基于MIKE URBAN的典型北方城区防洪排涝模拟

由于气候变化及城镇化进程加快，城市内涝问题愈加严峻. 为优化城市排水管理，有效减少内涝损失，以河北邯郸主城东区局部为研究区，计算了区域典型设计雨型，利用MIKE URBAN模型，模拟并判定了区域不同降雨情景下区域内涝分布情况，解析区域易涝点，进而模拟评估了不同管径排水管网负荷情况. 结果表明:随着重现期增加，区域检查井溢流的数量、区域最长积水时间以及最大积水深度都有所增加，区域管网超负荷面积增大；并且在10 、20 a重现期暴雨情景下，单纯扩增管径起到的径流缓解作用较少. 研究结果可为极端暴雨下区域洪涝预警部署以及城市排水系统改造提供技术支撑.      

晋城市不同区域洪涝驱动要素分析

兼顾城市不同空间特征的内涝问题,是提升城市防洪排涝能力的关键.本文以晋城市主城区为例,针对不同开发程度的管网密集区与管网稀疏区2类下垫面,构建SWMM-ICM-WCA2D模型,模拟不同降雨情景下管网排水与地表淹没状态,分析城市内涝驱动要素.结果表明：管网密集区的内涝积水主要受降雨强度、管网排水能力和地形特征的影响,主城区现状管网设计标准较低,5 a一遇降雨条件下排水容量已趋于饱和;管网稀疏区高程≤751 m的淹没区水深较大,其余高程大的区域积水深度较小而流速较大;不同降雨情景下,管网指标与淹没要素间均表现出较强的相关性,特别在高水深（>1 m）时的联系更为密切,相关系数>0.78.     

城市立交桥洞内涝过程的精细化模拟研究

为科学地指导城市立交桥区的排水防涝改造,降低内涝风险,以深圳市某立交桥为研究对象,构建高分辨率城市内涝模型,采用地表积水实测资料进行模型率定及验证,模拟立交桥洞在雨水口防堵、下凹式绿地以及两者的组合措施改造前后不同降雨情景下的积水情况。结果表明,1)高分辨率城市内涝模型可以实现城市立交积水动态变化过程的准确模拟;2) 5年、20年和100年重现期降雨情景下,立交桥洞内涝严重,积水时空变化速率快,当降雨重现期为100年时,最大积水深度和面积分别高达1.52 m和1833 m2,积水深度随时间和空间的最大增长速率分别高达0.04 m/min和0.23 m/10 m;3)组合措施的内涝削减效果优于不同改造措施单独使用时的削减效果,100年重现期降雨情景下,单独采用雨水口防堵和绿地下凹措施,仍然存在0.6 m以上深度的积水,而组合措施可使内涝积水深度小于0.5 m,内涝持续时间缩短至30 min内,可有效地缓解桥洞内涝。     

一维管网与二维地表双向耦合的城市暴雨内涝模拟

为快速、准确模拟城市暴雨内涝演化过程,提出一种排水管网与上覆地表动态水力交互方法,构建了一维管网模型(SWMM)与二维水动力(LISFLOOD-FP)双向耦合的模型,解决了一维管网和二维地表的双向流量交换和时间同步难题。以上海外高桥地区为例,采用两次短历时降雨过程对耦合模型进行校准和验证,比较分析了单向、双向耦合的淹没范围与水深变化。结果表明:双向耦合模拟精度较高,在研究区具有良好的适用性;对于占比80%以上的轻度(<0.2m)积水区,单向、双向耦合的模拟积水面积比为1.21;对于中等(0.2～0.3 m)和重度(>0.3 m)积水区,单向耦合模拟结果趋于严重,该比值分别增至1.88和2.1。所构建的双向耦合模型能够揭示城区内涝积水、扩散及消退的全过程,可用于城市暴雨内涝推演,为内涝治理和灾害防御提供科学依据。     

基于一二维耦合内涝模型的城市道路积水来源量化分析

为模拟道路地表径流和排水系统溢流对道路积水的影响, 对道路汇水区采用地表二维模型, 对其他汇水区和地下管网采用一维模型, 并构建基于PCSWMM的一二维耦合内涝模型, 提出以本地道路地表径流和检查井溢流对积水贡献比例为指标的积水来源定量分析方法。基于实测检查井液位数据和积水深度数据对模型进行验证后, 利用该模型对设计暴雨条件下深圳市南山区某排水片区的道路积水进行模拟, 得到如下结果。1) 研究区存在4个主要道路积水点(A, B, C和D), 在重现期为5年的暴雨下, 有两个积水点(A和D)发生溢流, 溢流在积水中的占比分别为24%和61%; 在重现期为50年的暴雨下, 有3个积水点(A, C 和D)发生溢流, 溢流在积水中的占比分别为49%, 62%和73%。随着暴雨强度增大, 检查井溢流对积水的贡献增加。2) 道路积水的动态变化受到积水来源、下游壅堵和局部地形等诸多因素的综合影响。3) 对于溢流在积水中占比较大的内涝点, 建议着重提高管网排水能力, 并对上游汇水进行海绵化改造; 对于本地道路径流在积水中占比较大的内涝点, 建议对本地进行海绵化改造, 适当地改造局部地形, 或增加排涝泵站等设施。     

