数据对模型精度的影响,并在此基础上,在汇水区划分、管网概化、节点选取3个方面对其参数进行优化。以陕西省延安市为例,利用优化后的模型对3场真实降雨相关数据进行分析,给出对延安市内涝风险的区域划分。研究结果表明,溢流节点和超载管段基本符合街道淹没情况,为延安市内涝风险防治提供了科学参考。     

暴雨内涝下公交乘客的出行选择行为

基于暴雨内涝天气对公交线路运行影响强弱的三种情形,通过实际调查(RP)和意向调查(SP)的调查结果进行效用模型估计和决策变量的敏感性分析,解析暴雨内涝下公交乘客的出行选择行为机理,得到公交乘客出行选择行为的影响因素(由强至弱)是步行时间、票价、车内时间和车内拥挤程度,以及所选出行方式的主要特点(由强至弱)是零换乘、低票价、中途易更改出行意愿和运行稳定.最后根据上述结果,从调度指挥、对信息服务、交管保障三个方面进行了暴雨内涝天气下公交应急预案的探讨.     

基于PGIS的城市社区居民暴雨内涝灾害风险认知——以上海市普陀区金沙居委地区为例

以上海市普陀区金沙居委地区为例,运用PGIS方法对社区尺度的暴雨内涝灾害风险认知进行研究。结果表明:社区居民对暴雨内涝灾害风险的时间和空间特征认识较为准确,对暴雨内涝灾害风险的态度表现为家庭受到的影响程度,对暴雨内涝灾害风险的形成原因主要归为自然因素,基本没有认识到自然因素和人为因素的共同作用。     

基于InfoWorks ICM模型的地铁场站内涝积水防控研究

选择郭公庄和宋家庄地铁场站为研究对象,采用InfoWorks ICM模型软件构建洪涝模型并开展内涝积水模拟分析.模拟结果表明:100a一遇长历时(24h)暴雨情景下郭公庄地铁场站最大积水深度为0.922m,宋家庄为0.607m;在重现期达50a一遇时宋家庄所有管网即达到满流状态.分析结果表明:郭公庄内涝积水主要是由于下游水位顶托;而宋家庄主要是由于管网排水能力不足.本研究基于模拟结果提出了内涝积水防控措施,经海绵城市改造措施后,10a一遇短历时(1h)暴雨情景下宋家庄地铁场站出水口洪峰相对未改造情景削减了22.2%;经管网改造后,1a一遇长历时(24h)暴雨情景下宋家庄内涝积水削减率为100.0%;郭公庄3台排水泵全运行状态下,郭公庄总积水量相对无泵情景削减了29.5%.     

城市暴雨内涝预报研究

利用1995—2006年太原城市暴雨内涝灾害及其相关资料,统计分析了各种因素在内涝灾害形成中的作用与相互关系;以二维非恒定流理论为基础,构建暴雨内涝预报数学模型,并对其进行了模拟试验。     

LID控制下城市成涝风险规律与防涝应急研究

为研究LID控制下城市内涝应急响应规律,以SWMM模型为工具,在汉口某小区模型的基础上建立年径流总量控制率85%的城市模型,依据芝加哥降雨模型和汉口暴雨公式,设置降雨历时为2和4小时,重现期为1、2、5、10年的降雨强度序列开展成涝风险性研究。结果表明：重现期的变化不影响内涝显现时刻及内涝风险程度二者的变化规律,即重现期相同时,短历时降雨内涝显现时刻提前于,内涝风险程度高于长历时,且随着重现期的增加,长、短历时降雨作用下内涝显现时刻均略微提前,而内涝程度均逐渐加深;存在临界重现期使得在此重现期范围内,短历时降雨作用下内涝时长较长历时更长,而超过该重现期,表现出与前述相反的规律。基于此,提出采用基于贝叶斯决策理论和二区间数方案优选理论应急决策方法,并以重现期为10年、历时2小时的降雨强度序列为决策情景进行防涝应急决策,决策选择方案a₆为应急救援方案,表明了该决策方法在LID控制下城市内涝应急决策上的适用性     

LID控制下城市成涝风险规律与防涝应急研究

为研究LID控制下城市内涝应急响应规律,以SWMM模型为工具,在汉口某小区模型的基础上建立年径流总量控制率85%的城市模型,依据芝加哥降雨模型和汉口暴雨公式,设置降雨历时为2和4小时,重现期为1、2、5、10年的降雨强度序列开展成涝风险性研究。结果表明:重现期的变化不影响内涝显现时刻及内涝风险程度二者的变化规律,即重现期相同时,短历时降雨内涝显现时刻提前于,内涝风险程度高于长历时,且随着重现期的增加,长、短历时降雨作用下内涝显现时刻均略微提前,而内涝程度均逐渐加深;存在临界重现期使得在此重现期范围内,短历时降雨作用下内涝时长较长历时更长,而超过该重现期,表现出与前述相反的规律。基于此,提出采用基于贝叶斯决策理论和二区间数方案优选理论应急决策方法,并以重现期为10年、历时2小时的降雨强度序列为决策情景进行防涝应急决策,决策选择方案a6为应急救援方案,表明了该决策方法在LID控制下城市内涝应急决策上的适用性。     

