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。     

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GIS技术的海绵城市内涝灾害数值可视化研究

研究基于GIS技术的海绵城市内涝灾害数值的可视化技术,为城市内涝灾害预防和控制提供可靠分析依据。通过GIS技术采集海绵城市河道、排水口、管网等建模数据后,采用基于GIS技术的海绵城市内涝灾害分析模型对某场暴雨进行实测,通过同频率放大方法,获取不同重现期暴雨的设计降雨过程线,依据过程线以及SWAT模型获取不同重现期的洪峰过程以及积水淹没情况(深度、区域),并通过GIS可视化显示洪峰过程以及积水淹没情况(深度、区域)。可视化模拟结果显示,以安徽六安市为例,采用GIS技术对单个栅格的高程值与建筑物在地面以上的高度相加值进行DEM修正后,六安市内涝积水深度更清晰、准确度;随着重现期的延长,暴雨强度、淹没水位高度、淹没面积、最大积水深度也逐渐增加;从六安市暴雨内涝不同重现期淹没场景中可以看出,随着重现期的延长,淹没区域在六安市3D图中的范围越来越大;5年和25年一遇的洪水淹没区范围很小,但60年一遇的洪水淹没区在六安市北面范围很广,且在西南临界区域分布也较广。     

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DRIVE-Urban模型的长沙市区暴雨内涝灾害研究

以城市内涝模型DRIVE-Urban为基础,对长沙市区内的两次典型内涝事件进了街道尺度(10 m分辨率)和6个不同重现期(5年、10年、20年、30年、50年和100年)下的模拟,并根据模拟结果确定了内涝风险等级和风险区划。结果显示DRIVE-Urban模型能够很好地反映市区内街道积水的淹没情况,两次内涝点命中率(POD)分别达到了64%和67%,且随着重现期增大,积水面积也逐渐增大,积水面积最高占比甚至达到了市区总面积的8.2%,约96.51 km²。内涝的风险等级分为低风险、中风险、较高风险和高风险。高风险和较高风险区域主要集中在岳麓区东部、天心区北部、芙蓉区、开福区南部、雨花区北部以及高新区南部,而高新区北部、岳麓区西部和雨花区南部风险等级较低。     

基于SWMM模型的城市洪涝过程模拟及风险评估

以SWMM模型作为研究基础,建立了西安市沣西新城区洪涝过程模型,对由暴雨强度公式和芝加哥降雨过程线合成的不同重现期、历时120 min、雨峰系数为0.4的降雨情景开展洪涝过程及其风险评估研究。计算结果表明:该区域设计的排水管网可抵御3年一遇暴雨,但高于此重现期的暴雨会出现不同程度的内涝;溢流最严重的节点在重现期为T=10年暴雨中最大积水深约0.20 m,对城市影响程度不大,但在T=20年暴雨中最大积水深可达0.56 m,可引起严重灾情。根据积水深度模拟结果,可初步判断出在T=20年暴雨过程的特定时段(75~105 min)内,积水会导致以溢流节点为中心10 m范围内的行人和车辆失稳。     

上海中心城区复合洪涝淹没模拟及未来重现预估

台风影响期间造成的极端大风、降水和台风风暴潮极易引发洪涝灾害,叠加天文大潮、上游来水和未来海平面上升等因素将会对沿海特大城市的公共安全造成严重威胁。采用水动力模型ICM InfoWorks模拟了“海葵”台风影响期间“台风、暴雨、天文大潮”三碰头和“菲特”台风影响期间“台风、暴雨、上游来水及天文大潮”四碰头造成的上海市中心城区复合洪涝灾害淹没情况。结果表明历史“海葵”、“菲特”台风影响期间,上海中心城区受淹地区主要出现在黄浦江、苏州河附近地势低洼的上海老城区。接着基于PGW方法驱动WRF模式输出2050年“海葵”和“菲特”台风重现期间的降水数据,同法模拟上海地区复合洪涝灾害情况,结果显示未来气候变暖背景下,2050年“海葵”和“菲特”台风重现时降水均呈增加趋势,中心城区受淹面积和淹没深度均明显强于历史同期。     