深隧排水系统在城市内涝防治中的作用分析

深隧排水系统是一种行之有效的内涝防治工程措施,但目前国内相关的研究尚比较少,大规模深隧排水系统的应用效果及机制尚不明确.本文利用IFMS URBAN洪水模拟分析平台构建了分布式城市水文水动力模型,以成都市为例,研究深隧排水系统在城市内涝防治中的作用.设置了多种降雨情景和工况组合情景,对有无深隧条件下研究区内涝积水情况进行模拟,开展了多组模拟结果的对比和分析.结果表明:在30年一遇降水条件下,深隧服务范围内减少了31.4%的溢流点、50.5%的溢流水量,积水情况大大缓解,其服务范围内严重内涝问题基本得到控制;深隧排水系统削减城市内涝的作用随降雨重现期的增大和降雨峰现时间的延后而减弱;深隧系统中的蓄水池与泵站组合对深隧的作用具有较大影响.     

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Infoworks ICM模型的排水系统能力分析

本文以中新生态城起步区为例,基于Infoworks ICM模型,建立包含河道的排水系统模型,系统、全面地分析了排水系统的能力.结果表明,现状排水管网遭遇3年一遇降雨时,过流管道比例达到70%~80%,排水管网的能力不足;应对20年一遇降雨时,蓟运河故道的水位超过亲水平台高程,影响其安全;77.81ha区域超过内涝设计标准,最大积水深度1.45m,最长淹没时间36h;其中64%的面积最大积水深度在0.15~0.3m,53%的面积积水时间在2~6h之间.     

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。     

基于InfoWorks ICM的济南市少年路暴雨内涝模拟研究

运用InfoWorks ICM模型对济南市少年路区域进行洪涝过程的精细化模拟,探寻城市内涝形成规律.选用2013年7次典型内涝积水过程的区域水位站实测数据对模型进行率定验证,并研究了不同重现期和雨型的设计降水对区域积水的影响.结果表明:模型具有良好的精度和可靠性,率定期积水深度的最大实际偏差、相对偏差和时间偏差分别为-0.04m、15.79%和-20min;检验期积水深度的最大实际偏差、相对偏差和时间偏差分别为-0.06m、16.67%和27min.通过4个重现期和3种雨型的设计降水模拟发现,暴雨重现期的增加会导致积水面积和最大积水深度随之增加;而雨峰位置滞后会导致积水面积偏大,但对最大积水深度影响较小.     

不同边界条件对城市内涝的影响——以通州区两河建设区为例

以北京市通州区为例,对不同重现期的降雨与不同频率的河道洪水进行组合,分析不同洪涝组合对内涝积水深度的影响.采用城市洪涝模拟技术设置不同尺寸的网格进行计算,通过对比不同网格模拟计算的结果,给出最适宜的计算网格尺寸,在此基础上,分析研究不同洪涝组合对内涝积水深度的影响.研究结果表明:分别以5、10和20m为模型计算网格的模拟计算结果相差不大,以50m为模型计算网格的模拟水深值明显偏小;与50a一遇降雨遭遇河道20a一遇洪水相比之下,50a一遇降雨遭遇河道50a一遇洪水时,内涝显著增加;同样地,当100a一遇降雨遭遇河道50a一遇洪水比100a一遇降雨遭遇河道20a一遇洪水的内涝水深显著增加,而当100a一遇降雨遭遇100a一遇洪水与100a一遇降雨遭遇50a一遇洪水时的内涝情况相比,研究区所选节点的内涝深度相差不是很大.     

基于MIKE11和MIKE21的城市暴雨洪涝灾害风险分析

应用MIKE 11和MIKE 21分别构建北京市大兴区天堂河下游地区一维和二维水动力学模型,采用DHI MIKE FLOOD耦合模拟了不同暴雨重现期下该地区的淹没特性.为分析该地区暴雨洪涝灾害的危险性,研究模拟了不同情景下各骨干渠道考虑限制下泄流量的排水状况,整个研究区淹没范围随时间的演变趋势和空间上的分布状况.研究结果表明,整个研究区现状防洪能力不足20a一遇设计标准,且研究区局部区域最大淹没深度超过2m,最大积水时间超过8h,是防洪排涝的重点区域.该结果可为下一步暴雨风险评估,滞洪区的选址和闸坝调度方案的制定提供参考依据.     