基于“SCS-GIS”的城市雨洪格局研究——以扬州江都区为例

【目的】探索海绵城市背景下的城市雨洪安全格局研究新方法和思路,结合实例确定研究区的易涝区域和径流量。【方法】将SCS-CN水文模型的定量分析与GIS空间模拟工具相结合,以扬州江都区为例,建立了“从数据到空间”的建成区雨洪格局研究与表达方法。【结果】通过SCS-CN水文模型较为准确地计算了扬州市江都建成区在单场雨量为40 mm的降雨过后城市各类用地的雨水径流分布数据;通过GIS空间模拟技术与SCS-CN模型相结合,将雨水直接径流量的分布在城市空间中表现出来;根据计算出的各类用地的径流总量,对雨水径流总量最多的3类用地进行GIS空间模拟,直观地反映出建成区内易涝的地块。【结论】SCS-CN水文模型与GIS空间模拟工具相结合可以直观有效地反映暴雨过后的城市内涝状况,便于采取针对性措施建设海绵城市。     

基于“SCS-GIS”的城市雨洪格局研究——以扬州江都区为例

【目的】探索海绵城市背景下的城市雨洪安全格局研究新方法和思路,结合实例确定研究区的易涝区域和径流量。【方法】将SCS-CN水文模型的定量分析与GIS空间模拟工具相结合,以扬州江都区为例,建立了“从数据到空间”的建成区雨洪格局研究与表达方法。【结果】通过SCS-CN水文模型较为准确地计算了扬州市江都建成区在单场雨量为40 mm的降雨过后城市各类用地的雨水径流分布数据;通过GIS空间模拟技术与SCS-CN模型相结合,将雨水直接径流量的分布在城市空间中表现出来;根据计算出的各类用地的径流总量,对雨水径流总量最多的3类用地进行GIS空间模拟,直观地反映出建成区内易涝的地块。【结论】SCS-CN水文模型与GIS空间模拟工具相结合可以直观有效地反映暴雨过后的城市内涝状况,便于采取针对性措施建设海绵城市。     

海绵城市建设中建成区雨洪格局的量化研究

【目的】探索海绵城市背景下的城市雨洪安全格局研究新方法,结合实例确定研究区的易涝区域和径流量。【方法】将SCS-CN水文模型的定量分析与GIS空间模拟工具相结合,以扬州江都区为例,建立了"从数据到空间"的建成区雨洪格局研究与表达方法。【结果】通过SCS-CN水文模型较为准确地计算了扬州市江都建成区在单场雨量为40 mm的降雨过后,城市各类用地的雨水径流分布数据;通过GIS空间模拟技术与SCS-CN模型相结合,将雨水直接径流量的分布在城市空间中量化表现;根据计算出的各类用地的径流总量,对雨水径流总量最多的3类用地进行GIS空间模拟,直观地反映出建成区内易涝的地块。【结论】SCS-CN水文模型与GIS空间模拟工具相结合可以直观有效地反映暴雨过后的城市内涝状况,便于采取针对性措施建设海绵城市。     

基于“SCS-GIS”的城市雨洪格局研究——以扬州江都区为例

【目的】探索海绵城市背景下的城市雨洪安全格局研究新方法和思路,结合实例确定研究区的易涝区域和径流量。【方法】将SCS-CN水文模型的定量分析与GIS空间模拟工具相结合,以扬州江都区为例,建立了“从数据到空间”的建成区雨洪格局研究与表达方法。【结果】通过SCS-CN水文模型较为准确地计算了扬州市江都建成区在单场雨量为40 mm的降雨过后城市各类用地的雨水径流分布数据;通过GIS空间模拟技术与SCS-CN模型相结合,将雨水直接径流量的分布在城市空间中表现出来;根据计算出的各类用地的径流总量,对雨水径流总量最多的3类用地进行GIS空间模拟,直观地反映出建成区内易涝的地块。【结论】SCS-CN水文模型与GIS空间模拟工具相结合可以直观有效地反映暴雨过后的城市内涝状况,便于采取针对性措施建设海绵城市。     

基于“SCS-GIS”的城市雨洪格局研究——以扬州江都区为例

【目的】探索海绵城市背景下的城市雨洪安全格局研究新方法和思路,结合实例确定研究区的易涝区域和径流量。【方法】将SCS-CN水文模型的定量分析与GIS空间模拟工具相结合,以扬州江都区为例,建立了“从数据到空间”的建成区雨洪格局研究与表达方法。【结果】通过SCS-CN水文模型较为准确地计算了扬州市江都建成区在单场雨量为40 mm的降雨过后城市各类用地的雨水径流分布数据;通过GIS空间模拟技术与SCS-CN模型相结合,将雨水直接径流量的分布在城市空间中表现出来;根据计算出的各类用地的径流总量,对雨水径流总量最多的3类用地进行GIS空间模拟,直观地反映出建成区内易涝的地块。【结论】SCS-CN水文模型与GIS空间模拟工具相结合可以直观有效地反映暴雨过后的城市内涝状况,便于采取针对性措施建设海绵城市。