基于SWMM-MIKE11耦合模型的桐庐县内涝风险评估

基于Infoworks ICM模型的排水系统能力分析高婷;张发【摘要】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;77.81 ha 区域超过内涝设计标准,最大积水深度1.45 m,最长淹没时间36 h;其中64%的面积最大积水深度在0.15~0.3 m,53%的面积积水时间在2~6 h之间.%This paper takes the starting area of the Sino-Singapore Eco-city for example and establishes the drainage system model which contains the city river based on the Infoworks ICM model,to analyze the capaci-ty of the drainage system systematically and comprehensively.The results show that the proportion of the pipe which exceed its design standard is 70% to 80 % when the drainage is under 3 year frequency rainfall;and the capacity of drainage pipe network is not enough.In response to the rainfall of 20 year frequency,the water level of the Jiyun River is higher than the elevation of platform,which affects its safety.The area of that exceed the waterlogging design standard is 77.81ha;the maximum seeper depth is 1.45m and the longest submerged time is 36h.Among them,the area which one's maximum seeper depth between 0.15m and 0.3m is 64%.and the area which one's submerged time between 2 and 6h is 53%.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(040)003【总页数】4页(P15-18)【关键词】排水系统模拟;河道;能力;InfoworksICM模型【作者】高婷;张发【作者单位】三峡大学水利与环境学院,湖北宜昌 443002;三峡大学水利与环境学院,湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TU992近年来，内涝频发已经成为困扰我国城市发展和安全的普遍问题．住建部2010年对全国351个城市进行的专项调查结果显示，2008～2010年，超过60%的城市发生过内涝，其中有137个城市发生内涝的次数超过3次．导致城市内涝的因素有很多，包括气候变化引起的强降雨、城市化导致的下垫面变化、河道湖泊等调蓄容积减少、排水管网设计不合理等[1-3]，其中城市内河与排水管网运行之间缺乏相容性也是造成城市内涝的一个重要原因．在城市内涝模拟中，通常将排水口的河道水位作为管网出口的边界条件[4-6]，仅考虑了河道对城市管网的影响，忽略了排水管网对河道水位的影响．为了系统全面地分析排水系统的能力，需要将河道纳入排水系统的模拟中．本文以中新生态城起步区为例，采用Infoworks ICM软件建立排水系统模型，在不同设计重现期下对排水系统进行模拟，评估系统的排水能力．1 研究区域概况中新生态城位于天津市滨海新区北部，地势总体较为平坦，地面高程主要为2～6 m，呈现出南高北低的特点，场地坡度主要为1度左右．生态城多年平均降水量为545 mm，年平均降水日数为64～73 d．生态城的汛期为6月中旬至9月中旬．汛期的平均雨日在42 d左右，夏季降水量为441～568 mm，占全年降水量的80%～84%，主要集中在7、8月份．研究区域位于生态城起步区，高程大多在4 m以上．起步区北部为蓟运河故道和惠风溪．蓟运河故道上游有一土坝，无来水；为提高超标洪(潮)水顶托、且遭遇暴雨时生态城的安全保障能力，下游设有防洪闸和排涝泵站．惠丰溪上游设有防洪闸，下游连接蓟运河故道．起步区的雨水经管道收集后分别由雨水泵站A、B排入蓟运河故道和惠风溪，最后由排涝泵站排入蓟运河．研究区域概况如图1所示．图1 研究区域概况图2 模型构建2.1 排水系统输入采用Infoworks ICM软件进行排水系统的模拟．将城市排水管网进行概化，得到319个节点、329段管网、2段河道和3座泵站，雨水管均为圆形，管径400～2 800 mm；将节点、管道、泵站和河道的属性信息(节点坐标、高程，管长、上下游端管内底高程、管道粗糙系数、管径，泵站设计流量、开闭水位，河道断面等)导入到InfoWorks ICM软件中．采用泰森多边形法进行子汇水区划分并根据实际情况进行手动调整．排水系统模拟示意图如图2所示．图2 排水系统概化示意图2.2 径流模拟研究区域径流的模拟主要包括产流和汇流两部分，产流采用扣损法，汇流通过非线性水库模型进行模拟．在计算产流量时，将研究区域地面分为透水和不透水两部分，其中不透水部分占总面积的75%．不透水部分扣除初期损失值后默认全部产流，透水部分采用Horton模型计算，主要参数包括初损值、初渗率、稳渗率和衰减率．汇流计算的参数包括不透水区、透水区、管道和河道曼宁系数．通过文献调研和模型手册[7-11]，确定上述参数，参数值见表1．表1 径流模拟参数值参数名称取值不透水透水汇流参数(曼宁系数)0．0140．03径流量类型FixedHorton初期损失值/m0．0020．007汇流模型SWMMHorton 初渗率/(mm·h-1)75Horton稳渗率/(mm·h-1)1．3Horton衰减率/(1·h-1)3管道曼宁系数0．013河道曼宁系数0．042.3 降雨设置对于同一个设计重现期的暴雨，不同历时的雨型在集水区内某个点导致的洪峰流量不同，在集水区上游由短历时高强度的暴雨产生最大洪峰流量，而在集水区的下游，也就是接近管网末端，由较长历时的暴雨产生最大洪峰流量．因此，进行排水管网排水模拟分析时往往要模拟多种历时暴雨．中新生态城起步区排水管网的设计重现期为3年一遇，排水防涝标准为20年一遇．考虑不同历时，确定模型的降雨为3年1 h、3年2 h、3年3 h和20年24 h，采用天津市滨海新区暴雨强度公式和雨型，降雨时间序列如图3所示．2.4 参数率定由于缺乏实测数据，本研究以径流系数作为率定参数．根据室外排水设计规范以及起步区土地利用类型，计算得到起步区综合径流系数0.58．通过参数率定，保证模型的径流系数与计算值相同，参数率定过程见表2．图3 天津市滨海新区雨型图表2 参数率定过程表率定次数表面类型汇流参数初期损失值/mHorton初渗率/(mm·h-1)Horton稳渗率/(mm·h-1)Horton衰减率/(1·h-1)径流系数初始不透水0．0140．002---透水0．030．007751．330．691不透水0．0140．005---透水0．10．00875330．652不透水0．0140．005---透水0．20．01280820．58 3 模拟结果与分析为评估排水系统的能力，重现期P=3时模拟6 h(8：00-14：00)，重现期P=20时模拟36 h(8：00至次日20：00)．主要从管道过流能力、河道水位和内涝3方面评估排水系统的能力．3.1 管道过流能力将管道模拟所得流量与管道设计流量对比分析，统计过流管道占总管道数的比例，见表3．表3 过流管段占总管段比例降雨过流管道比例/%3年1h833年2h823年3h74 可以看到，随着降雨历时的增加，管道发生过流的比例有所下降；其中，降雨历时从2 h到3 h，过流比例下降较明显，达到8%．进一步分析管道的排水能力，将管道过流的时间分段统计，得到图4．从图中可以看出，不同降雨历时，管段过流时间有所不同，降雨历时1 h，过流时间在30～60 min的管道所占比例最大；历时2 h，过流时间在0～30 min的管道所占比例最大，60～120 min段次之；历时3 h，各过流时间段的管道所占比例相差不大．图4 过流管段不同过流时间分类统计图3.2 蓟运河故道水位蓟运河故道作为排水系统的同时，也是生态城的重要景观水系，河岸修建有亲水平台，为保证亲水平台的安全性，蓟运河故道水位不得超过亲水平台高程(0.9 m)．图5为不同重现期和降雨历时下模拟得到的蓟运河故道水位变化曲线．当重现期P=3、降雨历时逐渐增加时，蓟运河故道峰值水位增大，且峰值水位出现时间延后．当重现期P=20时，蓟运河故道水位在12：45超过0.9 m，在14：15达到最高水位0.94 m，之后开始下降，16：20时低于亲水平台高程，亲水平台淹没时间超过3.5 h．图5 蓟运河故道水位变化曲线3.3 内涝当降雨超过排水系统的能力时，地面开始积水．室外排水设计规范中规定车行道积水不得超过0.15 m，对积水时间没有规定，本研究以积水超过0.15 m、积水时间超过30 min作为内涝防治的设计标准．在10：30左右，地面开始积水，随着时间的推移，积水范围和深度增加，在12：00左右达到最大值，此后积水逐渐消退，在20：00左右不再变化．在整个模拟过程中，发生过积水的面积为77.81 hm2，最大积水深度为1.45 m，其中64%地面的最大积水深度在0.15～0.3 m之间，且随着最大积水深度增加，积水面积依次减少，如图6所示；积水时间最长为36 h，即到模拟结束，地面一直保持积水状态，53%的地面积水时间在2～6 h之间，如图7所示．图6 不同积水深度面积统计图7 不同积水时间面积统计4 结论与建议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，评估系统在不同降雨下的排水能力，得出以下结论：1)3年一遇降雨时，过流管道得比例达到70%～80%，管网排水的能力不足；2)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；3)超过内涝设计标准的面积为77.81 hm2，最大积水深度1.45 m，最长淹没时间36 h；其中64%的积水地面最大积水深度在0.15～0.3 m，53%的积水地面积水时间在2～6 h之间．为提高系统的排水能力，提出以下建议：1)提高管网的设计标准，增大管径；2)增加透水面积，加大下渗，减小径流量，如透水铺装、植草沟、雨水花园等；3)增设调蓄设施，保证管网排水能力的同时，对蓟运河水位进行错峰调节；4)对长时间积水的区域进行地形处理或增设雨水泵站、管道等措施，快速排除积水，保障城市安全．参考文献：[1] 谢映霞．城市排水与内涝灾害防治规划相关问题研究[J]．中国给水排水，2013，29(17)：105-108．[2] 叶斌，盛代林，门小瑜．城市内涝的成因及其对策[J]．水利经济，2010，28(4)：62-65．[3] 张悦．关于城市暴雨内涝灾害的若干问题和对策[J]．中国给水排水，2010，26(16)：41-42．[4] 梁小光，王盼，吕永鹏，等．内河水位对管网系统排水能力的影响模拟[J]．城市道桥与防洪，2014(11)：11-14．[5] 张晓波，盛海峰．城市市政排水与区域排涝水动力耦合模型研究[J]．人民长江，2015，46(18)：15-19．[6] 栾慕，袁文秀，刘俊，等．基于SWMM-MIKE11耦合模型的桐庐县内涝风险评估[J]．水资源保护，2016，32(2)：57-61．[7] 陈鑫，邓慧萍，马细霞．基于SWMM的城市排涝与排水体系重现期衔接关系研究[J]．给水排水，2009，35(9)：114-117．[8] 张兆祥，杨帆，王大春．淹没出流雨水管道应对内涝设计探讨[J]．中国给水排水，2016，32(1)：83-85．[9] 李彦伟，尤学一，季民，等．基于SWMM模型的雨水管网优化[J]．中国给水排水，2010，26(23)：40-43．[10] GB50014-2006(2016版)．室外排水设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2016．[11] 北京市政工程设计研究总院．给水排水设计手册.第01册.常用资料[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004．。

针对研究区域进行淹没分析计算 ，可 以通过 AutoCAD 软件对地面积水情况进 行动态二维或三维展示 ，直观了解小区局 部积水随时间的变化情况。通过淹没深 度分析得出各积水点的最大积水量和最 大积水深度 ，图 2 可以看出研究区域在重 现期 50a 条件下有 15 处积水点 ，图示积水 范围出现在最大积水深度时 ，并且各积水 点的最大积水深度处于模拟时间 2h 的不 同时刻 ，这是由不同汇水区域具有不同的 产汇流时间所引起的。
市政主干管汇水区域存在积水点 09、 积水点 11 和积水点 14 ，主要是由于雨水 主干管管径偏小 ，过流能力不足 ，导致地 面产生积水的现象。
5 改造措施
针对小区现状雨水管网降雨重现期 校核评估和暴雨时淹没分析结果 ，提出以 下改造措施。
①研究区域北侧设置截洪沟 ，拦截北 侧开发地块洪水 ，防止区域外洪水入侵。
2018 年至 2020 年 ，连续三年在 7 月至 8 月间 ，该区域均遭遇 50a 一遇强降雨 ，造 成区域产生积水 ，内涝严重 ，对小区居民 生活造成较大影响。
3 建立模型
3.1 HY-SWMM 内涝模拟功能简介 内涝模拟主要步骤分为建立数字高
程模型 、模拟准备 、模拟计算 、淹没分析计 算 、模拟结果展示和数据分析 。
【Abstract】Taking a community in Chengdu as an example, the Hongye Heavy Rain Drainage and Low-Impact Development Simulation
System (HY-SWMM) is used to check and evaluate the rainfall return period of the current rainwater pipe network and analyze the flood and

