基于机器学习方法的上海市暴雨内涝灾情预测模型研究

本文基于区域灾害系统理论,综合考虑致灾因子、暴露度和脆弱性,提出了一套暴雨内涝灾情预测指标体系;在此基础上利用上海市应急联动中心110接报暴雨内涝灾情数据,构建了暴雨内涝灾情预测BP模型(Back Propagation Model)和XGBoost模型(Extreme Gradient Boosting Model),并对比分析了预测模型效果,实现对上海市暴雨过程内涝灾情数量预测;最后对内涝灾情影响等级进行阈值划分,以期为暴雨内涝影响预报与风险预警业务、服务及灾害管理提供技术支撑。结果表明:1)综合考虑致灾因子、暴露度、脆弱性指标且不经主成分分析降维的指标组合作为暴雨内涝灾情预测指标体系时,BP模型和XGBoost模型的预测精度最优;2)全量样本XGBoost模型总体表现最优,暴雨内涝灾情的右偏分布和内涝灾情的异常高值均对XGBoost模型预测误差有不同程度的贡献;3)综合评价法在历史灾情百分位法和模拟灾情百分位法基础上,结合多年业务实践经验和用户对于110灾情的处置承受力对暴雨内涝灾情进行阈值划分,在实际应用中具有一定参考意义。     

西安市老城区暴雨内涝模拟及其灾害风险评估

城市内涝灾害严重影响城市可持续发展,其灾害风险不仅受内涝积水影响,更与城市地形、人口分布和建成环境紧密相关。通过SWMM模型与GIS工具对西安市老城区10、20、50、100 a这4个重现期下2 h降雨进行暴雨内涝模拟,同时从危险性、暴露性和脆弱性出发构建内涝灾害风险评价体系,叠加运用传统数据与新兴多源数据计算内涝灾害指数。研究表明：西安市老城区在4个重现期下都出现较为严重的积水,排水管网系统尚不足以抵御10 a一遇的暴雨。积水严重区域主要集中在道路交叉口和城墙下穿区域、大面积城市广场和停车场、地势低洼处三类区域,主要原因是这些区域管线交汇且地势低洼,或存在大面积铺装且缺乏快速排水系统,或场地低洼且管网设计标准较低。西安市老城区内涝中、高风险区域主要集中在积水严重的道路交叉口、城墙下穿区域、城市广场和地势低洼处,主要原因是这些区域本身易积水,再加上周边的城市道路、人流车流、敏感设施相对密集,暴雨内涝影响严重。研究结果有助于深入认知城市内涝灾害风险,也有助于政府和相关人员准确绘制内涝风险地图。     

基于GIS的上海浦东暴雨内涝灾害脆弱性研究

随着全球气候变化和城市化进程的加速发展,城市暴雨洪涝灾害的频度和强度不断加强。灾害脆弱性研究是当前灾害研究的热点,基于灾损率的脆弱性分析方法是当前灾害脆弱性研究的重要课题点与前沿。采用G IS和遥感技术,依据20年、50年、100年、200年、500年、1000年一遇的6个重现期情景,对上海浦东新区开展了基于灾损曲线的脆弱性研究。研究中修正了上海地区的径流模型,基于G IS栅格编制了不同重现期的淹没深度图,实地调查了研究区暴雨内涝灾害的灾损率数据,确定了研究区的脆弱性等级划分,并利用G IS编制了基于不同重现期情景的上海浦东脆弱性图。研究中提出的方法对于沿海城市开展暴雨内涝等自然灾害脆弱性研究具有借鉴意义,研究结果可供区域灾害风险评估和防灾减灾规划参考。     

经常性暴雨内涝区域房屋财(资)产脆弱性研究——以温州市为例

基于洪涝灾害脆弱性研究基本思路,选择经常性暴雨内涝区域——温州市麻步镇和水头镇,就0908号台风"莫拉克"影响开展"暴雨内涝灾后房屋财产和商业资产损失"抽样问卷调查。结果表明:淹没区域平均水深1.7m,平均淹没时间超过2 d,房屋财(资)产损失较大;经常性暴雨内涝区域30%住户和商铺灾害损失值和灾损率接近0,房屋财产和商业资产灾损率呈现乘幂函数曲线。     

