基于陆气耦合的城市雨洪模拟技术研究进展

对汇流时间短、暴雨时程集中且短期内降水强度大的城市区域而言,暴雨洪涝灾害预见期的延长可以为制定应急预案和实施防汛抢险争取更多的响应时间,降低城市暴雨洪涝事件带来的潜在危害．延长城市暴雨洪涝灾害预见期的有效措施之一,是采用基于数值天气预报技术和多源/高分辨率数据资料的陆气耦合城市雨洪模拟技术进行雨洪过程模拟和灾害预报．本文归纳总结了城市雨洪过程模拟和预报中常用的5类降水输入数据及各类降水数据的适用条件;总结了数值天气预报技术在区域强降水模拟方面的研究进展及存在的问题;梳理了城市雨洪过程模拟中采用的常见方法及优缺点;总结了数值降水预报技术应用于城市雨洪过程模拟和预报的最新研究进展．在此基础上,提出了基于陆气耦合的城市雨洪模拟技术需要解决的关键问题和应对之策,指出在当前城市雨洪模拟技术较为成熟的情况下,减小数值降水预报结果的不确定性和提高城市雨洪过程模拟的精细化程度是提高城市暴雨洪涝灾害预报准确性的主要手段．      

城市绿地系统规划与雨洪管理协同的实现机理

为应对中国城市内涝、水资源短缺等严重生存问题,以海绵城市建设肌体-绿地系统的规划更新方法为基本研究对象,在探究城市暴雨内涝成因的基础上,构建城市绿地规划的雨洪管理体系。运用GIS平台对城市绿地与雨洪管理协同的相关指标进行计算,并梳理城市总体雨洪生态绿量需求、探求斑块绿地雨洪生态拓扑关系、通过绿地蓄水和净化能力等评估进行雨洪数据与地形叠加的城市绿地空间可视模型预演。研究结果表明:在绿地系统规划与城市管网形成有效沟通时,若城市绿地土壤能富集竖向降水,且绿地/斑块产生一定的空间拓扑聚集效应时,可计算出绿地系统雨洪截水量,即绿地系统对城市雨洪的竖向涵养以及对接雨洪管廊的有效排放。这可视为绿地系统规划与雨洪管理双系统协同的基本实现机理。     

基于S WMM模型的北京大红门排水片区雨洪模拟研究

大红门地区属于北京市洪涝多发区,近年来,随着城市化进程加快,洪涝灾害进一步加剧.本研究基于SWMM模型构建了该区域一维管网、河网模型相耦合的城市雨洪模拟模型,并分别选用20000808、20030627、20010724号实测三场暴雨和洪水资料,对模型参数进行了率定和验证.结果表明:率定期流量相对误差分别为3.37%和-7.45%,洪峰流量相对误差分别为-7.65%和-9.84%,峰现时间相对误差分别为2h和0;检验期20010724号洪水流量相对误差为18.28%,洪峰流量相对误差为14.4%,峰现时间相对误差为0.研究结果表明,该模型能够较好的模拟北京大红门排水片区的雨洪过程,可为该区域的防洪决策提供技术支撑.     

基于SWMM的城区雨洪模型模拟研究——以山西省孝义市城北区为例

为研究城市区域的雨洪规律以及城区下垫面透水面积的增加对于雨洪过程的影响,指导城市区域的防洪排涝工作,以山西省孝义市城北区为例,SWMM为工具,经过子汇水区的划分、管网概化、参数选择等过程建立了研究区的雨洪模拟模型,并利用该模型模拟了重现期为1、3,5、10a以及研究区下垫面不透水率分别为70％、60％、50％时的雨洪过程.结果显示：随着重现期的增加,城区雨洪径流峰值明显增加,但增幅逐渐减小;当下垫面透水面积逐渐增加时,径流峰值逐渐减小,但随着重现期的增大,其增幅减小.表明增加城区下垫面透水面积比率对于改善城市雨洪过程具有一定的效果.     

未来城市:自然系统如何解决城市问题?

城市化是全球发展的必然趋势,但同时也引发了热岛效应、城市内涝和环境污染等问题.本文提出未来城市利用绿色基础设施来协调人与自然的和谐共生、吸储雨洪、降低城市能耗和消纳城市污染物的可持续发展模式,并指出其所需解决的核心科学问题,为城市问题提供自然解决方案.     