软件功能
一、 SWMM模型简介
（1）时变降雨；
l 降雨
（2）地表水的蒸发；
t
（ 3）降雪累积和融化； （ 4）洼地蓄水的降雨截留；
地表径流 Q
（ 5）未饱和土壤层的降雨渗入； （6）渗入水向地下含水层的穿透；
t
排水管网 Q
（7）地下水和排水系统之间的交替流动；
t
（8）地表漫流的非线性演算；
出流
（ 9）利用各种类型低影响开发（LID）实务捕获和滞留降雨/径流。
最简单的模型包括的对象：一个雨量计、一个汇水面积和一个排放口
其实是一个降雨径流的模拟模型
设置对象属性二、SWMM模型快速入门
可视化对象：雨量计、汇水面积和排放口
设置对象属性二、SWMM模型快速入门
非可视化对象：降雨时间序列
设置模拟选项二、SWMM模型快速入门
查看结果 二、SWMM模型快速入门
（3）SWMM径流模拟
五、雨水管网排水能力分析
（4）管段充水深度
雨水管直径0.2m，发生3年一遇降雨时，雨水管最大充水深度0.012m，小于雨 水管直径。
6基于SWMM模型的积水深度分析
六、基于SWMM模型的积水深度分析
六、基于SWMM模型的积水深度分析
降雨量（mm）
26.0 24.0 22.0 20.0 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0
四、显示结果分析
调整图形，使之美观
四、显示结果分析
查看动态变化过程
5基于SWMM模型的雨水管网排水能力分 析
五、雨水管网排水能力分析
降雨
屋顶绿化设施增加洼蓄量 屋顶绿化设施 雨水管收集屋面雨水
建筑物
调蓄池改善水质，调节流量

防洪措施评估
基于模拟结果，评估现有防洪 措施的有效性，识别潜在的风 险和薄弱环节。
优化防洪规划
结合模拟结果和防洪措施评估 ，提出针对性的优化建议和改 进措施，提高河道防洪规划的 科学性和实用性。
04
MIKE11水动力模型在河道防洪规划中的优势
高精度模拟能力
MIKE11水动力模型采用先进的数值计算方法，能够 高精度地模拟河道的流场、水位、流速等关键水力 要素。
02
河道防洪规划概述
河道防洪规划的意义
保护人民生命财产安全
通过规划和实施防洪措施，降低洪水对沿岸居民和 工农业生产的影响，确保人民生命财产安全。
维护社会稳定和经济发展
防洪规划有助于减少洪灾带来的社会和经济损失， 维护社会稳定，促进经济可持续发展。
保护生态环境
合理的防洪规划可以保护河流生态系统的完整性， 维护生物多样性，促进人与自然的和谐共生。
该模型支持高分辨率的地形数据输入，能够准确刻 画河道地形变化对水流的影响，从而提高模拟精度 。
MIKE11模型还具备强大的边界条件处理能力，能够 精确模拟上下游边界条件对河道水流的影响。
灵活多变的模型设置
MIKE11水动力模型提供多种 计算模块和选项，用户可以根 据实际需求灵活选择适当的模 块进行组合，构建符合特定河 道特征的模型。
参数设置
根据河道特性和历史洪水数据，设置模型参数， 如流量、水位、流速等，以反映河道的真实水动 力过程。
数据输入与预处理
将收集到的河道地形、水文站观测数据等输入模 型，进行数据预处理，确保数据的准确性和一致 性。
模型验证与校准
80%
模型验证
利用历史洪水事件数据对 MIKE11模型进行验证，通过比 较模拟结果与实际观测数据的一 致性来评估模型的可靠性。

MIKE URBAN模型在城市内涝分析中的应用作者：朱学虎海霞来源：《城市建设理论研究》2014年第29期摘要：基于ArcGIS平台，采用城市雨水管网模型（MIKE URBAN），结合芝加哥雨型设计工具，建立了吴忠市雨水管网模型。

对不同重现期雨水管网负荷情况、排水泵站排水能力等进行了模拟计算，对城市易涝点进行统计分析，计算结果较为合理可靠。

MIKE URBAN模型模拟及其分析方法可全面反应研究区域雨水系统的服务性能，为城市雨水管网现状评估、改造及规划等提供决策依据。

关键词：MIKE URBAN；管网负荷；泵站排水能力；易涝点中图分类号：TU984文献标识码： A城市排水管网水力模型（MIKE URBAN）是一门集排水工程、计算机、信息等为一体的新技术[1]。

管网设计者可以借助水力模型仿真模拟现状排水管网的运行状态并对其排水能力进行评估，结合实际可实施性，在水力模型平台上制定改造方案并对其进行校核。

国内外很多城市排水研究者和管理者构建了大量的水力模型，辅助排水系统的评估、规划等[2-5]。

目前，我国城市排水管网规划、设计及改造等大多是在人工现场调查的基础上结合理论基础进行，以主观决策为主，对于水力模型的应用较少。

本文以宁夏吴忠市为例,利用MIKE URBAN模型对不同重现期（市政）降雨条件下现状排水设施的服务能力进行了系统的评估、结合实地勘测情况对规划区域的排水设施进行了详细的规划（包括管径、流向、泵站等），并将改造和规划方案进行了校核；利用MIKE URBAN和MIKE21的耦合，对研究区域的地面积水状况做了详尽的分析并提出改造方案。

1MIKE URBAN模型介紹MIKE URBAN是丹麦DHI Water&Environment&Health独立开发研制，它可以和二维模型MIKE21整合，是一个动态耦合的模型系统。

模型可以同时模拟排水管网、明渠，泵站等，由雨水井承担接收地面降雨。

5
丹华水利环境技术（上海）有限公司 DHI CHINA
2 DHI 城市排水解决方案
DHI 排水模型广泛应用于城市排水与防洪、分流制管网的入流/渗流、合流制管网的溢流、排 水泵站优化管理、受水影响、在线模型、管流监控等方面。
DHI 的城市排水模型和咨询服务可以为用户提供系统性的解决方案，可以对水量，水质和综 合水体系进行分析。DHI 的城市水模型是建立在科学框架的基础之上，可以用于协调管理和规划。 其模型可以在进行高昂费用工程投资之前进行必要的各种预案的模拟分析。DHI 的城市水模型也 可以帮助人们了解系统的复杂性，对决策提供建议和支持。
8
丹华水利环境技术（上海）有限公司 DHI CHINA
2.2 评估分析篇
排水模型用于城市排水系统的评估分析。通过分析复杂管网的网络结构、上下游关系，有助 于管理者准确了解污水管网的结构特征；通过雨污水排水现状的动态模拟分析，可以全面反映污 水管网的排水负荷现状，发现雨污水管网系统中的薄弱环节和区域，为管网的改扩建及管理提供 支持。同时为管网养护和事故处理提供决策支持。
MIKE FLOOD 的并行计算技术使用共享内存的 OpenMP 协议，可以最大程度的地发挥多 CPU 或多内核 CPU 的优势。
# CPU 个数 *)
1
2
4
8
计算速度倍数**)
~1.3
~3
~5
~8
1.1.6 专业的技术支持
DHI 在上海设有全资子公司，拥有 100 多名专业工程师，负责中国区域内的技术支持和咨询 服务。
DHI 提供的城市内涝模拟技术可以为城市排水（雨水）防涝综合规划的编制提供有力的技术支 撑。城市内涝模拟通过模拟城市排水管网、城市排水河道以及地面积水漫流过程，动态、清晰地 反映城市排水体系的排水能力，防涝设施的效果、城市积水的过程等。就《城市排水（雨水）防 涝综合规划编制大纲》，城市内涝模拟可以提供：

基于MIKE的松江河梯级水库溃坝洪水风险分析
马壮壮;于洋
【期刊名称】《吉林水利》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】为最大程度减少溃坝造成的人员伤亡和财产损失,运用MIKE11软件对松江河流域的小山、双沟、石龙梯级水库进行溃坝洪水影响分析。

通过建立梯级水库库区河道一维水动力模型,计算不同工况下各水库溃坝洪水过程,并利用MIKE21软件模拟梯级水库下游洪水演进,提取最大淹没水深、最大流速,得到梯级水库下游村屯淹没影响数据。

研究成果可作为突发事件应急处置的依据,为应急决策和减灾提供技术支撑。

【总页数】5页(P52-56)
【作者】马壮壮;于洋
【作者单位】中水东北勘测设计研究有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV122
【相关文献】
1.基于MIKE模型的水库溃坝洪水数值模拟分析
2.基于MIKE的城市地区水库溃坝洪水风险分析
3.梯级水库群溃坝洪水风险分析——以澜沧江上游为例
4.基于MIKE模型的水库溃坝洪水计算
5.基于Mike的水库大坝溃坝洪水影响分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于GIS与SWMM耦合的城市暴雨洪水淹没分析摘要：针对暴雨导致的城市内涝问题，采用GIS与SWMM耦合的城市暴雨洪水淹没分析计算方法，对郑州市暴雨内涝淹没范围和淹水深度进行了模拟分析，对组成排水系统的排水管网、道路和河道水系等进行合理概化，构建了暴雨洪水淹没分析模型，对重现期分别为0.5、1、2、5、10 a设计暴雨情形下的管道节点溢流和积水深度进行了模拟。

结果表明：郑州市区总体排涝标准较低，排涝能力严重不足；该模型能直观表现受涝区淹没范围和淹水深度，在城市排水管网规划、雨洪管理和灾后损失评估等方面具有一定的应用价值。

关键词：GIS；SWMM模型；淹没分析；暴雨；城市内涝；郑州市近年来，随着气候变化和城市化的发展，由暴雨引起的城市内涝日趋频繁，造成的灾害损失越发严重［1］。

对城市雨洪过程进行模拟与预测是有效应对城市暴雨内涝灾害的重要技术手段，因此如何构建城市暴雨洪水淹没分析模型成为城市水文学研究的热点问题［2］。

城市区域不透水面积比例较大，产汇流历时较短，导致城市水文效应明显，主要表现在洪水总量增加，洪峰流量加大；另一方面，市政集／排水口众多且分散，管网结构复杂，实际过流能力各异。

因此，对城市暴雨洪水过程进行模拟时需要考虑城市下垫面空间变异性，并合理处理路网、管网、河网等主要径流通道之间的复杂水力联系［3］。

SWMM模型能较好地计算暴雨条件下研究区域经下渗、蒸发、地下径流、排水系统输出等方式的水循环后留存于地表的积水量，模型输出结果为各个管网点的溢出水量［4］，不能表达现实城市雨洪管理中溢出水量产生内涝的淹没范围和淹水深度问题［5-8］。

也就是说，单纯应用SWMM模型对城市暴雨洪水进行分析计算，不能反映积水点的积水时间和积水范围，使城市暴雨洪水预警预报结果不直观。

快速发展的地理信息系统（GIS）技术为繁杂的SWMM城市排水管网模型的构建提供了有力的支持［9-10］，也为模型结果的拓展应用提供了一种新的便捷、高效的技术手段，并且SWMM为开源软件，便于与GIS结合以实现二次开发［11-13］。

基于SWMM模型的贵安新区暴雨径流过程模拟作者：胡彩虹李东李析男来源：《人民黄河》2020年第05期摘要：以貴州省贵安新区示范区为例，构建暴雨洪涝模型（SWMM），选择SCS径流曲线计算下渗量，比较模型模拟流量与研究区排水口的实测流量，结果表明模拟径流过程与实测径流过程吻合度较好，用于校准和验证的5场降雨径流的模拟误差分析和Nash系数也均符合标准。

研究表明，SWMM模型可应用于贵安新区城市洪涝的模拟，可以为该地区海绵城市建设以及雨洪管理措施的实施提供理论依据。

关键词：贵安新区示范区;SWMM;SCS径流曲线;雨洪模拟中图分类号：TV121 文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.05.002Abstract：Taking the demonstration area of Guian New District as an example， the storm flood model was constructed and the SCS runoff curve was selected to calculate the infiltration amount. Comparing the simulated flow of the model with the measured flow of the drainage outlet in the studyarea， the results showed that the model-simulated runoff process was in good agreement with the measured runoff process. The simulation error analysis and Nash coefficients of five events of rainfall runoff used for calibration and verification were also in accordance with the standards. The research shows that the SWMM model can be applied to the simulation of urban floods in Guian New District， which can provide an important theoretical basis for the construction of sponge cities and the implementation of stormwater management measures in the region.Key words： demonstration area of Guian New District; SWMM; SCS runoff curve; rain flood simulation1 引言近年来随着我国城镇化速度的不断加快，城市洪水内涝问题成为威胁城市安全和社会稳定的重要因素之一[1-2]。