基于“3S”技术的村镇住宅洪灾脆弱性曲线研究

脆弱性曲线常用来表示各类承灾体的洪灾损失率与洪水特征之间的关系,是洪灾风险评价方法中的关键部分。为了构建村镇住宅洪灾脆弱性曲线,以2010年永吉县口前镇洪灾为案例,根据抽样理论运用GPS技术开展了村镇住宅洪灾损失的实地调查;运用RS技术和GIS技术提取出洪水淹没水深用以补充未调查房屋的淹没水深数据;采用回归分析方法建立了各类平房住宅水深-损失率之间的关系,用以表征脆弱性曲线。结果表明:居民住宅的洪灾损失率与水深高度相关,且在同一淹没水深下,平房住宅的使用时间越长损失率越大。脆弱性曲线的建立为计算洪灾潜在损失和区域防灾减灾提供了依据。     

暴雨内涝对城市社区居民出行影响的初步分析——以上海市普陀区金沙居委地区为例

开展城市社区暴雨内涝模拟,初步分析受影响的居民数量.以上海市普陀区金沙居委地区为案例,利用上海市暴雨经验公式计算重现期为50年、100年、500年三种不同情景下的1h降水量,以修正的SCS模型计算径流量.结合上海市排水管网系统的运行状况和实测的研究区相对高程,模拟9种不同情景下暴雨积水的淹没深度,分析不同情景下受影响的房屋分布和对居民出行的影响.随着暴雨强度的增强,排水管网系统功能的失效,积水区域由研究区中部不断扩大.在重现期为500年的情景下,在排水系统完全失效的情况下,最大淹没深度可达0.405 m,道路积水影响出行的人数达到5 970人,占研究区总人口数的87％,已经严重影响到当地居民的日常生活和出行.     

基于PSR和AHP方法的西安市城市内涝脆弱性评价体系构建与脆弱度评估

本文基于灾害系统理论和"压力-状态-响应"模型(PSR),构建了城市内涝脆弱性指标体系。利用2010、2012、2016、2017年共4期西安市统计年鉴数据提取了西安市城市内涝脆弱性指标,使用AHP(层次分析法)计算指标权重,提出城市内涝脆弱度指数,并综合分析评价了西安市城市内涝的脆弱程度。研究结果表明:自然和社会状态对城市内涝的脆弱性起决定性作用,外在压力和后期响应作用次之。其中,水面面积、排水管网密度、坡度、暴雨强度是对城市内涝脆弱度影响最大的因子,均大于10%;建成区面积、暴雨次数、人口、从业人数、投入资金、绿化率、GDP、防洪堤长度对城市内涝脆弱度的影响一般,影响力在2%-9%之间;年降雨量、年降雨天数、道路长度对城市内涝脆弱度影响较小,均小于2%。西安市4期的城市内涝脆弱度指数均为较低水平,说明西安市的城市内涝脆弱度指标平稳,灾害风险小,比较适宜人居。西安市城市内涝脆弱性评价,对区域城市管理、灾害预警、推进海绵城市建设等具有重要意义。     

基于贝叶斯网络的城市内涝风险格局优化——以安徽滁州市中心城区为例

城市汛期中内涝灾害发生已经成为常态,基于系统的内涝风险评估结果,进行科学的空间格局优化设计,有利于城市规划与管理决策。以典型的内涝易发区滁州市中心城区为例,通过筛选内涝风险驱动因子,引入贝叶斯网络模型,依据条件概率图表和熵差法分析结果,确定关键变量条件状态子集,通过设置空间格局优化情景得到内涝风险一级优化区、二级优化区和不宜优化区。结果表明:研究区内涝风险的空间分布特征为中部核心区高于周围边缘区域,沿清流河往外逐步降低;{Veg=1; Riv=1}为关键变量最优状态子集,{Veg=1; Riv=3}为关键变量次优状态子集,{Veg=3; Riv=3}为关键变量不优状态子集;一级、二级优化区面积分别为5.14 km2、4.79 km2,并提出需合理布局绿地系统和建设防涝工程的改善措施。     