南京城市住区居民洪涝脆弱性特征及影响因素研究

洪涝灾害频发的背景下,脆弱性理论是分析洪涝灾害发生机理及作用方式的重要工具。南京是全国重点防汛城市,聚焦到住宅小区尺度能够深入分析洪涝脆弱性的相关特征,基于高德积水地图不同等级的积水点为调研对象,从小区、居民和物业三个层面进行深入的实地调研,结果表明,性别、年龄、文化程度、收入、洪涝频率、道路排水情况、洪涝预警情况、获取信息方式、住区地势环境、住区绿化环境、住区维护情况、政府措施情况、物业应急情况对洪涝脆弱性影响显著,从事职业、洪涝情况、暴雨倾灌情况、受淹严重程度、暴雨持续时长、防汛了解程度、日常出行方式、防洪措施、房屋抗洪质量、防洪教育情况和设施维护情况对洪涝脆弱性影响不显著。     

基于GIS的上海市嘉定区暴雨积涝灾害风险区划研究

根据2006-2012年上海嘉定区9个气象站点的小时降水资料,结合嘉定区的社会经济与自然地理要素,构建一个集致灾因子、孕灾环境、承灾体及防灾减灾能力为一体的区域暴雨积涝风险评价模型。通过GIS技术实现各指标的栅格化,并利用指数模型对各因子基于500 m×500 m栅格的基本单元进行计算,编制嘉定区的暴雨积涝灾害风险区划图,构成嘉定区五个等级的风险,分别为高、次高、中等、次低和低。区划结果表明嘉定区的暴雨积涝灾害危险性指数从中心向外围成递减的趋势,且嘉定镇、新城和工业南区相对风险较高,华亭、徐行、南航和江桥风险相对较低。经嘉定区历年暴雨积涝灾情资料、典型暴雨积涝案例和专家的验证,均表明风险区划的结果和实际灾情符合度较高,对嘉定暴雨积涝的防灾减灾具有重要的现实指导意义。     

山区乡村房屋模型洪水冲击试验研究

洪水对山区乡村房屋冲击作用的试验研究成果,可为山区乡村房屋的抗洪设计和抗洪能力评价提供依据。试验主要研究到溃口不同距离处的乡村房屋所受的洪水冲击作用。采用3种开洞率模型进行试验,研究洪水在不同距离、不同开洞率的情况下对房屋结构的冲击荷载分布、冲击力大小以及冲击弯矩的影响,得出了荷载分布规律和冲击力、冲击弯矩的变化规律。研究结果表明,迎水面冲击荷载沿水平方向的变化无明显规律,沿竖直方向随着高度的增大而逐渐减小;冲击力随着房屋到溃口距离的增大而增大,而开洞率对其影响不明显;冲击弯矩、冲击作用力随着距离的增大而增大,随着开洞率的增大而减小。     

MIKE 21模型及其在城市内涝模拟中的应用

随着城市化水平的不断提高,下垫面发生巨大变化,城市内涝问题频现,严重制约着城市的健康发展。以北京市朝阳区某规划小区为例,应用DHI开发的MIKE软件,建立了MIKE 21的二维水动力模型,在典型降雨情况下模拟了研究区域内的积水过程。采用城市内涝ArcGIS模型的计算结果对比分析。结果表明:MIKE 21模型的计算结果满足规范要求,较好地模拟了区域积水分布位置、深度、历时等,较ArcGIS模型的精度更高。研究成果为城市内涝灾害的治理提供了技术支撑,对城市小区规划、道路设计、海绵城市建设等方面具有重要的应用价值。     