第38卷第5期Vol．38No．5水㊀资㊀源㊀保㊀护Water Resources Protection2022年9月Sep.2022㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(51739011,51979285);流域水循环模拟与调控国家重点实验室基金(SKL2022TS11)作者简介:李国一(1992 ),男,博士研究生,主要从事城市水文研究㊂E-mail:1969687116@ 通信作者:刘家宏(1977 ),男,正高级工程师,博士,主要从事水文与水资源研究㊂E-mail:liujh@DOI :10．3880/j.issn．10046933．2022．05．009基于TELEMAC-2D 模型的深圳洪涝风险评估李国一1,刘家宏1,2,3(1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京㊀100038;2.水利部水资源与水生态工程技术研究中心,北京㊀100044;3.水利部数字孪生流域重点实验室,北京㊀100038)摘要:基于TELEMAC-2D 模型构建深圳市深圳河流域洪涝仿真模型,选取两场实测暴雨(20180607和20180916)的内涝淹没资料对模型进行验证,结果表明所构建的模型具有较好的可靠性和精度㊂采用构建的仿真模型模拟暴雨重现期为50年一遇㊁雨峰系数为0．4条件下,降雨历时分别为30min ㊁60min ㊁90min 和120min4种情景下洪涝发生的过程,获取积水深度㊁积水面积和流速等致灾因子,考虑不同流速和积水深度组合情境下对深圳河流域进行内涝风险评估㊂结果表明:随着降雨历时的增加,积水深度㊁积水面积和流速均增大;根据积水深度和流速对深圳河流域进行洪涝风险分区,中高风险区面积随着降雨历时的增加不断增大;中高风险区占流域总面积比例较小,但容易出现人员伤亡和财产损失,当出现中高风险区时,应及时发布信息,积极采取应急减灾措施㊂关键词:TELEMAC-2D 模型;城市内涝;风险评估;深圳河流域;深圳市中图分类号:TV213㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:10046933(2022)05005807Flood risk assessment of Shenzhen City based on TELEMAC-2D model ʊLI Guoyi 1,LIU Jiahong 1,2,3(1.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin ,China Institute of Water Resources and Hydropower Research ,Beijing 100038,China ;2.Water Resources and Water Ecological Engineering Technology Research Center ofMinistry of Water Resources ,Beijing 100044,China ;3.Key Laboratory of River Basin Digital Twinning of Ministry of Water Resources ,Beijing 100038,China )Abstract :Based on TELEMAC-2D model,a flood simulation model of the Shenzhen River Basin in Shenzhen City was established.Two measured rainstorm events (20180607and 20180916)were selected for model verification.The results show that the established model has good reliability and accuracy.The established model was used to simulate the process of flood and waterlogging under the conditions that the return period of rainstorm is 50years,the rainfall peak coefficient is 0.4,and the rainfall duration is 30min,60min,90min and 120min,respectively,to obtain the disaster causing factors such as the ponding depth,ponding area and flow velocity.Considering the combination of different flow velocity and ponding depth,the risk assessment of waterlogging in the Shenzhen River Basin was carried out.The results show that with the increase of rainfall duration,the ponding depth,ponding area and flow velocity increase.According to the ponding depth and flow velocity,the flood risk zoning of the Shenzhen River Basin is carried out.The areas of medium-and high-risk zone increase with the increase of rainfall duration.Medium-and high-risk zone areas account for a small proportion of the total area of the basin,but are prone to casualties and property losses.When medium and high-risk zone occur,information shall be released in time and emergency and disaster reduction measures shall be actively taken.Key words :TELEMAC-2D model;urban waterlogging;risk assessment;Shenzhen River Basin;Shenzhen City㊀㊀随着我国城市化进程不断加快,加之全球气候发生变化,我国城市内涝灾害发生频率增加㊁灾害损失加剧,已成为影响经济社会发展的一种主要自然灾害[1-3]㊂截至2020年,我国城镇化率超过60%[4]㊂城市化本质是社会经济变化的过程,1978年至今是我国城市化稳定快速发展时期,在城市化发展带来诸多积极意义的同时,也会产生一系列环境㊁社会和经济问题,例如土壤污染㊁空气污染㊁热岛㊃85㊃效应㊁雨岛效应㊁水资源短缺㊁酸雨等㊂其中城市内涝问题近几年表现尤为突出, 城市看海 的现象时有发生,城市内涝造成人员伤亡㊁财产损失的事件屡见不鲜,如2012年北京强降雨造成道路㊁桥梁等工程受损,几十人遇难;2014年深圳市两次遭遇强降雨,市内约有200处发生积水内涝,约2000辆汽车被淹㊂城市内涝的发生主要由两方面导致:①气候变化导致极端降雨事件发生的强度和频率增加,尤其是短历时强降雨;②城市建设规划设计存在局限性,基础设施建设滞后于城市发展速度㊂城市暴雨洪水模拟是城市防灾减灾的关键技术之一,国内学者开展了很多相关研究,并取得了丰硕的成果㊂陆海明等[5]基于SWMM模型在铁心桥实验基地开展内涝防治效果模拟;栾震宇等[6]基于MIKE FLOOD 耦合模型,以新化县为典型研究区建立城市内涝模型,对城市内涝风险进行评估;黄锦松等[7]基于二维水动力城市雨洪模型,对海绵城市建设前后的内涝积水情况进行模拟,分析海绵城市内涝削减效果;向小华等[8]通过耦合SWMM和LISFLOOD-FP模型构建响水县城区内涝模型,并采用GPU并行计算技术加速城市二维内涝模型的运算;冯钧等[9]通过构建城市内涝事理图谱,消除城市内涝事件突发性和空间易变性对城市内涝灾害决策调度的影响㊂深圳市是国家海绵城市建设试点城市之一[10],深圳市投入大量人力物力进行城市改造,本文以深圳市深圳河流域为研究对象,基于TELEMAC-2D水动力学模型构建二维城市内涝仿真模型,考虑不同降雨历时对城市内涝的影响,分析内涝发生时积水深度㊁积水面积㊁流速等指标,同时对城市不同内涝风险区进行划分,为深圳市减少城市内涝㊁加快海绵城市建设提供参考㊂1㊀研究区概况深圳市(东经113ʎ43ᶄ~114ʎ38ᶄ,北纬22ʎ24ᶄ~ 22ʎ55ᶄ)地势东南高㊁西北低,境内地形复杂,地貌类型多样且大部分为低丘陵地,低山㊁台地㊁阶地和平原间或其中㊂深圳市属于亚热带海洋性气候,气候温和,光照充足,多年平均气温为22．4ħ;每年4 9月为雨季,汛期降雨约占全年降水量的85%左右,年均降水量为1933．3mm,水量充沛㊂常年主导风向为东南风,平均每年受台风影响四五次㊂深圳河是深圳市主要河流之一,属于珠江水系,发源于牛尾岭,流经深圳与香港,自东北向西南流入深圳湾㊂深圳河在深圳市内流域面积约为190km2,主要包括罗湖区㊁福田区大部以及龙岗区一部分,属于深圳市经济发达㊁人口密度较大区域,对此区域进行城市内涝风险评估具有重大意义㊂2㊀TELEMAC-2D模型构建TELEMAC-MASCARET是由法国国家水力学与环境实验室开发的开源河流㊁河口和海岸的一维㊁二维和三维水力学模型系统[11],主要由咨询和研究机构组成的联合体进行管理(相关信息可登录www. 查看)㊂本文所采用的TELEMAC-2D是其中的一个二维水动力计算模块[12-14],该模块主要用于求解二维浅水方程,计算每个节点上的水深和流速等,在海岸等大范围的风暴潮洪水模拟中应用广泛[15-16],而专门用于城市洪涝淹没模拟的研究相对较少㊂2．1㊀模型原理TELEMAC-2D采用有限元方法对浅水方程进行求解,该模块可同时求解以下4个水动力学方程:ʏh∂t+U㊃Ñh+hÑ㊃U=S h(1)∂u∂t+U㊃Ñu=-g∂Z∂x+S x+1h div(hv tÑu)(2)∂v∂t+U㊃Ñv=-g∂Z∂y+S y+1h div(hv tÑv)(3)∂T∂t+U㊃ÑT=S O+1h div(hv OÑT)(4)式中:h为水深,m;U为合速度,m/s;u㊁v分别为速度分量,m/s;g为重力加速度,m/s2;Z为自由表面高程, m;t为时间,s;x㊁y为空间坐标;v t㊁v O分别为动量扩散系数㊁示踪剂扩散系数,m2/s;S h为流体源或汇项速度, m/s;T为示踪剂浓度,g/L;S x㊁S y分别为x和y方向的底摩阻项,m/s2;S O为示踪剂源或汇项速度,m/s; TELEMAC-2D模块采用SCS(soil conservation service)模型进行降雨产流模拟的计算㊂SCS模型是由美国Soil Conservation Service根据不同地区小流域降雨径流资料得到的一个经验性模型[12]㊂SCS 模型计算公式为Q=(P1-I a)2P1-I a+S(5)其中I a=0．2S㊀㊀S=1000C N-10式中:Q为径流量,m3;P1为降水量,mm;S为土壤最大蓄水量,mm;C N为径流曲线数;I a为初损值,mm㊂I a为在径流产生之前损失的雨量,包括蒸发㊁填洼㊁下渗和植物截留等,主要与土壤类型和土地利用方式有关[17]㊂2．2㊀模型构建2．2．1㊀设计暴雨情景根据‘城市暴雨强度公式编制和实际暴雨雨型㊃95㊃确定技术导则“,2015年深圳市气象局联合其他部门基于深圳市1961 2014年降水资料,编制了最新暴雨强度公式:i =8．701(1+0．594lg P )0．555(t 1+11．13)(6)式中:i 为暴雨强度,mm /min;P 为重现期,a;t 1为降雨历时,min㊂采用国际上常用的芝加哥雨型对降雨时程进行分配,可分别得到在50年一遇㊁雨峰系数r 为0．4㊁时间间隔为1min 的条件下,降雨历时分别为30min㊁60min㊁90min 和120min 的4种降雨过程㊂由于在研究区内获取排水管网资料非常困难,参考文献[11-12],采用等效排水的方法对排水管网进行概化㊂同时,结合实地调研情况,考虑到管网堵塞㊁淤积㊁老化等不利影响,深圳河流域排水管网实际排水能力多为1年一遇㊂根据深圳市暴雨强度公式求得的1年一遇降水量作为管网的估算排水量,在降雨数据中将此部分等效水量进行扣减,视为通过排水管网排掉的水量㊂此概化方法在降雨发生时间内对降水量进行适当的折减,所以在地表淹没计算过程中结果合理可靠㊂综合降雨和排水管网的排水作用,设计暴雨过程如图1所示㊂图1㊀设计暴雨过程Fig.1㊀Design rainfall process2．2．2㊀构建过程图2为深圳河流域下垫面数据㊂构建模型所需的高程数据可由地理空间数据云下载,精度为30m ˑ30m㊂同时,使用ArcGIS 水文分析工具对高程数据进行预处理,主要包括洼地填充等㊂处理后的数据基本可以满足研究区内涝分析的要求㊂土壤类型数据从寒区旱区科学数据中心下载获取,根据世界土壤数据库和美国SCS 模型土壤分类标准[18],可将深圳河流域土壤分为B㊁C㊁D 3类,其中B 为砂土和少量砂壤土,透水性较好;C 为砂黏土㊁粉砂壤土和少量黏土,透水性中等;D 为黏土,透水性较差㊂土地利用类型数据通过遥感影像解译获得,遥感影像可由地理空间数据云下载,分辨率为30m ˑ30m㊂㊀㊀(a)高程(b)土壤类型(c)土地利用类型图2㊀深圳河流域下垫面数据Fig.2㊀Underlying surface data of the Shenzhen River Basin根据研究需要将深圳河流域土地利用类型划分为建筑㊁绿地㊁水体㊁道路㊁裸地和其他共6类㊂参考与本区域气候环境相近的地区,根据土地利用类型和土壤水文分组分别赋值不同的曼宁系数n ,建筑为0．2,绿地为0．08,水体为0．015,道路为0．05,裸地为0．065,其他为0．05㊂使用ArcGIS 对高程数据㊁土壤类型数据和土地利用类型数据进行整合,再由BlueKenue 软件将研究区域划分为非结构化三角形网格,网格边长为30m,共计477797个网格,240570个节点㊂模型边界条件设置为自由出流边界条件,即降雨过后的积水仅在重力作用下外排,假设初始地表无积水,库朗数设为0．75㊂按照SCS-CN 方法,参考文献[19],考虑到深圳市地处东南沿海,气候温和湿润,前期土壤㊃06㊃含水量设为AMC-Ⅱ,即中等情况㊂模拟时长为360min,时间步长0．5s㊂为提高径流曲线数的准确性,结合土地利用类型和水文土壤分类结果确定径流曲线数,具体见表1㊂表1㊀径流曲线数Table 1㊀Values of runoff curve number土壤类型建筑绿地水体道路裸地其他B 906198988380C9274100988888D 94801009890972．3㊀模型验证为验证模型的准确性和可靠性,根据收集到的实测降雨资料㊁积水资料对模型进行验证㊂选取20180607和20180916两场降雨进行模拟,将模拟结果与实际积水监测数据进行对比分析,积水监测点位置分布见图3㊂降雨数据来源于流域内雨量站实测数据,积水数据由深圳市设立的积水监测设备实时收集,结果见表2和表3㊂根据结果,模型模拟㊀㊀图3㊀积水监测点位分布Fig.3㊀Distribution of water monitoring points表2㊀20180607验证结果Table 2㊀Verification result of 20180607积水监测站号位置实测积水深度/cm 模拟积水深度/cm 误差/cm ㊀23红荔路彩田路西53．0-2．0㊀27新洲路福田中心2942．413．4㊀74益田路福民路南23．21．2116文锦南路2018．1-1．9170金鹏物流园区4048．08．0表3㊀20180916验证结果Table 3㊀Verification result of 20180916积水监测站号位置实测积水深度/cm 模拟积水深度/cm 误差/cm ㊀23红荔路彩田路西44．50．5116文锦南路1413．9-0．1121爱国路高架西2017．8-2．2122梅林街道北环大道22．6-0．6得到的易涝点与实际易涝点位置基本吻合,表明该模型可较好地模拟研究区淹没情况;同时,两场实测降雨模拟所得的淹没水深与实际监测的淹没水深误差较小,表明该模型模拟精度较高㊂3㊀深圳市内涝风险评估3．1㊀积水深度㊁积水面积㊁流速分析根据GB 51222 2017‘城镇内涝防治技术规范“等设计规范并参考相关文献[20-22],将不同降雨情景下积水深进行等级划分㊂当积水深度小于0．15m 时,基本不会对行人和机动车通行产生影响,可认为没有内涝风险;当积水深度为0．15~0．3m 时,会影响行人通行,致使机动车行驶速度变缓,一般不会造成人员伤亡和财产损失,可认为低内涝风险;当积水深度为0．3~0．5m 时,对行人和机动车产生很大影响,可能造成人员伤亡和财产损失,可认为是中内涝风险;当积水深度大于0．5m 时,会影响日常生活,发生人员伤亡和财产损失的概率大,可认为是高内涝风险㊂图4为不同降雨历时下的积水深度,可见,随着降雨历时的增大,最大积水深度不断增加,在降雨历时分别为30min㊁60min㊁90min 和120min 时,最大积水深度分别为0．71m㊁0．80m㊁0．90m 和1．12m,积水深度峰值大约出现在降雨结束时刻㊂降雨结束后,水流在重力作用下向地势低洼的地方流动,使得积水深度减小,但会出现积水面积增大的情形㊂在不同降雨情景下,发生积水的位置具有一致性,主要集中在流域中部地区,主要是因为流域地势周边高中间低,水流易于在低洼处聚集导致㊂表4为不同降雨历时下的积水面积峰值,可见,(a)30min㊀(b)60min(c)90min㊀(d)120min图4㊀不同降雨历时下的积水深度Fig.4㊀Ponding depth under different rainfall duration㊃16㊃表4㊀不同降雨历时下积水面积峰值Table4㊀Peak of ponding area under different rainfall durations降雨历时/ min积水面积峰值/hm2占流域面积比例/%积水深度0．