基于雨洪韧性的荷兰城市水系统设计实践

 全球气候变暖所引发的雨洪灾害,严重地制约了城市与社会的发展,通过空间规划和基础设施建设,全面提升城市面对雨洪灾害的抵抗力是城市发展的重要议题。对城市韧性概念的起源和发展进行了梳理,将雨洪韧性作为韧性城市建设的主要关键点;结合国内外已有的水系统设计理论和设计实践,提出具有雨洪韧性的韧性城市建设应在进行水体间布局规划的同时,考虑如何在既有的城市格局、城市空间中进行增设与市政给排水结合的雨洪韧性基础设施;通过对荷兰城市、乡村空间格局、景观系统及基础设施实际案例的归纳总结,提出了雨洪韧性城市建设的建议。     

基于非对称GH-Copula函数推求珠海市设计暴雨过程线

以1961～2018年珠海市气象站历年最大1 h雨量(雨峰)、最大6 h雨量和最大24 h雨量为样本,采用非对称Gumbel-Hougaard(GH) Copula分别构建3个时段雨量联合分布的典型暴雨过程线。研究结果有以下结论:采用3个历时雨量联合分布推求的珠海设计暴雨值大于两个时段联合分布和单一时段设计暴雨值;3个时段雨量联合分布的"或"联合重现期更适用于应对城市雨洪风险;按同频率放大的典型设计暴雨过程线可作为排水防涝工程设计的参考依据。     

北京“23·7”特大暴雨影响下城市交通应急响应时间动态分析：以北京市通州区为例

暴雨洪涝事件影响城市交通路网运输性能,增加城市应急通行时间.然而,现有研究主要集中于2h设计雨型下城市交通路网受损过程,对长历时特大暴雨情形则考虑不足.2023年7月,北京地区发生历史罕见的长历时特大暴雨事件,造成严重洪涝灾害.联合利用城市洪涝模型和动态交通路线规划分析,量化评估了特大暴雨事件对北京市通州区居民通过城市路网前往医院、紧急避难场所等地所需通行时间的影响.研究结果表明：(1)特大暴雨事件可使居民前往避险地点时间增加约20min;(2)短时极大雨强与前期足量积水均会显著减缓城市交通系统通行性能恢复速度,放大暴雨洪涝灾害风险.因此,在评估城市洪涝灾害风险时需综合考虑短时降雨强度超限造成的突发性失稳与长时间连续降雨致涝造成的渐进性失稳风险,并据此优化极端暴雨洪涝场景下灾害风险管控与应急资源配置.     

城市雨水资源化问题研究

在深入研究国内外先进雨水资源利用技术的基础上,综合利用城市水利学的理论和观点,本着使城市雨水资源化成为一个系统化的理论与工程相结合的先进科学的目的,探讨了城市雨水资源化的基本方式和过程,提出了城市雨水资源化的原则,归纳了城市雨水资源化问题研究的基本内容,研究城市化和城市雨水资源化与城市水文的关系、城市防洪与雨水资源化的关系、城市雨水资源化规划模型等问题.其结果为城市雨水资源的综合利用、有效地控制城市雨洪和减少雨洪灾害损失提供了研究的思路、方式和方法.     

不同管网平面布置形式下低影响开发的雨洪控制效果研究

以福州市晋安区解放溪流域某居民区为研究对象,选取3种不同的低影响开发措施(渗透铺装,植被浅沟雨水花园,绿色屋顶)设计了4种布设情景.根据芝加哥降雨过程线模型合成不同降雨重现期、不同降雨历时和不同雨峰位置的降雨情景,基于PCSWMM软件分析正交式和平行式排水管网平面布置形式下的低影响开发措施的雨洪控制情况.研究结果表明:在降雨重现期较小、降雨历时较长及雨峰位置靠前时,平行式的低影响开发措施对出水口峰值流量的削减效果要优于正交式.在不同降雨特性下,平行式的渗透铺装、绿色屋顶和低影响开发组合措施对出水口悬浮颗粒物峰值浓度的削减效果要优于正交式,而正交式的植被浅沟雨水花园措施对出水口悬浮颗粒物峰值浓度的削减效果要优于平行式.本研究可为海绵城市建设过程中排水管网的平面布置及低影响开发措施的选择提供依据和借鉴.     