基于频繁模式挖掘的上海市气象灾害致灾因子识别

气象灾害是上海等超大城市面临的重大挑战,而如何定量挖掘气象条件的致灾影响是当前亟须解决的问题。研究基于近10年的气象类报警灾情数据,采用FP-Growth频繁模式挖掘算法开展气象灾害的致灾因子识别,得到气象对于典型承灾体的致灾影响阈值,并且基于挖掘结果构建了气象条件与典型承灾体的气象致灾知识图谱。结果表明：暴雨灾情主要分布在100～250 mm的大暴雨区间以及50～100 mm的暴雨区间,其主要承灾体为房屋、车辆、道路和小区;大风灾情主要分布在10.8～17.1 m/s(6～7级风),其次为17.2-24.4 m/s(8～9级风)区间,主要承灾体为车辆、道路、树木、房屋及相关构筑物。并且在不同统计时段灾情通常都集中于风雨共同影响的区间范围,呈现出较为明显的对角线分布特征。通过FP-Growth挖掘可以得到一些较为明显的致灾特征,如强降水会导致工厂、加油站、市场、学校、幼儿园、仓库、车库等积水,强风会导致电信设施、加油站、围墙和大棚受损。此外,强降水和大风的共同影响还会造成加油站、学校、幼儿园等灾情高发。本研究通过构建定量化的气象致灾影响知识框架,从而加深对于灾害性天气致灾影响的认识,为...     

中国暴雨的暴脾气

正当时间的脚步进入酷热夏季,我们在等待着雨水带来一丝丝清凉的同时,又担心遭受暴雨的侵扰。这些年,暴雨的出现,让我们看到太多的"伤痕"——平地积水、河道漫溢、农田毁坏、房屋倒塌、道路中断等,部分山体泥土松软造成突发性山体滑坡、泥石流等灾害,城市、乡村变泽国……     

台风‑风暴潮下海南地区砌体房屋物理脆弱性分析∗

海南省是我国台风登陆数量最多的省份之一。台风不仅直接对房屋建筑造成严重破坏,还可能会造成海面上涨引发风暴潮灾害,房屋在两种耦合灾害下易造成更加严重的损失。为探究台风?风暴潮作用下房屋的物理脆弱性,对海南省遭受台风灾害最严重的东海岸村镇砌体房屋进行了调研。首先基于受灾房屋资料的分析,确定了砌体房屋的建造特征和主要的破坏模式,并以风速和潮水淹没深度表征灾害强度,随后基于力学性能分析了砌体房屋的台风物理脆弱性,基于蒙特卡洛模拟建立了台风与台风风暴潮灾害之间的内在关系,基于定额清单法建立了台风?台风风暴潮灾害作用下房屋经济损失的计算方法。结果表明,砌体房屋在台风?风暴潮灾害下屋盖和墙体破坏严重,其中台风经济损失占主要部分,台风?风暴潮经济脆弱性曲线呈两段屈服平台分布。通过该地区砌体民房物理脆弱性分析,旨在为沿海地区防灾减灾工作提供一定的参考。     

建筑物在减轻城市洪涝灾害中的作用分析

城市洪涝的频发引发了城市管理者和城市规划学者的广泛关注和思考。然而,目前流行的低冲击开发技术(LID)、最佳城市管理措施(BMPs)等工程措施与我国紧张的城市建设用地现状形成了一定的矛盾。占据大面积城市区域的建筑物对洪涝过程产生了重要的影响。因而,在构建好的城市洪涝模拟模型的基础上,设计了6种情景,选取多个积水过程指标来定量化地对比分析了建筑物对于城市洪涝过程的影响。分析结果表明,建筑物的存在以及屋顶排水系统能够有效地延缓积水发生,降低积水最大深度和体积,并缩短积水持续时间。然而建设屋顶排水系统的收益呈倒"U"型分布。最后依据分析结论,从建筑规划角度出发,对减轻城市洪涝灾害提出了对应的措施。     