15~0．30m积水深度0．30~0．50m积水深度大于0．50m积水深度0．15~0．30m积水深度0．30~0．50m积水深度大于0．50m3013．811．280．350．00070．00010．00002 60290．3226．452．720．01530．00140．0001 90652．41123．0212．670．03430．00650．0007 1201068．81183．3131．910．05630．00960．0017随着降雨历时的增加,不同积水深度对应的积水面积不断增大㊂降雨历时分别为30min㊁60min㊁90min㊁120min时,积水深度大于0．5m的积水面积分别为0．35hm2㊁2．72hm2㊁12．67hm2和31．92hm2㊂虽然积水深度大于0．5m下的积水面积占流域面积比值较小,但随着降雨历时的增大,其增速较大,而且一旦出现此情形,会产生很大的危害,需要特别注意㊂在进行城市洪涝分析时,通常对积水深度㊁积水历时和积水面积关注较多,对流速的分析相对较少㊂当地面产流以后,水的流动主要靠重力作用,水流方向和速度与地形坡度密切相关㊂图5为不同降雨历时下流速分布,可见,大部分区域流速均小于0．2m/s㊂随着降雨历时的增加,流速会相应增加,流速大于0．2m/s的面积持续增大,最大流速出现在流域中部靠近边界的位置,此处地势高差大,当出现地面积水时,其流速相对较大㊂表5为不同降雨历时下最大流速和最大积水深度情况,可见,随着降雨历时的增大,流速的最大值也在不断增大,降雨历时为30min㊁60min㊁90min㊀㊀(a)30min㊀(b)60min(c)90min㊀(d)120min图5㊀不同降雨历时下流速分布Fig.5㊀Distribution of flow velocity underdifferent rainfall durations表5㊀不同降雨历时下最大流速和最大积水深度Table5㊀Maximum flow velocity and maximum pondingdepth under different rainfall duration降雨历时/min最大流速/(m㊃s-1)流速峰值时刻/s最大积水深度/m降雨峰值时刻/s300．9012600．71720601．1218000．801440901．2527000．9021601201．3634201．122880和120min时,最大流速分别为0．90m/s㊁1．12m/s㊁1．25m/s和1．36m/s,流速最大值出现的时刻并不是降雨峰值出现的时刻,而是出现在降雨峰值之后㊂3．2㊀城市内涝风险评估城市暴雨内涝会产生人员伤亡和财产损失,本文重点关注内涝对行人安全的影响㊂关于此方面,国内外学者开展了诸多研究,Foster[23]测试了在水深0．09~0．41m㊁流速0．76~3．12m/s条件下的男性儿童在水流作用下的稳定性问题;宋瑞宁等[24]基于行人安全对城市内涝风险等级进行评估;Jonkman等[25]在水深0．26~0．35m㊁流速2．4~3．1m/s条件下,对一名成年人在水流下的稳定性进行测试㊂本文借鉴国际上常用的洪水风险评价标准,主要考虑积水深度和流速2个因素来进行风险评估,具体计算公式为R=d(v1+c)+f(7)式中:R为风险等级;d为积水深度,m;v1为流速,m/s;c为常数,通常取0．5;f为水深危害参数㊂dɤ0．15m时,f=0．5;d>0．15m时,f=1．0㊂根据计算出的内涝风险指数,风险等级划分如下:当Rɤ0．75时,属于极低风险区,区域内积水较浅,流速缓慢;当0．75<R<1．25时,属于低风险区,对于易受灾体会产生一定影响;当1．25ɤR<1．5时,属于中风险区,积水较深,流速较大,需尽量远离此区域;当Rȡ1．5时,属于高风险区,极易造成人员伤亡和财产损失,应及时发布预警预告,做好应急救援措施㊂根据上述洪涝风险评估公式,对积水深度和流速进行叠加计算,得到不同降雨历时下内涝风险等级分布,见图6㊂㊃26㊃(a)30min㊀(b)60min(c)90min㊀(c)120min图6㊀不同降雨历时下内涝风险等级分布Fig.6㊀Risk grade distribution of waterloggingunder different rainfall durations表6为不同降雨历时下内涝风险等级面积,可见,随着降雨历时的增大,极低风险区域占比逐渐减小,其他风险等级占比均出现不同程度增加㊂随着降雨历时的增大,地面积水范围不断增大,积水深度更深,流速加快,所以低风险㊁中风险和高风险区面积均不断增大㊂其中低风险区面积增加最多,随着降雨历时由30min分别增加到60min㊁90min㊁120min,其面积分别增加274．98hm2㊁480．68hm2和444．68hm2;中风险区面积增速最快,随着降雨历时由30min分别增加到60min㊁90min㊁120min,其增加比例分别为785%㊁497%和221%㊂在降雨历时超过60min后,逐渐出现高风险区,高风险区面积相对较小;降雨历时为90min和120min时,面积分别为0．61hm2和0．94hm2,占流域总面积比例较小,但其危害性大,需重点关注㊂中高风险区主要集中㊀㊀表6㊀不同降雨历时下内涝风险等级面积Table6㊀Waterlogging risk grade area underdifferent rainfall durations降雨历时/min面积/hm2极低风险区低风险区中风险区高风险区3019623．5615．090．3506019345．83290．073．1009018849．12770．7518．520．61 12018363．131215．4359．500．94降雨历时/min占流域面积比例/%极低风险区低风险区中风险区高风险区3099．9210．0770．00206098．5071．4770．01609095．9783．9250．0940．003 12093．5036．1890．3030．005在流域中部,此处地势平坦,积水深度相对较大,且积水不易排出,导致积水历时和范围都比较大㊂4㊀结㊀论a.阐述了TELEMAC-2D水动力模型的基本原理,构建深圳市深圳河流域城市洪涝风险评估模型,采用等效排水法对管网进行概化,同时对20180607和20180916两场实测降雨进行模型计算并与实测结果进行对比,结果表明所构建的模型具有可靠性和准确性㊂b.在降雨条件为50年一遇㊁雨峰系数为0．4的条件下,降雨历时分别为30min㊁60min㊁90min和120min的情景下对深圳河流域进行洪涝过程模拟㊂发现随着降雨历时的增大,流域内积水深度增大,最大积水深出现在降雨结束时刻;不同积水深度对应的积水面积不断增大,尤其是积水深度为0．15~0．3m时,积水面积增加最大,积水深度大于0．5m的积水面积占流域总面积比例较小,但此水深的出现危险性较大,需要重点关注,应及时发布预警预告信息,采取合理措施排走积水㊂c.对深圳河流域进行洪水风险分区,随着降雨历时的增大,低风险区㊁中风险区和高风险区均出现不同程度增加,其中,中高风险区主要集中在流域中部,此处积水较深,流速较大,很容易造成人员伤亡和财产损失㊂参考文献:[1]王浩,梅超,刘家宏.海绵城市系统构建模式[J].水利学报,2018,48(9):1009-1014.(WANG Hao,MEIChao,LIU Jiahong.Systematic construction pattern of thesponge city[J].Journal of Hydraulic Engineering,2018,48(9):1009-1014.(in Chinese))[2]张建云,宋晓猛,王国庆,等.变化环境下城市水文学的发展与挑战:I.城市水文效应[J].水科学进展,2014,25(4):594-605.(ZHANG Jianyun,SONG Xiaomeng,WANG Guoqing.Development and challenges of urbanhydrology in a changing environment:I.hydrologicalresponse to urbanization[J].Advances in Water Science,2014,25(4):594-605.(in Chinese))[3]宋晓猛,张建云,王国庆,等.变化环境下城市水文学的发展与挑战:Ⅱ.城市雨洪模拟与管理[J].水科学进展,2014,25(4):752-764.(ZHANG Jianyun,SONGXiaomeng,WANG Guoqing.Development and challengesof urban hydrology in a changing environment:Ⅱ.urbanstormwater modeling and management[J].Advances inWater Science,2014,25(4):752-764.(in Chinese))[4]国家统计局.中华人民共和国2020国民经济和社会发展统计公报[N].北京:国家统计局,2021㊃36㊃[5]陆海明,邹鹰,孙金华,等.基于SWMM的铁心桥实验基地内涝防治效果模拟[J].水资源保护,2020,36(1):58-65.(LU Haiming,ZOU Yin,SUN Jinhua,et al.Simulation of waterlogging control effect in Tiexinqiao experimental base based on SWMM[J].Water Resources Protection,2020,36(1):58-65.(in Chinese)) [6]栾震宇,金秋,赵思远,等.基于MIKE FLOOD耦合模型的城市内涝模拟[J].水资源保护,2021,37(2):81-88.(LUAN Zhenyu,JIN Qiu,ZHAO Siyuan,et al.Simulation of urban waterlogging based on MIKE FLOOD coupling model[J].Water Resources Protection,2021,37(2):81-88.(in Chinese))[7]黄绵松,杨少雄,齐文超,等.固原海绵城市内涝削减效果数值模拟[J].水资源保护,2019,35(5):13-18.(HUANG Miansong,YANG Shaoxiong,QI Wenchao,et al.Numerical simulation of urban waterlogging reduction effect in Guyuan sponge city[J].Water Resources Protection,2019,35(5):13-18.(in Chinese)) [8]向小华,陈颖悟,吴晓玲,等.城市二维内涝模型的GPU并行方法[J].河海大学学报(自然科学版),2020,48(6):528-533.(XIANG Xiaohua,CHEN Yingwu,WUXiaoling,et al.GPU parallelized algorithm of urban two-dimensional inundation model[J].Journal of Hohai University(Natural Sciences),2020,48(6):528-533.(in Chinese))[9]冯钧,王云峰,邬炜,等.城市内涝事理图谱构建方法及应用[J].河海大学学报(自然科学版),2020,48(6): 479-487.(FENG Jun,WANG Yunfeng,WU Wei,et al.Construction method and application of event logic graph for urban waterlogging[J].Journal of Hohai University (Natural Sciences),2020,48(6):479-487.(in Chinese)) [10]住房和城乡建设部.海绵城市建设技术指南:低影响开发雨水系统构建[Z].北京:住房和城乡建设部,2014.[11]刘家宏,李泽锦,梅超,等.基于TELEMAC-2D的不同设计暴雨下厦门岛城市内涝特征分析[J].科学通报, 2019,64(19):2055-2066.(LIU Jiahong,LI Zejin,MEI Chao,et al.Urban flood analysis for different design storm hyetographs in Xiamen Island based on TELEMAC-2D[J].Chinese Science Bulletin,2019,64(19):2055-2066.(in Chinese))[12]李泽锦.基于水动力模似的城市洪涝及其对交通影响的动态评估[D].北京:中国水利水电科学研究院,2020.[13]胡文燕,李梦雅,王军,等.暴雨内涝影响下的城市道路交通拥挤特征识别[J].地理科学进展,2018,37(6): 772-780.(HU Wenyan,LI Mengya,WANG Jun,et al.Urban traffic congestion caused by rainstorms and innudation[J].Progress in Geography,2018,37(6):772-780.(in Chinese))[14]SU B,HUANG H,LI Y.Integrated simulation methodfor waterlogging and traffic congestion under urban rainstorms[J].Nature Hazards,2016,81(1):23-40. [15]梅超.城市水文水动力耦合模型及其应用研究[D].北京:中国水利水电科学研究院,2019.[16]SEENATH A,WILSON M,MILLER K.Hydrodynamicversus GIS modelling for coastal flood vulnerability assessment:which is better for guiding coastal management [J].Ocean&Coastal Management,2016,120:99-109.[17]MILLER N,CRONAHEY R G.Urban hydrology forsmall watersheds(revised1985)[C]ʊWatershed Management in the Eighties.New York:ASCE,2015.[18]林美霞.基于海绵城市建设的厦门城市暴雨内涝灾害风险研究[D].西安:西安科技大学,2017. [19]肖以恒.基于GIS支持下福州城区景观格局与地表径流量关系研究[D].福州:福建农林大学,2017. [20]王慧斌,荣宏伟,王竞茵.水力模型在城市内涝灾害风险评估中的应用[J].中国给水排水,2015,31(19): 133-136.(WANG Huibin,RONG Hongwei,WANG Jingyin.Application of hydraulic model to risk assessment of urban waterlogging disasters[J].China Water& Wastewater,2015,31(19):133-136.(in Chinese)) [21]维英,李明,李菁.西安城市内涝分布特征及其与降雨量的关系[J].陕西气象,2014(2):17-20.(WEI Ying, LI Ming,LI Jing.Distribution characteristics of urban waterlogging and its relationship with rainfall in Xi an[J].Journal of Shaanxi Meteorology,2014(2):17-20.(in Chinese))[22]王成坤,黄纪萍,曾胜,等.基于积水特征和暴露脆弱性的城市内涝风险评估[J].中国给水排水,2019,35(5):125-130.(WANG Chengkun,HUANG Jiping,ZENG Sheng,et al.Urban flooding risk assessment based on coupling of waterlogging characteristics and exposed vulnerability[J].China Water&Wastewater,2019,35(5):125-130.(in Chinese))[23]FOSTER D H.Australian rainfall and runoff[R].Sydney:Institution of Engineers,1987. [24]宋瑞宁,任梦瑶,闫攀,等.基于行人安全的城市内涝风险等级评估[J].给水排水,2021,57(2):40-45.(SONG Ruining,REN Mengyao,YAN Pan,et al.Urban waterlogging risk level assessment from the perspective of pedestrian safety[J].Water&Wastewater Engineering, 2021,57(2):40-45.(in Chinese))[25]JONKMAN S N,PENNING-ROWSELL E.Humaninstability in flood flows[J].Journal of the American Water Resources Association,2008,44(4):1-11.(收稿日期:2021-09-15㊀编辑:王芳)㊃46㊃。

