南宁城市内涝分布特征及其监测预警系统应用分析

利用南宁市2009—2017年城市内涝资料及其自动气象站逐小时降雨资料,对城内104例内涝过程进行了时空特征分析,并对39个内涝点进行内涝等级划分;基于多普勒雷达产品、数值预报产品及城市密集自动雨量观测站数据,采用内涝积水模型及内涝风险等级划分资料,研发出精细化到街区的市内涝监测预警和风险评估系统,实现了城市内涝的实时监测、预警及风险预估。该系统运用于2015年5月4日短时强降雨造成的城市内涝过程,验证结果表明:(1)模拟结果与历史描述基本相符,最大积水深度和位置基本一致,表明该系统具备一定的暴雨内涝动态监测预报能力,对提高城市暴雨内涝灾害的监测预警和风险评估起到了一定作用;(2)由于标本数量过少以及缺乏城市最新实际管网数据等信息,对于个别点预警值与实测值存在偏差,在系统运行过程中,部分参数和致灾阀值需进一步调整,比如可以不断增加标本以及更新城市最新实际管网数据等信息;(3)文中使用的是自动气象观测点实况雨量模拟积水状况,积水过程存在一定滞后性,下一步考虑结合雷达估测降水QPE资料,预警时间将大大提前。     

2007—2016年上海市暴雨特征及其与内涝灾情关系分析

利用上海市30个自动气象站2007—2016年逐小时降水数据和上海市应急联动平台110接报内涝灾情数据,分析了近10 a上海市暴雨和内涝灾情特征,并进一步研究致灾暴雨过程与内涝灾情的关系。结果表明：1）上海市暴雨空间分布反映了明显的城市雨岛特征,在水汽充沛的东部沿海和城市化水平较高的中心城区相对容易出现极端雨强;2）暴雨内涝灾情年变化较大,月分布呈单峰型,日分布呈双峰型,且内涝灾情数在中心城区及各区中心较为密集,反映了承灾体的空间分布特征;3）暴雨过程对内涝灾情的贡献作用明显,内涝灾情数与暴雨过程雨量、逐小时最大雨量和最大雨强显著相关,与持续时间和影响站次低度相关;4）逐小时最大雨量等于过程雨量且<60 mm时,内涝灾情数基本在20次以下,随着过程雨量增加,特别是过程雨量>100 mm时,灾情数急剧增加。暴雨特征与内涝灾情关系研究对于暴雨内涝的预报、预警和服务具有重要意义。     

基于情景模拟的长江三角洲极端降水风险评价

利用长江三角洲1961—2013年逐日降水资料,采用极值分布、耿贝尔分布和皮尔逊分布等频率分析方法推算极端降水各重现期概率强度值,设计五年、十年、百年一遇情景,结合适合长三角地区的极端降水阈值和下垫面数据,从致灾因子危险性,典型承灾体脆弱性和暴露频率三方面评价了长江三角洲地区极端降水潜在风险。研究发现:城市化最高的中部地区脆弱性最高,分布着大量耕地的北部地区次之,南部地区由于林地众多,脆弱性相对较小;各种情景下,随着重现期的增大,极端降水风险显著提高,整体上来说,南部城市可接受风险较高,北部与中部城市可接受风险较低。研究方法可为极端降水引发的雨洪灾害研究提供新的思路,研究结果可为长三角城市化过程中土地覆被转变、城市排水管网建设以及区域防灾减灾计划提供参考。     