我国城市暴雨内涝的成因及其应对策略

暴雨内涝是城市自然灾害的主要形式之一,并长期困扰我国的许多城市。依据城市化进程及排水系统的发展趋势,揭示了我国城市暴雨内涝防治的误区,全面剖析了暴雨内涝的成因。结果表明:排水系统设计标准低下是我国城市暴雨内涝的一个重要的、但非唯一的成因;仅通过提高设计标准防治暴雨内涝投资巨大、实施困难,且成效不大。我国城市暴雨内涝的成因还包括城市下垫面不透水比例增加、暴雨洪峰流量增大、排水系统雨污混接现象普遍存在、地面沉降日趋严重、相关部门与专业缺乏沟通与合作等。基于发达国家城市暴雨管理的研究成果和实践经验,结合我国城市排水系统的实际情况,提出了暴雨内涝防治的应对策略,以促进城市暴雨管理体系的建立和完善。     

福建暴雨洪灾时空变化与区域划分的初步研究

根据福建省暴雨洪涝灾害数据库资料，重建了1971—2005年福建暴雨洪灾的时空格局，在此基础上，基于自然灾害系统理论，以县域为单元，根据综合性与主导因素相结合的原则，采用自下而上的方法对福建暴雨洪灾进行了区域划分。结果表明：福建洪涝灾害的年际变化呈波动上升趋势，与暴雨次数的年际变化并不一致；年内非台风暴雨洪涝灾害有71．2％集中在4—6月份，台风暴雨洪涝灾害有81.3％集中在7—9月份，群发性强；空间上东西分异明显，东部以台风暴雨洪灾为主，区内根据危险性差异划分为4个二级区；西部以非台风暴雨洪灾为主，区内依据危险性差异划分为3个二级区。分阶段研究表明，洪涝灾害的分布范围由沿海向内陆扩展，并与暴雨频次和持续时间呈不同步增长，反映了福建的洪涝灾害是主要致灾因子暴雨和承灾体共同作用的结果，承灾体的脆弱性加大了洪涝灾害灾情，福建暴雨洪涝灾害的时空格局和区域划分可为防灾减灾规划提供科学参考。     

下击暴流下单立柱三面式广告牌风压特性研究∗

基于计算流体动力学理论,采用雷诺平均方法对下击暴流作用下单立柱三面式广告牌结构风压分布进行三维数值计算。首先,通过模拟下击暴流风场风剖面验证计算模型及参数准确性。然后,主要分析径向距离和风向角对广告牌风压分布特性的影响。数值结果表明：径向距离和风向角对广告牌风压分布特性有较强影响,当结构置于 R=0D_jet时,广告牌内外表面均承受较大压力;而 R=1D_jet时,广告牌各面板所受压力达到最大值,然后随径向距离逐渐增大其数值不断减小。随风向角不断增大,广告牌各面板前后叠加风压系数逐渐增大,广告牌迎风面风压系数分布由不对称逐渐转变为对称分布,受高压区域面积也随之逐渐增大。     

宁夏地质灾害气象预报预警研究

利用1982—2004年宁夏的地质灾害与降水资料,分析了宁夏主要地质灾害的分布规律和形成机理,重点研究了引发地质灾害的气象条件。结果表明,滑坡和泥石流是宁夏主要的地质灾害类型,它们形成的气候条件都与降雨有直接的关系;地质灾害主要集中在其易发区内强降雨和暴雨出现频次较多的季节,由降雨引发的滑坡等地质灾害大多发生于降雨时段的中后期或稍后,泥石流一般与暴雨、持续降雨同时发生,雨量越大的地区地质灾害越发育,而连续性降水、短时强降水和暴雨是造成地质灾害的主要气象诱因。同时,根据研究结果,采用统计学方法建立了宁夏汛期地质灾害潜势预报模型,通过2004年汛期业务试运行,表明该预报模型有一定的参考价值,但还需进一步改进。     

天津市城区暴雨沥涝动态仿真模拟系统

天津城区内涝对人民的财产和正常生活,交通等方面造成了一定影响,因此研制了这套天津市暴雨商涝计算机仿真模拟系统,在收集城区雨量站实况降水资料和数值预报模式36h预报结果之后,通过对降水在地面不同走向的数值模拟,客观地反映出每场暴雨过程中城区的积水范围和积水过程,从而可以对暴雨灾害进行科学评估。