２０２３年４月第２５卷第２期㊀㊀沈阳建筑大学学报(社会科学版)㊀㊀ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＳｏｃｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ)Ａｐｒ.㊀２０２３Ｖｏｌ.２５ꎬＮｏ.２㊀㊀收稿日期:２０２２－１２－１６㊀㊀基金项目:国家自然科学基金面上项目(５１８７８４１８)㊀㊀作者简介:初亚奇(１９８６ )ꎬ女ꎬ山东蓬莱人ꎬ博士ꎮ文章编号:１６７３－１３８７(２０２３)０２－０１８０－０６ｄｏｉ:１０.１１７１７/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７３－１３８７.２０２３.０２.１１城市内涝风险模拟与预警研究进展及展望初亚奇１ꎬ王㊀曦２ꎬ曹晓妍２ꎬ石铁矛２ꎬ３(１.沈阳大学建筑工程学院ꎬ辽宁沈阳１１００４４ꎻ２.沈阳建筑大学建筑与规划学院ꎬ辽宁沈阳１１０１６８ꎻ３.沈阳建筑大学空间规划与设计研究院ꎬ辽宁沈阳１１０１６８)摘㊀要:城市内涝风险模拟与预警是指导城市减灾工作的重要依据ꎮ基于对国内外相关研究的梳理ꎬ发现在城市内涝风险模拟中技术模型需要从二维平面模型转换为三维空间模型ꎬ研究关注点需要从暴雨预报㊁灾损评估转化到内涝风险预警层面ꎮ在未来发展趋势中ꎬ要建立 多源数据－精准分析－动态预警 的研究体系ꎬ进一步针对研究区域的地域化特征ꎬ提取并叠加多种影响因子ꎬ融合城市地理㊁水文㊁气象㊁交通㊁规划等学科多源数据进行耦合分析ꎬ在多尺度系统中利用空间三维模型进行多情景内涝风险模拟ꎬ实现内涝风险动态预警ꎬ为韧性城市发展提供新思路ꎮ关键词:城市内涝ꎻ风险模拟ꎻ预警技术ꎻ韧性城市中图分类号:ＴＵ９９２㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀由于全球气候突变与城镇化持续扩张ꎬ城市自然水文循环被严重破坏ꎬ城市水生态系统的自我调节能力急剧降低[１]ꎬ极端降雨频次和强度剧增ꎬ导致城市蓄排能力短板突显ꎬ城市内涝灾害频发[２]ꎮ«中国水旱灾害公报»公布的２０１１ ２０１８年中国每年平均受到严重内涝影响城市已达到１５４个ꎬ直接经济损失约为每年ＧＤＰ总数的０.３５％[３]ꎮ２０１２年 ７.２１ 北京暴雨㊁２０１４年 ９.１ 重庆暴雨以及２０２１年 ７.２０ 郑州暴雨灾害皆造成了严重人员伤亡和经济损失[４－６]ꎮ２０２１年４月ꎬ国务院办公厅发布的«关于加强城市内涝治理的实施意见»(国办发 ２０２１ １１号)中强调[７]:治理城市内涝事关人民群众生命财产安全ꎬ既是重大民生工程ꎬ又是重大发展工程ꎮ因此ꎬ由暴雨引发的城市内涝已然成为制约城市化发展的重要因素之一ꎬ对城市内涝风险进行模拟与预警将成为指导城市减灾工作的重要依据ꎮ城市内涝风险模拟与动态预警是通过计算机技术建立城市降雨－径流模拟模型ꎬ对即将发生的内涝灾害及潜在风险向政府与公众进行实时预报警示和提前预判ꎬ尽可能减轻对人民生命财产安全和社会经济的负面影响ꎮ侯天宇等[８]通过智能物联网技术实时获取天津市积水监测数据ꎬ基于机器㊁神经网络模型和城市内涝风险等级划分理论ꎬ研发了天津市积水监测预警系统ꎻ周聂等[９]基于预报降雨校正模块和水文水动力模型ꎬ构建了城市内涝模拟预报模型ꎬ并以陕西省西咸新区部分区域为研究对象ꎬ通过３场实测检验了暴雨模型的预报性能ꎻ曹雪健等[１０]基于综合观测的城市内涝风险预警系统ꎬ以北京市清河流域为例ꎬ融合降雨观测技术ꎬ采用水第２期初亚奇等:题城市内涝风险模拟与预警研究进展及展望１８１㊀文模型模拟ꎬ为交通系统提供实时积水深度数据并预测其风险等级ꎮ综上可见ꎬ城市内涝风险模拟与预警研究对城市减灾工作具有极其重要的作用ꎮ研究通过梳理城市内涝风险的相关概念ꎬ对国内外内涝风险模拟与预警技术进行评述和分析ꎬ总结研究中存在的问题ꎬ同时展望城市内涝风险模拟与预警的发展方向ꎬ为构建韧性城市提供理论支撑ꎮ一㊁城市内涝风险影响因子城市内涝是由于短时强降雨或者连续型降雨超出城市排水能力ꎬ导致城市内产生积水灾害的现象[１１]ꎮ城市内涝灾害包含致灾因子㊁承灾体与孕灾环境ꎬ三者之间相互作用和相互影响形成的灾害体系如图１所示ꎬ其共同作用导致城市内涝灾害风险具有复杂化㊁动态化以及多维化等明显特征ꎮ图１　内涝灾害系统及其要素结构㊀㊀其中ꎬ致灾因子为引发灾害的主要因素ꎬ通常包括降雨强度㊁径流量和下渗率ꎮ①降雨强度在气象学角度通常是按照降水量１２ｈ或２４ｈ来划定并区分为小雨到特大暴雨共６个等级ꎻ②径流量是在指定时间段内的地表或地下河流水系某一断面的水体总量ꎻ③下渗率指单位面积下渗到土地中的水量ꎮ孕灾环境包括城市中的地形地貌㊁下垫面等一系列地表环境ꎮ承灾体通常指根据环境㊁用地等受损度确定洪涝灾害承受力ꎮ从城市内涝灾害产生机理角度出发ꎬ在灾害具有潜在风险阶段ꎬ快速城市化对孕灾环境造成了一定的影响ꎬ一定程度地增加了内涝灾害的产生ꎻ在灾害产生阶段ꎬ致灾因子可能引发城市内涝ꎻ在灾害发展阶段ꎬ承灾体的较为脆弱导致灾害继续发展ꎻ内涝灾害是致灾因子和孕灾环境相互作用㊁风险叠加ꎬ并给承灾体带来消极影响的过程ꎮ中国内涝风险等级一般基于积水深度和积水时间进行划分[１２]ꎬ每个等级对应不同的积水深度和时间ꎬ同时代表受灾害影响的程度ꎬ可用于道路交通㊁城市基础设施等预警ꎮ二㊁国内外研究进展１.城市暴雨内涝风险模拟研究城市内涝风险模拟是依据地理信息系统(ＧｅｏｌｏｇｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍꎬＧＩＳ)对城市空间与水文过程进行分析模拟的技术方法[１３]ꎮ目前ꎬ大量研究是基于ＧＩＳ分析手段在研究区域进行空间数据提取㊁调整与收集等[１４]ꎬ同时利用ＧＩＳ系统数据与其他水文数字模型相结合ꎬ对不同降雨重现期的情景进行模拟ꎬ预测其不同情景的雨洪情况ꎬ再通过相关分析方法对区域风险进行评价与预判[１５]ꎬ对城市内涝灾害防控有着积极作用ꎮ而相关的国内外研究主要集中于运用水文模型对城市降雨时空变化过程进行分析模拟ꎬ以求得其灾害风险变化状态[１６－１７](见图２)ꎮ城市水文模型正在向整体化㊁综合化㊁集成化发展ꎬ这一趋势将对数据的多元性㊁研究尺度的复杂性提供较强的技术支撑ꎮ目前常用的模型主要包括暴雨洪水管理模型(ＳｔｏｒｍＷａｔｅｒＭａｎａｇｅｍｅｎｔＭｏｄｅｌꎬＳＷＭＭ)㊁ＭＩＫＥＵＲＢＡＮ㊁Ｉｎｆｏ￣Ｗｏｒｋｓ㊁ＭＵＳＩＣ等[１８－１９](见表１)ꎬ其中ꎬＳＷＭＭ模型可结合ＧＩＳ软件数据进行交互对接ꎬ多用于城市管网的水力学模拟[２０]ꎻＭＵＳＩＣ模型可基于ＤＥＭ模型数据进行模拟ꎬ如施露等[２１]采用ＭＩＫＥＦＬＯＯＤ模型模拟了不同降雨条件下ꎬ传统开发模型和低影响开发模式下引发的降雨径流量的量化对比ꎮ梁志承等[２２]提出了蚁群算法与ＳＣＳ－ＣＮ水文模型耦合优化不透水面空间格局的方法ꎬ增加地面雨水入渗量ꎬ应用于景１８２㊀㊀㊀㊀沈阳建筑大学学报(社会科学版)第２５卷图２　水文水力学模型研究进展表１　城市水文模型分类开发时间开发机构名称应用方向优点和缺点１９７１美国国家环保署ＳＷＭＭ模拟城市降雨径流过程ꎻ动态降雨－径流水质水量预测和管理应用最广泛的分布式水文模型ꎬ但地表汇流过程简略ꎬ无法描述具体的雨洪空间流动过程１９７２美国农业部水土保持局ＳＣＳ￣ＣＮ模拟流域水文过程中下垫面与降雨径流的关系需求数据和内部模型结构简单ꎬ快速计算集水区径流ꎬ但需要根据不同地块进行参数校准１９７６荷兰Ｄｅｌｆｔ大学Ｄｅｌｆｔ３Ｄ降雨洪水㊁污染扩散过程模拟较好适应曲面结构ꎬ操作便捷便于设计调试ꎬ稳定性高ꎬ但不适用于大尺度环境１９７８英国Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ水利学所Ｉｎｆｏ￣Ｗｏｒｋｓ城市水文水力模拟等有效模拟城市管道流及复杂的水文循环过程ꎬ但需要参数较多１９８４丹麦水力研究所ＭＯＵＳＥ模拟城市径流㊁管道水流的城市暴雨径流模型可连续模拟暴雨事件ꎬ但更侧重于灰色基础设施１９９４美国农业部ＳＷＡＴ分布式流域水文模拟ꎻ非点源污染模拟等分单元㊁分环节模拟ꎬ便于进行模型扩展ꎬ但更适用于水质污染分析２０００中国水利水电科学研究院和天津市气象局ＵＦＤＳＭ城市雨洪模拟对中国雨洪条件适应性较强ꎬ但是应用检验相对少２００３ＵＳＥＰＡＳＵＳＴＡＩＮ城市暴雨处理及分析集成模型ꎬ针对低影响开发的水文㊁水力和水质评估可评估ＬＩＤ和ＢＭＰ设施下水量水质达标所需造价ꎬ对降雨过程模拟完整ꎬ但是不适用于城市大尺度２００６ＤＨＩ公司ＭＩＫＥＦＬＯＯＤ动态耦合的城市雨洪模型ꎬ地表水流域的三维模拟可比较前后水文循环效果ꎬ但不适用于不规则边界地形观格局指数对不透水面空间格局的分析ꎬ对不同重现期下１ｈ连续降雨事件进行模拟ꎬ对比景观格局优化前后的方案发现ꎬ优化后的方案在不同重现期下对径流系数均有一定程度的消减ꎮ目前ꎬ大量国外学者在研究从计算机领域引入大数据模型来处理复杂且海量的数据ꎬ探索运用大数据方法进行城市内涝模拟ꎮＢｅｈｚａｄ等[２３]以墨尔本市东南地区作为研究区域ꎬ运用ＭＩＫＥＦＬＯＯＤ模型进行内涝模拟ꎬ在高精度ＤＥＭ数据基础之上对二维水动力进行了计算ꎬ准确㊁快速地模拟该城市内涝过程ꎮ梅超等[２４]将ＳＷＭＭ与地表淹没模块进行耦合ꎬ构建了研究区城市内涝淹没数值模型ꎬ模拟两种重现期情景下的内涝过程ꎬ对比不同重现期下高峰期与平峰期路网运行状态ꎬ发现两种重现期下高峰期道路平均通行速度比平峰期分别下降了１９.３％和３７.４％ꎮ根据对城市内涝风险模拟相关技术方法进行的梳理研究ꎬ可以看出研究正逐渐转向大数据综合分析空间信息㊁水文信息与环境信息ꎬ并将上述多源信息数据纳入城市空间第２期初亚奇等:题城市内涝风险模拟与预警研究进展及展望１８３㊀规划决策的技术过程ꎮ２.城市暴雨内涝风险预警研究针对城市暴雨内涝风险预警的研究主要集中于减少因内涝造成的人员与财产损失㊁提升城市减灾能力等方面ꎮ美国国家环保署依托ＧＩＳ平台开发了ＳＷＭＭ的预处理及后处理软件ꎬ辅助开展损失评估[２５]ꎮＪｏｎｋｍａｎｓ等[２６]使用水力模型并根据灾害损失曲线ꎬ对荷兰南部洪水灾害损失进行了评估ꎬ不仅能估算直接经济损失ꎬ还可考量间接经济损失和人员伤亡ꎻＢｉｓｈｔ等[２７]通过综合环境脆弱性和应灾能力评估洪水风险ꎬ并利用空间显式贝叶斯网络模型对洪水风险进行了建模ꎬ该模型可用于评估和改进现有预警的效果ꎻ纪颖波等[２８]以北京某大学为研究区域ꎬ构建了基于情境假设的城市暴雨灾害模拟模型ꎬ并通过引入径向基函数网络构建了警情分析模型ꎬ利用数理统计方法寻求致灾风险要素与警情指标之间的关系ꎬ从而建立了城市内涝风险预警指标体系ꎬ对提升城市内涝灾害应急减灾能力有一定的研究价值ꎮ目前ꎬ国内外学者对城市内涝风险预警的研究基本是以暴雨预报的形式为主ꎬ关注点相对集中于内涝风险的灾损情况ꎬ对于城市内涝风险预警还没有达到一定的精准性与针对性ꎮ因此ꎬ在城市内涝风险预警方面ꎬ应从韧性城市理论角度出发ꎬ通过气象云图变化数据㊁交通车辆的扰动数据以及城市下垫面等多元数据进行耦合分析ꎬ对城市内涝风险区或风险点实行实时动态预警ꎮ三㊁未来研究趋势展望现阶段针对城市暴雨内涝风险的模拟研究虽然成果较多ꎬ但中国地域差异性较大ꎬ区域多元化特征明显ꎬ地域性内涝灾害影响因素研究仍显不足ꎬ没有充分结合不同地域的实际情况ꎬ存在基础数据缺失㊁测量数据误差㊁模拟软件精度不足以及计算误差等一系列问题ꎬ模拟过程中大多应用二维平面水文模型进行模拟ꎮ在未来研究中应运用三维空间水文分析模型ꎬ开发更为精准化的模型技术ꎮ在城市暴雨内涝风险预警层面ꎬ现有研究主要集中于气象预报与灾损评估方面ꎬ多为单要素线性分析ꎬ具有一定的局限性ꎬ缺少多种要素影响下的城市内涝分析以及整体变化趋势分析ꎮ研究应从系统化㊁体系化角度切入ꎬ针对不同区域城市内涝灾害机理进行更为深入的研究ꎬ将气象数据㊁交通数据以及城市下垫面等多源数据与城市内涝紧密联系ꎬ利用多源数据进行定量分析ꎬ探寻多源数据耦合分析下的城市内涝风险规律ꎬ建立实时监测㊁精准诊断㊁动态预警 技术路线ꎬ对韧性城市建设中将要或可能出现的内涝风险进行精准预判ꎮ１.基于城市空间三维模型的城市暴雨内涝风险模拟㊀㊀基于城市遥感影像数据㊁气象数据㊁绿地系统㊁水系统㊁建筑物空间容量㊁道路系统以及排水基础设施等多源数据ꎬ将地质地貌㊁大气云图㊁城市空间格局㊁车辆扰动㊁汇水㊁排水等多种要素耦合叠加ꎬ对城市内涝风险区进行不同安全等级划分ꎻ在 区域流域－城市－城区 多尺度耦合体系中ꎬ利用ＧＩＳ技术㊁遥感技术与水文模拟技术等多种技术ꎬ如结合ＭＩＫＥＦＬＯＯＤ㊁ＳＷＭＭ等城市水文模型对不同重现期下的暴雨径流进行模拟ꎬ用于识别城市内涝风险区或内涝风险点ꎻ基于城市内涝多源数据融合ꎬ运用多种技术方法ꎬ提高数字模型的精确化程度ꎬ为城市内涝风险预警提供数据支撑ꎮ２.基于多源数据的城市内涝风险动态预警在城市内涝风险预警方面ꎬ对城市内涝与多种影响因子之间的内在关联进行深入分析ꎬ并通过数字模型进行定量模拟ꎬ更为系统性地反映城市内涝的综合情况ꎮ除了提取一般影响因子以外ꎬ还需要进一步探寻城市内涝风险的特殊影响因子ꎬ主要包括:①通过气象云图变化数据预测城市空间降雨量ꎬ并利用专业仪器实时监测内涝点的水深与急流风险区ꎻ②通过交通系统中机动车辆行驶对道路积水的扰动ꎬ研究其扰动对降雨径流以及内涝加剧速率的影响ꎻ③通过地面建筑物的１８４㊀㊀㊀㊀沈阳建筑大学学报(社会科学版)第２５卷空间容量与特征对雨水径流的影响ꎬ识别城市内涝风险区范围边界ꎻ④研究城市地表(绿地㊁透水土壤等)自然滞蓄能力对地表径流的减缓影响ꎮ通过将一般影响因子与特殊影响因子叠加综合ꎬ进行周期性变化分析ꎬ得到多情景模型推测结果ꎮ最终基于多源数据进行耦合系统分析与多情景模拟ꎬ运用城市地理㊁水文㊁气象㊁交通㊁规划等学科交叉的动态数据分析方法ꎬ精准识别城市内涝风险区ꎬ实现城市内涝风险实时动态预警ꎮ四㊁结㊀语目前ꎬ针对城市暴雨内涝风险模拟与预警的研究已取得较多成果ꎬ但也存在一定的不足ꎬ从暴雨预报㊁灾损评估向内涝风险动态预警转变仍需要进行深入研究ꎬ对城市微气候变化对降雨量时空变化的影响㊁城市下垫面与内涝风险区的空间关系㊁机动车行驶过程对道路积水扰动后的径流变化等方面学术界尚无相关研究ꎮ在下一步研究中ꎬ将以 多源数据－精准分析－动态预警 为体系ꎬ针对研究区域的地域化特征ꎬ对城市内涝机理进行更为深入的分析ꎬ提取并叠加多种影响因子ꎬ基于地理㊁水文㊁气象㊁交通㊁规划等学科多源数据进行耦合分析ꎬ在多尺度系统中利用空间三维模型进行多情景模拟ꎬ实现城市内涝风险实时动态预警ꎬ最大程度提升城市的弹性空间ꎬ为韧性城市发展提供新思路ꎮ参考文献:[１]㊀夏军ꎬ翟金良ꎬ占车生.我国水资源研究与发展的若干思考[Ｊ].地球科学进展ꎬ２０１１ꎬ２６(９):９０５－９１５.[２]㊀杨冬冬ꎬ曹磊ꎬ赵新ꎬ等.