中国冬小麦麦收期连阴雨灾害风险评价

论文基于中国839个国家气象站点逐日降水观测数据和778个农业气象站点农作物生长发育数据,提取并统计了中国冬麦区265个国家气象站点麦收期连阴雨频率、最长连阴雨日数和最大过程雨量。通过构建“灾害胁迫-暴露-适应”的麦收期连阴雨灾害风险评价体系,采用熵权灰色关联分析法对2014年中国166个地级市冬小麦麦收期连阴雨的灾害风险进行评价。在此基础上,针对不同灾害风险主导因子进行风险防范分区。结果表明：1）空间分布上连阴雨灾害胁迫的带状递减特征明显,秦岭—淮河以南地区的灾害胁迫等级整体高于秦岭—淮河以北地区;灾害暴露和适应等级呈现出高低交错的空间分布特征。其中,华北西部、黄淮西部和西南地区东南部的暴露等级相对较高,适应能力相对较强的地区主要分布在省会城市、直辖市及其周边区域。2）处于麦收期连阴雨灾害中等以上风险的区域占冬小麦播种地市的73%,2 226.23万hm²的冬小麦处于麦收期连阴雨的胁迫中。3）中国冬小麦麦收期连阴雨灾害风险热点区域以灾害胁迫-适应主导和适应能力主导为主,加强灾害监测预警及提升区域适应能力是降低冬小麦麦收期连阴雨风险的有效途径。     

福建省滑坡灾害气象预警的研究

依据福建省滑坡灾害和降雨量历史资料,分析福建省滑坡灾害的分布特征;选取降雨因子作为气象因子,24h预报雨量R24和前期累积雨量∑R作为预报因子,将预报因子分别划为5和7个等级;采用统计学方法对不同雨量级别下滑坡灾害发生的频次进行统计,结合预警等级,初步制作了福建省滑坡灾害气象预警判据表,从而对福建省滑坡灾害的气象预警预报进行研究。结果表明:福建省滑坡灾害分布广泛但不均匀,年内主要集中在每年的5—8月份,与降雨量年内分布特征基本一致;福建省滑坡灾害气象预警可划为五级,各等级运用相应的方式向用户提供信息或发布通知。     

区域洪水灾害风险快速评估研究——以上海市为例

根据洪水灾害形成机理,本文构建了一种快速评估区域洪水灾害风险的方法,即用致灾因子危险性和承灾体脆弱性且辅以地形因子来反映区域洪水灾害风险,并以上海市为例,对该区域洪水灾害风险进行了快速评估:首先根据降雨数据对致灾因子进行分析;然后综合灾情损失与致灾因子获得承灾体脆弱性程度;再根据水位信息对地形因子(DEM)进行危险性划分;最后应用GIS图层叠加技术,实现了上海市洪水灾害风险区划。结果表明:上海市闵行区、市辖区洪水灾害风险最高;宝山区、浦东新区和崇明县等沿海地区洪水灾害风险较高;奉贤区和金山区洪水灾害风险较低;松江区、青浦区、嘉定区等内陆地区洪水灾害风险低,其中松江区洪水灾害风险最低。     

平原河网城市雨水排水系统弹性评价

随着城市化高速发展,城市排水和内涝的压力日益增大,增强雨水排水系统的“弹性”是城市发展的方向。选择长江三角洲某平原河网城市的某片区为研究对象,基于率定的SWMM模型和已有的研究,从系统内涝积水量和持续时间2个方面的弹性出发,建立雨水排水系统弹性模型。在不同降雨情境下运行模型,分析研究区域的雨水排水系统弹性。结果表明,随着降雨强度增加,系统弹性逐渐减小;系统弹性值和降雨强度之间呈线性负相关。在低重现期条件下,随着降雨强度的增大,弹性值下降幅度较小。重现期越大,系统弹性值下降速率越快。在同一降雨重现期下,随着不透水地面比例的增加,系统弹性逐渐减小。在高重现期和高不透水地面比例情况下,系统弹性值较低;在10年一遇降雨条件下,区域不透水地面比例增加,系统弹性值下降速度最快。将弹性理念引入城市雨水排水系统中,建立反映系统在应对外界环境变化和灾害时的弹性能力评价体系,有助于全面了解雨水排水系统性能,对于雨水排水系统的优化改造以及城市风险管理具有重要意义。     

南充市地质灾害分型及致灾雨量阈值研究

南充是四川地质灾害隐患点分布较多的地区之一,探索雨量与地质灾害的关系,进行提前预警,显得尤为重要。利用2000—2017年南充228个加密自动站和大监站观测资料,结合地质灾情数据,使用基于衰减系数计算有效降雨量与降雨强度(I)-历时(D)关系阈值相结合的方法,对不同致灾降雨类型进行分型判断,开展不同时效雨量阈值研究。分析发现:大约有72.6%的地质灾害是主要由降雨因素诱发,其中主要由短期降水引发的占77.3%。短期和中长期降雨型地质灾害的易发区分别为西北部和偏南地区,而西北部地质脆弱山区和水库流域对短时强降雨最为敏感。     