基于有效不透水面识别的城市雨洪过程模拟研究

城市化进程加快带来的不透水面积增加是城市洪涝灾害愈加频繁的重要原因.研究聚焦于不透水面的有效性问题,选取了位于北京市凉水河流域的大红门排水区,借助遥感影像通过实地勘察识别有效不透水面,有针对性地构建SWMM城市暴雨径流模型;通过设置不同重现期暴雨情景,定量分析不透水面空间组合方式对城市洪涝的影响.结果表明:考虑不透水面有效性后,率定期2场降水模拟结果的纳西效率系数较传统模式分别提升了13.51%、1.58%,检验期分别提升了9.79%、18.58%.情景分析的结果表明,当有效不透水面占比由100%降低到25%时,5a一遇暴雨的总径流深和洪峰流量能够削减74.6%和65.8%,100a一遇暴雨的削减率为62.9%和21.8%.因此,考虑不透水面有效性将有效提高雨洪模拟的精度,而改变汇流路径,减少有效不透水面是减轻雨洪灾害的重要措施.     

极端降雨下地下空间淹水对城市内涝过程的影响研究

极端降雨会引起城市内涝,造成地面严重积水,从而威胁城市地表及地下空间的生命财产安全.当前水动力模型涉及地下空间的模拟较少,地下空间设防高度对城市内涝时空分布特征的影响分析还存在不足.针对以上问题,以郑州市二七区主城区在“7·20”特大暴雨事件中的内涝过程为例,构建了考虑地下空间淹水的城市内涝模型.模拟了在地下空间不同设防高度下,城市内涝时空分布特征.研究结果显示：(1)构建的地下空间淹水模型具有一定物理机制,参数可量化,且计算简便,适用于大范围考虑地下空间淹水的城市内涝模拟;(2)不考虑地下空间淹水会使地表内涝风险被高估,高风险与超高风险面积之和将会增大10.7%;(3)当设防高度增加10cm时,城市地表的积水最大深度提高10.0%,流速增加2.3%,高风险与超高风险面积增加3.4%.这一结果表征了地下空间设防高度对城市内涝过程的影响机制与规律,为科学设置设防高度,有效防控城市地表-地下整体内涝风险提供了参考和依据.     

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SWMM的低冲击开发雨洪控制过程模拟

以苏州市某小区为例,采用SWMM模拟城市化后并采取LID措施(下凹式绿地、多孔路面等)时不同状况下的水文过程,评估不同LID措施的雨洪控制利用效果.结果表明,与现状模式情景相比,对于设计暴雨重现期为5a和10a,采用多孔路面措施,洪峰削减率分别为60%、56.5%,平均径流系数分别减少27.2%、20.9%;采用下凹式绿地措施,峰现时刻分别推迟7、8min;上述两种措施组合时,洪峰削减率分别为71.1%、64.5%,峰现时刻分别推迟11、9min,平均径流系数分别减少37.5%、28%.     

渗水井在提高庭院雨水下渗率中的应用

为减少历史街区中的合流制排水系统的污水溢流量,降低雨污分流改造难度,利用历史庭院下垫层的瓦砾层特点,采用渗水井海绵技术提高地表的雨水下渗率,削减降雨径流.蓄渗性能试验结果表明,瓦砾层平均蓄水率和渗透系数分别为33.52 L·m~(-3)和13.490 m·d~(-1),分别是原状土的7.7倍和245.3倍.通过渗水井将庭院雨水径流汇至瓦砾层可强化下渗,对不同面积庭院的渗水井直径选用方案进行了研究.以汇水面积为120 m~2的典型庭院为例,采用直径为1.6 m、蓄水深度为1.1 m的渗水井,能将重现期为3 a、降雨历时为2 h的暴雨所产生的径流削减89.45%.     

基于OPUT的城市LID设施防涝布设方法

近年来,极端暴雨增加导致城市内涝愈发严重,而合理布设低影响开发(low impact development, LID)设施可以有效地缓解城市内涝问题。该文提出了一种基于溢流点位上游追踪(overflow point upstream tracking, OPUT)的LID设施布设方法。运用暴雨洪水管理模型(storm water management model, SWMM)构建排水模型,模拟不同重现期管网溢流,采用OPUT方法确定需要布设LID设施的雨水子汇水区,与传统全范围等比例(traditional full range equal proportion, FREP)的LID设施布设方法结果进行对比。结果显示：从缓解内涝方面来看,OPUT方法和FREP方法节点溢流体积削减百分比在单位布设LID设施面积下均随着重现期增大而减小。从径流削减方面来看,在不同的重现期下,2种方法对径流体积和径流峰值流量的削减情况在单位布设LID设施面积下是不同的,OPUT方法对径流体积的削减在重现期较大时效果更好,对径流峰值流量的削减随着重现期的增大呈上升趋势并接近FREP方法。从经济方面来考虑,当...     

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