灰绿基础设施耦合的 海绵系统 示范基地构建:天津大学阅读体验舱景观规划设计[Ｊ].中国园林ꎬ２０１７ꎬ３３(９):６１－６６.[３]㊀孔锋.我国城市暴雨内涝灾害风险综合治理初探[Ｊ].中国减灾ꎬ２０２１(１７):２３－２７. [４]㊀张杰ꎬ史培军ꎬ杨静ꎬ等.北京地区景观城市化进程对暴雨过程的影响:以 ７ ２１ 暴雨为例[Ｊ].地理学报ꎬ２０２０ꎬ７５(１):１１３－１２５. [５]㊀李伟ꎬ高俊波ꎬ祁旭阳ꎬ等.基于耦合雨洪模型的城市内涝数值模拟与风险分析[Ｊ].水利技术监督ꎬ２０２１(１２):５６－６１.[６]㊀陈文龙ꎬ杨芳ꎬ宋利祥ꎬ等.高密度城市暴雨洪涝防御对策:郑州 ７ ２０ 特大暴雨启示[Ｊ].中国水利ꎬ２０２１(１５):１８－２０. [７]㊀翟国方.韧性城市与雨洪韧性[Ｊ].西部人居环境学刊ꎬ２０２２ꎬ３７(１):４.[８]㊀侯天宇ꎬ梁好ꎬ霍凯ꎬ等.基于智能物联网技术的天津城市积水监测预警系统[Ｊ].气象研究与应用ꎬ２０２１ꎬ４２(１):８５－８９. [９]㊀周聂ꎬ侯精明ꎬ苏锋ꎬ等.基于陆气耦合的城市内涝高分辨率模拟预报方法[Ｊ].中国给水排水ꎬ２０２１ꎬ３７(２１):１３１－１３８.[１０]曹雪健ꎬ戚友存ꎬ李梦迪ꎬ等.极端暴雨威胁下的城市内涝风险预警系统研究[Ｊ].大气科学ꎬ２０２２ꎬ４６(４):９５３－９６４.[１１]李瑶ꎬ胡潭高ꎬ潘骁骏ꎬ等.城市内涝灾害模拟与灾情风险评估研究进展[Ｊ].地理信息世界ꎬ２０１７ꎬ２４(６):４２－４９.[１２]邓金运ꎬ刘聪聪.不同土地利用类型下城市内涝风险及损失评估[Ｊ].安全与环境学报ꎬ２０１８ꎬ１８(６):２２９３－２２９９.[１３]林美霞.基于海绵城市建设的厦门城市暴雨内涝灾害风险研究[Ｄ].西安:西安科技大学ꎬ２０１７.[１４]石铁矛ꎬ卜英杰ꎬ石羽.基于ＰＯＩ数据的沈阳城市生活服务设施空间格局研究[Ｊ].沈阳建筑大学学报(社会科学版)ꎬ２０２１ꎬ２３(３):２１７－２２４.[１５]汤鹏ꎬ王玮ꎬ张展ꎬ等.海绵城市建设中建成区雨洪格局的量化研究[Ｊ].南京林业大学学报(自然科学版)ꎬ２０１８ꎬ４２(１):１５－２０. [１６]徐美ꎬ刘舒ꎬ孙杨ꎬ等.利用洪涝模型进行城市内涝风险快速识别与预警[Ｊ].武汉大学学报(信息科学版)ꎬ２０２０ꎬ４５(８):１１８５－１１９４. [１７]ＺＨＡＮＧＱＦꎬＷＵＺＦꎬＧＵＯＧＨꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｌｉｃｉｔｔｈｅｕｒｂａｎｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｄｒｉｖｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ:ｔｈｅｓｔｅｐｗｉｓｅｃｌｕｓｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌａｎｄｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓａｐｐｒｏａｃｈ[Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬ２０２１ꎬ７６３:１４３０４１.[１８]ＬＩＮＪＹꎬＨＥＰꎬＹＡＮＧＬꎬｅｔａｌ.Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｆｕｔｕｒｅｕｒｂａｎｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ￣ｐｒｏｎｅａｒｅａｓｂｙｃｏｕｐｌｉｎｇｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｎｔｒｏｐｙａｎｄＦＬＵＳｍｏｄｅｌ[Ｊ].Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｃｉｔｉｅｓａｎｄｓｏｃｉｅｔｙꎬ２０２２ꎬ８０:１０３８１２.第２期初亚奇等:题城市内涝风险模拟与预警研究进展及展望１８５㊀[１９]ＣＡＭＩＬＬＡＴꎬＮＯＲＡＳꎬＨＡＲＲＩＫꎬｅｔａｌ.Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｔｏｒｍｗａｔｅｒｐｏｌｌｕｔａｎｔｌｏａｄｓａｎｄｓｏｕｒｃｅａｒｅａｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｗｉｔｈｓｔｏｒｍｗａｔｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ(ＳＷＭＭ)[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔꎬ２０１９ꎬ２３３:７１９－７２７. [２０]王慧亮ꎬ吴泽宁ꎬ胡彩虹.基于ＧＩＳ与ＳＷＭＭ耦合的城市暴雨洪水淹没分析[Ｊ].人民黄河ꎬ２０１７ꎬ３９(８):３１－３５.[２１]施露ꎬ董增川ꎬ付晓花ꎬ等.ＭｉｋｅＦｌｏｏｄ在中小河流洪涝风险分析中的应用[Ｊ].河海大学学报(自然科学版)ꎬ２０１７ꎬ４５(４):３５０－３５７. [２２]梁志承ꎬ赵耀龙ꎬ付迎春.耦合蚁群算法和ＳＣＳ￣ＣＮ水文模型的城市不透水面空间格局优化[Ｊ].地球信息科学学报ꎬ２０１７ꎬ１９(１０):１３１５－１３２６.[２３]ＢＥＨＺＡＤＪꎬＰＥＴＥＲＭＢ.Ａｒａｐｉｄｕｒｂａｎｆｌｏｏｄｉｎｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｄａｍａｇｅａｓｅｓｓｍｅｎｔｍｏｄｅｌ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｈｙｄｒｏｌｏｇｙꎬ２０１８ꎬ５６４:１０８５－１０９８.[２４]梅超ꎬ陈宇枫ꎬ刘家宏ꎬ等.基于情景模拟的城市内涝对道路交通的影响评估[Ｊ].水资源保护ꎬ２０２２ꎬ３８(６):３１－３８.[２５]彭定志.基于ＲＳ和ＧＩＳ的水文模型以及洪灾监测评估系统的研究[Ｄ].武汉:武汉大学ꎬ２００５.[２６]ＪＯＮＫＭＡＮＳＮꎬＢＯＣＫＡＲＪＯＶＡＭꎬＫＯＫＭꎬｅｔａｌ.ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｍｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｆｌｏｏｄｄａｍａｇｅｉｎｔｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ[Ｊ].Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｃｏｎｏｍｉｃｓꎬ２０１８ꎬ６６(１):７７－９０.[２７]ＢＩＳＨＴＤＳꎬＣＨＡＴＴＥＲＪＥＥＣꎬＫＡＬＡＫＯＴＩＳꎬｅｔａｌ.ＭｏｄｅｌｉｎｇｕｒｂａｎｆｌｏｏｄｓａｎｄｄｒａｉｎａｇｅｕｓｉｎｇＳＷＭＭａｎｄＭＩＫＥｕｒｂａｎ:ａｃａｓｅｓｔｕｄｙ[Ｊ].Ｎａｔｕｒａｌｈａｚａｒｄｓꎬ２０１６ꎬ８４(２):７４９－７７６. [２８]纪颖波ꎬ钟炜ꎬ姜腾腾ꎬ等.面向预案响应机制的城市内涝可控及推演机制研究[Ｊ].中国给水排水ꎬ２０１５ꎬ３１(１０):８－１１.ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＵｒｂａｎＷａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇＲｉｓｋＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＥａｒｌｙＷａｒｎｉｎｇＣＨＵＹａｑｉ１ꎬＷＡＮＧＸｉ２ꎬＣＡＯＸｉａｏｙａｎ２ꎬＳＨＩＴｉｅｍａｏ２ꎬ３(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１００４４ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＵｒｂａｎＰｌａｎｎｉｎｇꎬＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１６８ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｔｉａｌＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎꎬＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１６８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｕｒｂａｎｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇｒｉｓｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｂａｓｉｓｆｏｒｇｕｉｄｉｎｇｕｒｂａｎｄｉｓａｓｔｅｒｒｅｄｕｃｔｉｏｎ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｖｉｅｗｏｆｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄꎬｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｕｒｂａｎｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇｒｉｓｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｎｅｅｄｓｔｏｂｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｆｒｏｍｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｌａｎｅｍｏｄｅｌｔｏｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｐａｃｅｍｏｄｅｌꎬａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｎｅｅｄｓｔｏｂｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｆｒｏｍｒａｉｎｓｔｏｒｍｆｏｒｅｃａｓｔａｎｄｄｉｓａｓｔｅｒｌｏｓｓａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｔｏｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇｒｉｓｋｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇ.Ｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄꎬｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｒｅｓｅａｒｃｈｓｙｓｔｅｍｏｆ ｍｕｌｔｉ￣ｓｏｕｒｃｅｄａｔａ￣ｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ￣ｄｙｎａｍｉｃｗａｒｎｉｎｇ .Ｆｕｒｔｈｅｒꎬａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａꎬｖａｒｉｏｕｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄａｎｄｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄꎬａｎｄｍｕｌｔｉ￣ｓｏｕｒｃｅｄａｔａｏｆｕｒｂａｎｇｅｏｇｒａｐｈｙꎬｈｙｄｒｏｌｏｇｙꎬｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙꎬｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎꎬｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｏｔｈｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓａｒｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｆｏｒｃｏｕｐｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ.Ｉｎｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ｓｃａｌｅｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅｓｐａｔｉａｌｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ｓｃｅｎａｒｉｏｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇｒｉｓｋꎬｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｏｆｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇｒｉｓｋꎬａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｎｅｗｉｄｅａｓｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｒｅｓｉｌｉｅｎｔｃｉｔｉｅｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｕｒｂａｎｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ:ｒｉｓｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ:ｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ:ｒｅｓｉｌｉｅｎｔｃｉｔｉｅｓ(责任编辑:王丽娜㊀英文审校:林㊀昊)。