近20年登陆湛江市的热带气旋致灾力和危险度分析

湛江市热带气旋灾害频发且损失严重,以2000—2019年登陆的热带气旋资料为基础,以热带气旋中心最低气压、近中心最大风速和过程最大日降雨量为因子,构建单个热带气旋致灾力评价模型,并通过热带气旋登陆次数、大风影响次数、暴雨影响次数等评价区域热带气旋灾害危险度,以此分析湛江市热带气旋灾害特征。结果表明:登陆湛江市的热带气旋强度以热带风暴和台风为主;热带气旋登陆频次呈上升趋势;热带气旋登陆地点集中在湛江市海岸线东段和南段;单个热带气旋致灾力最大的热带气旋是威马逊;湛江市热带气旋灾害危险度呈现由东南向西北递减的分布规律。     

基于SWMM与ArcGIS的城市内涝灾害风险评估研究 ——以南浦岛为例

城市内涝对城市基础设施造成极大损害且危及市民人身财产安全,需要通过科学评估手段对城市内涝进行风险评估,是防灾减灾工作中的重要一环.以SWMM模拟四种不同设计雨情下广州市南浦岛内的积水状况,利用ArcGIS进行数据分析、功能优化及专题图制作,分析致灾因子和受灾区域性质,结合相关规范建立风险评估体系,通过分析危险性和敏感性对南浦岛主排水管网设计工程的风险评估.利用插值分析得到与实际地形地貌相吻合的灾害风险等级分布图,为防灾减灾提供了决策依据.     

基于Arc GIS的济南市灾害综合风险评估研究

城市灾害综合风险评估是综合防灾减灾规划的基础,对提高城市抵御风险的韧性,保障城市健康、安全发展具有重要意义。基于济南市的灾害分布及特征,从致灾因子危险性、承载体暴露性、承载体易损性、恢复力等方面选取指标,结合层次分析法和专家打分法,构建了济南市灾害灾害综合风险评估指标体系,并利用Arc GIS进行评估。结果表明,济南市灾害综合风险总体上较低,市区东部是高风险的集中区。     

基于MIKE URBAN的中心城区内涝预测与评估——以上海市霍山-惠民系统为例

频发的内涝事件给城市雨水管理带来了极大的挑战,科学的管理决策广泛借助于模型进行评估。MIKE URBAN具有所需数据少,建模与运行简单,精准等优点,在发达国家已经得到广泛的应用。然而我国中心城区(老城区)的地面硬质化率高,排水管网复杂、建模数据较少等情况突出,运用数学模型对内涝进行预测评估的经验相对欠缺。本文将MIKE URBAN应用于上海市中心城区的霍山-惠民排水系统,在多种降雨强度和降雨历时工况下,对系统管网改造方案中的瓶颈节点、管网超负荷运行以及内涝风险情况进行预测分析,指出在管网设计重现期内,扩增管径可作为缓解城市内涝的可行性措施。而解决城市内涝的根本途径是从源头控制径流产生量,恢复城市良性水文循环。研究结果为预测其他中心城区排水管网的改造评估提供了借鉴。     

基于致灾因子指标体系的海冰灾害风险评估和区划方法

中国是世界上受海冰危害严重的国家之一,历史上曾发生过多次严重海冰灾害,造成重大损失。根据我国结冰海区海冰灾害风险的自然过程、社会经济状况和成灾机制,综合考虑致灾因子危险性、承灾体分类、分布及脆弱性以及防灾减灾能力等因素,对海冰灾害发生的可能性及其不确定性等进行综合分析,提出了开展海冰灾害风险评估和区划的理论依据,同时给出了利用致灾因子指标体系对海冰灾害风险进行评估和区划的具体方法。     