城市内涝应急预案管理研究与应用

变化环境下城市暴雨频发、广发,内涝灾害损失严重,"去城市看海"成为居民口头禅,该问题受到广泛关注,是当前研究热点。针对当前城市内涝应急事件管理中存在的信息不畅和联动不足等问题,以陕西省西安市为研究区域,开展城市内涝应急预案管理研究。基于综合集成思想,采用模块化和流程图方法实现城市内涝应急预案的数字化、流程化、知识化与可视化,以城市内涝应急应对流程为主线,基于综合集成平台绘制组件化应急预案,基于平台进行城市内涝应急研讨和应对情景模拟。通过将城市内涝应急预案转变为可实际操作的应急应对方案,指导城市防洪减灾与应急管理工作。应用实例表明:基于模块化和流程图的应急预案可为城市内涝提供高效的应急管理决策支持,具有可视可信、可重用、人机交互等优点。研究结果可为变化环境下城市内涝应急应对和防洪减灾提供技术支撑,提升城市防洪减灾能力,降低内涝灾害损失,具有较好应用推广价值。     

基于多维空间耦合模型的综合灾害风险评价——以南阳市中心城区为例

随着城市化进程加快及城市规模扩大，城市建成环境变化较大，综合灾害应对能力不足，为提高综合灾害应对能力，从灾害构成要素“源头——根本——基础”及形成机理出发，对孕灾环境、承灾体及致灾因子协同考虑，对灾害风险评价，因此构建了“孕灾环境脆弱性、承灾体暴露性及致灾因子危险性等多维空间耦合模型”,并建立了灾害风险评价体系，提出结合加权综合评价法的灾害风险测算新方法，并以南阳市中心城区为例进行研究，发现南阳市中心城区综合灾害风险总体不断增加，但增速逐渐放缓，不同区域灾害风险差别较大，不同时期致灾因子、承灾体及孕灾环境变化对灾害风险均有较大影响，灾害风险水平较高。     

基于GIS技术的城市暴雨积涝数值模拟与可视化——以哈尔滨市道里区为例

以哈尔滨市道里区为例,通过对城市暴雨积涝条件分析建立了城市暴雨积涝三层空间的概化模型;利用GIS技术作为可视化平台,以水动力学方法采用一维非恒定流对管道内水流进行模拟,以二维非恒定流对地面水流进行模拟,同时耦合一、二维非恒定流模型并结合无结构不规则网格,建立了城市暴雨积涝数值模拟模型,实现了对城市暴雨积涝的水深和积水范围模拟及可视化。     

上海暴雨涝害和叶菜损失综合评估模型及其应用

从上海夏秋制约蔬菜生产的主要气象灾害暴雨雨涝及影响机制入手，通过对叶菜不同生长期及淹水时间处理的正交逆态试验，建立叶菜淹水损失模型；在菜区主要土壤人工模拟暴雨渗流试验基础上，应用旱地水量平衡原理，通过菜区各地入渗、径流及排涝能力的分析计算，进行淹水程度估算；根据气象条件对叶菜生长动态变化的影响规律，建立叶龄估算式。最后，通过对空间点赋值及数据属性的识别和综合运算，生成雨涝淹水程度及叶菜损失等级统计表和分布图。经１９９７年７月１０～１１日暴雨的模拟验证，取得较好效果。该定量评估方法，为暴雨后快速、直观、客观地提供上海菜区淹水状况分布与叶菜损失率等灾情信息提供了可能。     

基于GIS的上海浦东新区暴雨内涝灾害危险性分析

以上海市浦东新区为例,在修正已有的城市高程模型基础上,结合美国水土保持局SCS水文模型、降雨及排水因素,利用GIS栅格空间分析技术模拟了重现期5年、20年、50年、100年、200年、500年6种暴雨内涝灾害情景下的淹没深度和范围,并以街道(镇)为研究单元对上海浦东新区进行了暴雨内涝危险性评价。结果表明:5年一遇,全集中在0～0.2m;20年一遇,全集中在0～0.2m和0.2～0.6m;50年一遇和100年一遇,主要集中于0.2～0.6m,在此区间内淹没面积各占83.7%和70.8%;200年一遇和500年一遇,主要集中在大于0.6m的范围内,在此区间内淹没面积各占60.1%和66.5%。     