基于UMAP与HDBSCAN的北京市极端暴雨时空动态分布规律研究

极端暴雨具有历时短、雨强大、破坏性强等特点，是引发城市内涝的主要原因之一，探究其时空动态分布规律，有助于提高城市内涝风险精细化管理水平.本文以北京市2004-2016年308个气象站点的降雨资料为研究样本，利用UMAP降维算法和HDBSCAN聚类算法，构建了各类极端暴雨事件的时空动态分布模型.首次提取了北京市全域4类极端暴雨模式：模式1，暴雨集中在主城区，并围绕主城区缓慢移动；模式2，暴雨从西南山区途经主城区，向东北方向移动；模式3，暴雨自西部山区向主城区西北部扩散，最后向主城区北部方向移动；模式4，暴雨从西部山区途经主城区向东移动.研究结果表明，北京市极端暴雨的主要类型为短历时降雨过程，暴雨中心在空间上均存在从西向东移动的趋势.其中，主城区、东南山区以及南部平原地区面临相对更高的极端暴雨风险.各类极端暴雨的模式特征物理机制明确，其重构特征可以充分表征实际暴雨事件特性.研究成果可为北京市降雨设计、城市内涝风险管理等工作提供一定的参考.     

长江中下游一次暖区极端致洪暴雨特征及天气学成因分析

基于多源观测资料和再分析资料,采用天气学诊断分析方法研究了2019年5月长江中下游地区发生的一次致洪暴雨的特征及主要成因。结果表明:该次极端致洪暴雨过程是在稳定的“西低东高”天气形势下,由持续时间长的短时强降水累积而成,具有明显的中尺度和阶段性特征。直接造成极端暴雨的中尺度对流系统在低空急流前沿不断新生东移,表现出明显的“列车效应”和准静止特点。过程中低空急流和超低空急流异常强盛,为极端暴雨提供了持续有利的水汽和对流不稳定条件,特别是整层高湿、较低的抬升凝结高度和较大暖云层厚度有利于提高降水效率,产生雨强较大的短时强降水；高低空急流耦合是强降水发生发展的重要动力机制,强垂直风切变区与暴雨落区有较好的对应。     

城市化品质、城市韧性与“台风-暴雨”灾害风险分析——以7个东南沿海省市为例

 基于中国7个东南沿海省市2005-2019年的面板数据，量化评价了城市化品质、城市韧性和“台风-暴雨”灾害风险，分析了城市化品质与城市韧性的耦合协调度，并对城市韧性在城市化品质对“台风-暴雨”灾害风险影响中的中介效应做出了实证分析。结果显示：7个东南沿海省市的城市化品质与城市韧性的耦合协调度存在差异，总体上经历了“先降后升”的变化。高品质城市化和高城市韧性水平对“台风-暴雨”灾害风险起到显著减弱作用，城市韧性在城市化品质与“台风-暴雨”灾害风险间发挥中介作用。但受目前城市韧性各组成部分发展不均衡的影响，经济韧性、社会韧性与生态韧性发挥部分中介效应，而基础设施韧性发挥遮掩效应。     

降雨和外江水位变化对城市洪涝的联合影响分析——以武汉市为例

降雨和外江水位是影响城市洪涝灾害的主要因素.为了更好地评估洪涝灾害风险，分析了降雨和外江水位变化对城市洪涝的联合影响.以武汉市为研究对象，采用Copula函数定量评估了不同时段降雨与外江水位的联合分布特征，并基于2016年典型降雨过程验证后的青山区SWMM模型，模拟了不同降雨和外江水位变化下武汉市青山区的洪涝过程.计算结果表明，同一重现期降雨下外江水位从21.7m升高至28.0m,研究区域的致涝率增加了0.5%～2.2%;相同外江水位下降雨重现期从5a增加至100a一遇，研究区域的致涝率增加了28.5%～29.1%,泵站运行对区域致涝率的消减作用从20.6%～21.0%减少至4.1%～4.9%;表明暴雨是区域内涝的主要因素，外江水位越高对区域内涝造成的不利影响越显著，且随降雨重现期增大泵站对区域的排涝作用越来越小.武汉市汛期降雨量和长江水位的联合风险率大于单个因素的风险率，且2010～2020年强降雨与高水位联合风险率和同现风险率相较于2000～2009年的均呈增加趋势，增长率超过了70%,表明近几年来极端降雨和高水位事件频发，且未考虑降雨和长江水位的联合作用可能会低估洪涝的危险程度....     