基于元胞自动机的低影响开发对城市内涝削减效果模拟

低影响开发措施是解决城市内涝问题的重要途径。为评估其对城市内涝的防控效果,论文以福建省长汀县县城为研究案例,提出适宜在研究区开展的透水铺装、下凹式绿地、雨水罐等低影响开发措施方案,利用基于元胞自动机模型的城市内涝模型进行模拟,并通过验证发现元胞自动机模型可有效模拟城市内涝过程。对比低影响开发改造前后的内涝情况,结果显示：1）低影响开发措施能使内涝积水总量削减超过50%,暴雨重现期越长对内涝现象的削弱效果越低;2）通过分析改造前后内涝积水区的空间格局及变化特征,可见大部分内涝积水区在改造后积水削减幅度较大,卧龙山北部及汀江干流左岸的积水区内涝情况改善幅度较小;3）低影响开发改造削减效果最好的为积水深度低于0.2 m的区域,其次为积水深度高于0.5 m的区域,对积水深度处于0.2~0.5 m的区域削减效果并不明显。研究表明低影响开发措施可有效控制城市的内涝灾害。     

山地城市灾害系统模糊风险评价

灾害风险是当前灾害研究的热点和核心之一。从灾害系统整体角度,厘定区域灾害系统风险,明晰灾害系统风险要素构成及其作用机制,对于科学指导区域综合防灾减灾具有重要意义。在山地城市灾害系统研究的基础上,基于"R=H×E×S/C"的灾害系统模糊风险概念模型,构建了反映山地城市灾害系统"致灾因子危险性、承灾体暴露性、灾损敏感性和防灾减灾能力"四个方面的"山地城市灾害系统模糊风险评价指标体系";提出了对山地城市灾害系统模糊风险进行定量评价与排序的"综合赋权(AHP-EVM)"二级模糊综合评判模型。在上述研究基础上,以重庆市38个区县作为研究对象,对理论模型进行了实证研究,并从整体上初步阐明和解释了山地城市(重庆市)38个区县的灾害系统模糊风险等级及成因。研究得出以下结论:(1)基于"综合赋权"模糊综合评判的"山地城市灾害系统模糊风险"评价结果科学、可靠,能够从整体反映山地城市灾害系统模糊风险水平及其构成。经过与灾情数据对比、专家评判,本研究所得评价结果通过验证,且与"模糊物元评价"所得结果基本一致。(2)重庆市灾害系统模糊风险整体水平居中。其中,渝中区、江北区,渝东北的城口县、奉节县以及渝东南的酉阳县,灾害系统风险等级高,各类灾害发生及造成损失的可能性较大,是未来防灾减灾工作的重点。     

基于运动波计算模型的北京城市土壤渗透性对雨量径流系数的影响分析

土壤的物理性质作为影响降雨与径流关系的重要因素,直接关系到雨量径流系数的取值。采用运动波计算模型推导出的无量纲体积比值公式算法,针对北京城市典型砂质土的土质特征,在城市透水区域雨水入渗的动态过程中,分层计算不同重现期和降雨历时下的雨量径流系数。结果表明:在相同降雨条件下,不透水区域比例增大,径流系数从0开始线性增加,土壤的入渗量是决定径流系数大小的重要因素。此外,土壤厚度和孔隙率也对其径流系数具有制约关系。研究结果可为北京地区雨量径流系数的修正,以及海绵城市雨水系统规划设计提供理论参考。     

宝鸡市主要农作物冰雹灾害风险评估

冰雹灾害是宝鸡市面临的主要农业气象灾害之一,采用宝鸡市2016年的Landsat TM遥感影像,经过遥感解译得到宝鸡市主要农作物的空间分布图。根据宝鸡市1961 — 2016年55 a的降雹记录和防雹炮点分布资料,计算得到区域降雹强度、降雹频次和防雹能力值,以灾损数据确定主要农作物的承灾体敏感性指数。基于致灾因子危险性、承灾体暴露度及脆弱性三要素,采用综合评价法和自然间断分类法得出宝鸡市主要农作物的冰雹灾害风险分布图。结果表明:宝鸡市主要农作物的冰雹灾害风险等级以中级风险为主,占全部风险等级的43.5%,主要分布于千阳、凤县、岐山、扶风等地;次高风险区占25.2%,主要分布在陈仓及扶风;次低风险区占18.7%,分布于金台、眉县及太白零星散区;高风险区占9.8%,全部集中于陇县和麟游;低风险区占比最少,为2.8%,零星分布于凤县和扶风。应加强对冰雹灾害高风险区的防爆能力建设,调整防雹点分布和作物种植。     