城市暴雨洪涝灾害脆弱性评价
季孔阳;李学明;高见;徐佳颖;高玉琴
【期刊名称】《水利水电科技进展》
【年(卷),期】2024(44)3
【摘要】基于脆弱性概念阐述暴雨洪涝灾害下的城市脆弱性内涵,从暴露度、敏感性和适应能力3个方面构建了包含11个指标的城市暴雨洪涝灾害脆弱性综合评价指标体系和评价模型,并确定脆弱性等级划分标准。

以南京市秦淮区为例,针对100年一遇设计暴雨情景,基于MIKE一二维耦合模型,定量分析指标值,采用构建的评价模型计算了城市暴雨洪涝灾害脆弱性指数,对极端暴雨情景下研究区的脆弱性进行了评价,绘制了研究区脆弱性空间分布图,分析了脆弱性分布特点与成因。

结果表明:MIKE一二维耦合模型可用于暴露度指标中最大淹没水深和时段末淹没水深的获取;河流沿岸且地势较为平坦的区域,交通路网中的低洼区域、立交桥下易形成积水的区域,人口稠密、GDP产值高、暴露程度较高的居民住宅区与企业中心等区域脆弱性较高。

【总页数】8页(P13-20)
【作者】季孔阳;李学明;高见;徐佳颖;高玉琴
【作者单位】河海大学水利水电学院;四川水利职业技术学院;江苏省农村水利科技发展中心
【正文语种】中文
【中图分类】TV1221;X43
【相关文献】
1.基于GIS的广西暴雨洪涝灾害的时空特征与脆弱性评价
2.基于熵值法的农业洪涝灾害脆弱性评价——以江苏省盐城市为例
3.河北省农作物暴雨洪涝灾害的脆弱性评价
4.城市暴雨洪涝灾害脆弱性时空特征分析
5.极端暴雨情景下的城市脆弱性评价
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

mike11在防洪评价中的应用
Mike11是一种流域水文模型，主要用于进行洪水预测和评价。

在防洪评价中，可以使用Mike11来模拟和分析洪水的发生和
传播情况，从而评估洪水对河流和地区的影响。

具体应用包括：
1. 洪水预测：通过在Mike11中输入相关的水文和气象数据，
可以进行洪水的实时预测，包括洪峰流量、洪水演进速度等。

2. 洪水风险评估：通过模拟不同水文条件下的洪水扩展范围和深度等参数，可以评估洪水对河流沿岸地区的风险，并提出相应的防洪对策。

3. 洪水防治规划：通过模拟不同防洪措施的效果，比如河道加宽、建设堤坝等，可以评估它们对洪水灾害的减轻程度，并制定合理的防洪规划。

4. 洪水预警系统：将Mike11与洪水监测数据和气象预报数据
相结合，可以搭建一个洪水预警系统，及时预警并采取相应的防洪措施。

总之，Mike11在防洪评价中的应用，可以通过模拟和分析洪
水的发生和传播情况，评估洪水对河流和地区的影响，从而为洪水防治工作提供科学依据。

不同暴雨雨型条件下的城市内涝响应特征分析发布时间：2022-11-11T06:52:58.270Z 来源：《中国建设信息化》2022年14期作者：李宝[导读] 暴雨是引发城市内涝的直接原因，除暴雨雨量外，李宝中国市政工程华北设计研究总院青岛分公司摘要：暴雨是引发城市内涝的直接原因，除暴雨雨量外，反映不同时段雨强变化的雨型也是影响内涝严重程度的关键因素。