景德镇市致洪暴雨与山洪的强降水特征分析

为了研究景德镇市致洪暴雨与山洪的强降水特征,针对2010-2017年昌江流域4次洪水与2019年乐平塔前山洪过程,采用数理统计方法,对1 h、3 h、6 h、12 h、24 h等不同时段的降水强度进行分析,结果表明:致洪暴雨之初往往为平均10 mm/h的雨强,偶有1个≧30 mm/h强降水点,但随着持续时间增长,区域平均降水强度增至20 mm/h或以上,并持续2-3 h以上,产生致洪暴雨。3 h平均雨强可达60～80 mm/3h或以上,单点超100 mm/3h。6 h达80～100 mm/6h或以上,单点超150 mm/6h以上。12 h达100 mm/12h以上,单点超200 mm/12h。24 h平均雨强达200 mm/24h或以上,单点出现特大暴雨。山洪的短时雨强更强,1 h超50 mm/h、2 h超100 mm/2h、3 h达150 mm/3h,是短历时致洪暴雨的极端情况。本研究对于致洪暴雨与山洪的预报和服务提供了数据支撑与参考依据。     

关于城市内涝频发的几点思考

近年来,全球极端气候致使暴雨、特大暴雨频发,我国多个城市发生内涝灾害,其中不乏一些沿海经济较发达、城市基础设施建设较完备的城市。现在的城市普遍存在着"逢雨必涝"这样的城市病。内涝问题是由于城市建设的快速推进,多种不利因素综合作用而产生的。各大城市也就这个问题从城市建设的各个方面积极地找寻着原因,并制定了许多解决的措施。     

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.     

基于CiteSpace分析中国城市雨水利用的发展趋势

雨水利用技术的应用日益重要,不仅有助于预防城市洪水,还能解决城市水资源短缺的问题.本文使用CiteSpace图谱分析发现如今雨水利用的重要话题有：城市建设、雨洪管理、排水系统、绿色建筑、雨水回收和雨水景观等.这些话题的研究已经越来越广泛,涉及不同领域.本文对这些关键词进行深入讨论,分析雨水利用领域未来的发展方向,为相关领域的研究提供思路.     

城市化对水环境的影响及水环境的综合整治

城市化对水环境的影响主要包含在两个方面:城市降水、城市建设对雨洪径流量和水质的影响。为了达到水环境的综合整治,需从建设完善水环境基础设施、合理控制雨洪径流措施、开展污水和雨水资源化利用、充分发挥水信息学作用、强化水环境管理法规政策等方面综合考虑。并简要介绍了上海市苏州河环境综合整治一期工程的概况。     

低影响开发系统对西南红层丘陵地区雨洪调控效果的模拟研究

为探究低影响开发系统(LID)对西南红层丘陵地区的雨洪调控效果,以中国遂宁市河东新区湿地公园示范区为研究对象,构建暴雨洪水管理模型(SWMM),根据遂宁市河东新区海绵城市建设相关规划,结合研究区下垫面特征,模拟不同降雨重现期(2、5、10、20年一遇)降水情景下低影响开发(LID)措施的地表径流过程和下渗过程,以评估海绵城市建设的防洪减涝效果。结果表明:在低降雨重现期(2年一遇和5年一遇)情况下,LID措施对地表径流的控制率分别达到78%和45%,洪峰的推迟现象不明显,在高重现期(20年一遇和50年一遇)情况下,地表径流控制率仅为2%和1%,洪峰的推迟时间分别为2、2.5 h,表明LID措施对城市雨洪控制有一定的效果,且随着降雨重现期的增加,LID措施对城市雨洪的控制效果逐渐减弱。研究结果为中国西南地区海绵城市建设及后期运营提供了理论依据。