渭河流域典型支流致洪临界面雨量确定——以千河流域为例

利用渭河典型支流千河流域千阳水文站控制区域20个气象站2006—2013年的小时降水以及同期水文站的流量和水位数据,基于泰森多边形法、三参数幂函数法、一元非线性回归模型以及概率分布模拟等方法确定了千河流域不同等级洪水发生时对应的面雨量阈值,同时也计算了不同重现期的致洪临界面雨量。研究表明:三参数幂函数模型对水位与流量的关系模拟精度较高,模型能够模拟典型年份发生的洪水;典型控制断面流量主要受前9 h累计降水影响;当汛期水位由901 m升高至超标准水位时,千阳水文站控制流域的致洪临界面雨量增加了将近50 mm,而相应的洪峰流量相差1418.51 m~3·s~(-1);对数皮尔逊Ⅲ型分布能够很好地模拟洪峰流量的概率分布;10—100年重现期下,控制断面水位增加高达2 m。     

降雨和土地利用对地表径流的影响-以北京北护城河周边区域为例

以北京北护城河周边区域为例,探讨了降雨和土地利用对地表径流的影响。选取了2011-2012 年4-11 月的15 场降雨,分别代表小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨这6 个雨量级。利用校准的雨洪管理模型（Storm Water Management Model, SWMM）分别模拟每次降雨事件下研究区7 个控制断面的地表径流深度。结果表明,地表径流深度随降雨量的增加显著线性增加。当降雨量在不同量级之间变化时,地表径流深度的变化幅度不尽相同。在不同的降雨事件中,降雨量和地表径流深度随时间的动态变化趋势可能有很大的差异,但地表径流深度在某一时刻的值的高低均决定于之前1~2 h 的降雨量,而地表径流深度的总体上升或下降趋势均决定于前期累积的降雨量。地表径流深度随渗透面积比例的增加显著下降,且变化曲线存在临界阈值（为15%~20%）。在暴雨、大暴雨和特大暴雨时,渗透面积比例对地表径流的影响更大。研究结果可为控制汛期城市地表径流量和洪峰流量、减少城市内涝提供土地利用和管理方面的理论依据和决策建议。     

主要农业气象灾害风险评估技术及其应用研究

基于灾害风险分析的原理,论文提出了我国几种主要农业气象灾害风险评估的技术方法。包括一年生农作物、多年生果树减产率序列的构建技术,不同致灾因子、致灾指标序列的构建技术,灾害风险估算模型的构建技术;致灾损失(减产率)的风险评估技术,致灾指标的风险评估技术,减灾措施降低灾害风险的评估技术。通过对1961～2000年逐日气象资料与产量、灾情资料的相关分析研究,筛选出适用于北方地区冬小麦干旱、东北地区玉米和水稻冷害、江淮地区冬小麦和油菜涝渍、华南地区香蕉和荔枝寒害风险评估的主要致灾因子、致灾等级、致灾指标及其对应的减产率。以北方地区冬小麦干旱、华南地区香蕉和荔枝寒害风险评估为例,给出了针对一年生农作物、多年生果树不同承灾体类型的风险概率估算方法及其风险等级划分。结果表明:北方地区冬小麦干旱、华南地区香蕉和荔枝寒害风险概率分布有着很好的连片性和区域性。北方地区冬小麦全生育期内,自然水分亏缺的风险概率很高,随着灌溉次数的增加,缺水率的风险概率逐渐降低。一般在轻旱年灌水1～2次、中旱年灌水2～3次、重旱年灌水3次之后,大部分地区都能基本满足冬小麦的需水要求,缺水率出现的概率已经很小。