上海地区洪涝致灾因子复合概率及未来变化分析

根据上海地区三阶段(1970-2004年,2020-2054年和2060-2094年)四要素(降水、吴淞口风速、太湖流域面雨量、吴淞口潮位)提取年极值时间序列,采用GEV分布首先开展"雨洪风潮"各致灾因子气候变化分析,结果显示:"雨洪风潮"各致灾因子年极值受气候变化影响均呈增加趋势;进而基于Copula联合函数中的三维变量的超越概率模型,计算"雨洪风""雨洪潮"和"雨风潮"三种"三碰头"联合超越概率,结果表明:未来气候变化时段相对于历史基期,上海地区"雨洪风""雨洪潮"和"雨风潮"三种三碰头概率呈增加趋势。洪涝灾害致灾因子同时发生的复合概率增加,预示着气候变化影响下上海地区防汛排涝安全存在更大风险。     

1991年中国严重洪涝灾害主要成因

1991年中国严重洪涝灾害的主要原因和江淮流域持续性特大暴雨成因,都在于半球间宏观天气系统侵入中国所起的作用。这个结论是从实测现象和卫星云图以及工作经验推断出来的,又用以解释暴雨的几个交出特点,然后讨论持续性特大暴雨和特别严重洪涝灾害形成原因。     

上海降雨特征及其对城市水情灾害的影响

利用上海降雨资料,分析了上海汛期降雨的变化和最大年日雨量极值的累积分布规律,近期降雨空间分布、暴雨频度和强降雨特征,及气候因子对水情灾害的影响。结果显示,汛期雨量大小对水情灾害影响较为复杂,大暴雨或强降雨是造成水情灾害的重要原因。初步探讨和提出了气候因子的灾害危险评估方法,并对上海各区(县)近期的暴雨灾害影响进行了危险评估;暴雨对上海地区水情灾害影响差异明显,崇明、市中心区和浦东新区暴雨灾害危险较大,南部地区的青浦、金山、奉贤和松江区危险较小。     

江苏省梅雨及其灾害影响评估分析

根据江苏省近50年来的梅雨资料,用数学统计方法对入、出梅的迟早作了定义,考虑到梅期的长短、梅雨量及暴雨日数等3个因子,给出了梅雨强度计算模型及梅期旱涝指标,并分析了江苏省淮河以南地区近50年来梅期旱涝分布特征,最后阐述了入梅迟早对旱涝灾害的影响.     

天津市城区暴雨沥涝仿真模拟系统的研究

天津市位于黄河水系尾闾，是我国北方重要的工业和港口城市。该市历史上一直遭受洪涝灾害的威胁，加之近几年市区范围不断扩大，不透水面积增加，排水能力远远不能适应城市的发展要求，城市沥涝问题日趋严重。为了掌握天津市暴雨沥涝的规律，减轻洪涝灾害对该市的影响，作者利用二维不恒定流水动力学模型和计算机信息管理及图形技术，采用Power Station Fortran 4.0和Visual Basic5.0编程语言，在Widows98环境下开发了天津市暴雨沥涝仿真模拟系统。该系统首次实现了从城市暴雨预报、监测到城市暴雨沥涝仿真模拟的研究， 不仅能够处理实时的不均匀的降雨信息，还能处理数值预报模型的预报降雨信息。系统的信息前后处理模块用图形方式管理仿真模型的各类信息，方便用户显示、查询和修改，使系统更加完整、实用。     

古代经验对城市防涝的启示

研究现代城市暴雨后内涝灾害的原因,对照古城水系的经验,认为古代以河渠为城市排水干渠,密度大,行洪断面大,调蓄系统容量巨大,管理良好,是防止暴雨后城市内涝的重要经验,可供借鉴.