已有初步研究发现，即使雨量相同，不同的雨型会导致内涝淹没范围和水深产生较大差异。

，暴雨内涝已严重威胁到人们的正常生活，给国家和社会造成严重的人员伤亡及财产损失。

如何科学地认识城市暴雨内涝灾害的形成机理及其演变规律，已成为我国城市内涝防御工作亟待解决的关键问题。

本研究有助于揭示不同暴雨雨型及集中度特征下的内涝形成机理及演变规律，可为城市内涝预警预报及防灾减灾工作提供参考。

关键词：不同暴雨雨型条件；城市内涝；响应特征引言研究不同类型的降雨对城市土壤肥力的影响，可以为城市防洪和防洪提供一定的参考价值。

在应对国内灾害或洪水时，应把重点放在两次高峰降水上，然后再放在一次高峰降水上，视恢复期长短而定。

由于模型的一般性质，模拟结果可能与实际情况不同，但基于比较的质量结果具有一定的参考价值。

本研究的重点是相对较短的降雨量和两个峰值的降雨量，这在长期降雨中更为常见。

今后的重点应放在研究长期的双峰降雨，以及作为城市洪水管理措施的一部分，不同类型的降雨如何应对城市洪水。

1SWMM与LISFLOOD-FP模型简介暴雨洪水管理模型（StormWaterManagementModel,SWMM）是由美国环保署于1970年代开发，用来模拟单次或连续降雨下的水量和水质的模型，目前已经升级到5.1版本。

SWMM模型中的计算模块包括地表产流、汇流和管网汇流等模块。

产流模块中提供3种下渗模型，霍顿模型是模拟土壤水分入渗常用的经验模型。

地表汇流计算采用非线性水库法，联立连续方程和曼宁方程求解。

１ 模型的建立与验证
１．１ห้องสมุดไป่ตู้河流及工程概况
现拟对三峡库区兴山县香溪河流域深渡河段岸 线和消落区生态环境进行综合整治，修建于深渡河 的溢流堰属于该综合整治工程的一部分。深渡河在 溢流堰下游约 １２３９．４ｍ处，与白沙河交汇后流入 香溪河，河段平均坡降 ５‰，属 于 典 型 的 山 区 性 河 流。
溢流堰为挡水兼泄水建筑物，垂直河谷布置，中 间溢流堰轴线长 ５０ｍ，分 ２个坝段，每个坝段长 ２５ ｍ，全坝段可溢流；结构型式采用重力式混凝土基座 ＋液压活动闸，重力式混凝土基座顶高１６６．０ｍ，上 部液压活动闸由 ８块独立安装、运行的钢板闸门组 成，每块闸门尺寸为 ６．２５ｍ×６ｍ（宽 ×高）。溢流 堰建成后，上游河段将形成小型水库，库容约 ２８．１ 万 ｍ３，正常蓄水位 １７２．００ｍ，当溢流堰坝前水位高 于正常蓄水位 ０．３ｍ时，活动闸板即处于卧倒状态 进行泄流，其过程与发生溃坝现象类似。尽管库容 较小，但仍会对下游河道形成一定风险。由于下游 有较密集的居民区，且山区河流坡度陡河谷窄，需要 对溃坝后的洪水演进进行评估，为工程方案提供依 据。为此采用 ＭＩＫＥ１１ＤＢ对溃坝后的水动力演变 及风险进行分析，模型模拟范围包括深渡河、白沙河 及香溪河的一部分，由于白沙河流量较小，主要考虑 深 渡 河 的 影 响，上 游 首 断 面 距 离 溢 流 堰 约 １５２０．３ｍ，白 沙 河 与 香 溪 河 分 别 长 ３１７０ ｍ 和 ２７５９．４ｍ，沿程实测地形断面布置如图 １所示。该 溢流堰设计洪水重现期为 １０ａ（Ｐ＝１０％），校核洪 水重现期为 ２０ａ（Ｐ＝５％）。按照最不利工况原则 计算，遇 ５％频率洪水时，深渡河、白沙河对应流量 分别为 １２６０ｍ３／ｓ和 １４８０ｍ３／ｓ。
提供了基础［８］。我国针对三峡［９］、小浪底［２］以及发 生溃坝的板桥水库［１０］进行了不同比尺的模型试验， 积累了大量的试验数据并为工程的设计建造提供了 指导。然而就目前而言，多数溃坝试验只能跟踪水 位，难以测定流量。相对而言，数值模拟则可以更为 完整地捕获溃坝过程［４］，朱永辉等 综 ［１１］ 述了国外土 坝溃坝模型，将其分为基于参数和基于物理过程两 类模型，并介绍了常用模型的特点，一些常用的商业 数值模拟软件如 ＭＩＫＥ、Ｆｌｏｗ－３Ｄ等均包含了相应 的溃坝模块。

水利水电技术(中英文)㊀第52卷㊀2021年第1期陶明,赵光竹,陈惠明,等.城市环状水系防洪潮㊁排涝系统治理研究[J].水利水电技术(中英文),2021,52(1):41-50.TAO Ming,ZHAO Guangzhu,CHEN Huiming,et al.Research on the flood and tide control and the management of drainage system of thecity annular river system[J].Water Resources and Hydropower Engineering,2021,52(1):41-50.城市环状水系防洪潮、排涝系统治理研究陶㊀明1,赵光竹2,陈惠明1,龙章鸿1,王㊀盼2,汤维明1,黄为炜3,冯发堂1(1.中电建生态环境集团有限公司,广东深圳㊀518102;2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西西安㊀710065;3.深圳市宝安区水务局,广东深圳㊀518001)摘㊀要:为探究深圳市宝安区城市环状水系防洪潮㊁排涝方案系统解决策略,在分析现存问题的基础上,打破现状 高水高排㊁低水抽排 的防洪排涝格局,确定 大片区统筹治理,小片区分散治理 为主导的治理思路㊂采用MIKE 耦合模型建立排涝河片区和沙井河片区城市水文学模型,耦合河网模型㊁管网模型及坡面模型,进行精细化水文分析计算㊂计算结果为沙井河口50a 一遇洪峰流量247m 3/s ,排涝河口50a 一遇洪峰流量357m 3/s ,设计洪水计算成果合理㊂研究成果表明,该片区最优的防洪潮㊁排涝系统解决方案为:排涝河口新建泵站规模为100m 3/s ㊁沙井河泵站扩建规模为50m 3/s ㊁排涝河片区分散泵站规模约13.74m 3/s ;排涝河泵站与沙井河泵站联合调度,降低环状水系河道水位,以上方案能够达到保障区内防洪潮安全㊁降低区域内涝风险的研究目标㊂关键词:环状水系;防洪潮㊁排涝;MIKE ;耦合模型;联合调度doi :10.13928/ki.wrahe.2021.01.004开放科学(资源服务)标志码(OSID ):中图分类号:TV87文献标志码:A文章编号:1000-0860(2021)01-0041-10收稿日期:2020-08-21基金项目:国家重点研发计划 战略性国际科技创新合作 重点专项(2018YFE0206200)作者简介:陶㊀明(1962 ),男,正高级工程师,学士,主要从事水环境治理研究㊂E-mail:1063983965@ 通信作者:王㊀盼(1989 ),女,工程师,硕士,主要从事水文㊁水动力计算工作㊂E-mail:hhu_wp@ Research on the flood and tide control and the management of drainage systemof the city annular river systemTAO Ming 1,ZHAO Guangzhu 2,CHEN Huiming 1,LONG Zhanghong 1,WANG Pan 2,TANG Weiming 1,HUANG Weiwei 3,FENG Fatang 1(1.ChinaPower Construction Ecological Environment Group Co.,Ltd.,Shenzhen㊀518102,Guangzhou,China;2.ChinaPower Construction Group Northwest Survey and Design Institute Co.,Ltd.,Xi an㊀710065,Shaanxi,China;3.Shenzhen Bao an District Water Affairs Bureau,Shenzhen㊀518001,Guangdong,China)Abstract :To investigate the solution strategy of flood control and drainage system for city annular water system in Bao an District,Shenzhen,the leading idea that the way of governance is integrated for large areas and decentralized for small areas is determined,based on the analysis of existing problems and the current situation of flood control and drainage system that high drainage for regionwith high altitude and pump drainage for region with low altitude is broken.The urban hydrology model of Pailao river area andShajing river area,with coupled model of river network,pipe network and two-dimensional model are established by MIKE,andthey are fine hydrological analyzed and calculated.The calculation results show that the flood peak discharge (once in 50years)inShajing estuary is 247m 3/s,and the flood peak discharge (once in 50years)in Pailao estuary is 357m 3/s,so the calculation re-陶㊀明,等ʊ城市环状水系防洪潮㊁排涝系统治理研究sults of designed flood are reasonable.The optimal solution of flood control and drainage system in this area by research is:The flowscales of the newly-built pumping stations of the Pailao estuary pumping station,Shajing River pumping Station,and dispersedpumping station in Drainage estuary are 100m 3/s,50m 3/s,and 13.74m 3/s respectively;and the drainage river pumping stationand Shajing river pumping station are jointly dispatched to lower the water level of circular river system.It can achieve the researchobjective that ensure the safety of flood control in the area and reduce the risk of regional waterlogging.Keywords :annular river system;flood control and drainage system;MIKE;coupled model;jointlydispatched图1㊀水系的结构Fig.1㊀Structure of river system0㊀引㊀言近年来,在气候变化和城市化发展的背景下,沿海城市暴雨频发㊁台风等极端天气频繁,造成城市内涝问题严重,如2018年台风 山竹 期间,深圳市宝安区西海岸发生超100a 一遇高潮位,区域内排涝河环状水系河口段几近漫堤,涝水短时间难以排出,防洪㊁防潮㊁排涝形势严峻㊂流域中大大小小河流交汇形成的树枝状或网状结构称为水系[1],自然形成的水系多为树状结构水系,平原地区经过人工开挖的水系多为网状结构水系;整体形状为树状结构,局部地区为网状结构,这种水系结构为环状结构水系㊂水系结构如图1所示㊂环状水系防洪排涝治理有两个特点,一是支流的水位易受干流水位(潮位)的影响,二是河口平原地区多地势平坦㊁甚至地势低洼,这两方面影响会使得支流洪涝水很难自排到干流㊂一般网状水系或环状水系防洪㊁排涝治理时,多为闸门挡水㊁泵站排水两种方式配合使用,河网密布处设有节制闸,通过控制洪水下泄方向㊁分流等措施解决特定片区防洪排涝问题㊂沿海城市环状水系治理中,要考虑潮水位顶托影响,一般的工程措施为修建干流堤防㊁且在支流汇入位置建挡潮闸,形成闭合的防潮保护圈;在落潮期开闸泄水㊁在涨潮期关闸蓄水,流域发生洪涝灾害时,干流水位(潮位)一般较高,挡潮闸一般关闸挡潮,这时需要开启排涝泵站排出支流来水㊂此外,环状水系会涉及到泵站㊁水闸联合调度,通过联合调度尽快降低河道水位,以便地势平坦处雨水管网汇水能自排入河,降低管网受水位顶托所带来的灾害风险㊂总结城市洪涝灾害[2-3]的原因,主要有暴雨发生频率和强度增加㊁城市发展在一定程度上改变了水循环的产汇流机制[4-5]㊁城市雨岛效应[6]和热岛效应日益显著㊁城市防洪排涝体系建设与城市化进程不协调等㊂目前城市防洪潮㊁排涝体系建设主要有工程措施[7-8]和非工程措施两方面,工程措施主要包括水库㊁堤防㊁水闸㊁泵站㊁排水管网等,大部分城市已初步建成 上蓄㊁中疏㊁下排 的防洪排涝格局;2014年以后,随着海绵城市建设[9]的推广,城市防洪排涝建设从传统模式逐步走向 渗㊁滞㊁蓄㊁净㊁用㊁排 为主导的生态性排水模式[10]㊂城市环状水系防洪潮㊁排涝治理的基础是城市暴雨洪涝数值模拟[11],核心是城市水文[12-13]㊁水动力学机制及其耦合模拟㊂目前大多数工程设计中,设计洪水计算方法大多数为地方水文手册[14]中推荐的综合单位线法或推理公式法,随着城市化进程的不断推进,城市蓄滞㊁入渗㊁产流㊁汇流等水文过程对洪涝特性的影响将越来越大,传统的计算方法不能很好地反映城市洪水特性[15]㊂鉴于此,城市暴雨内涝数值模拟应运而生,该模拟基于水文模型或水动力模型,Horton 产流理论㊁芝加哥流量过程线等为城市洪涝模拟提供了理论依据和关键方法㊂1971年,美国环境署提出了半分布式城市水文模型SWMM [16],该模型基本实现了地表产流㊁地表汇流和管网汇流水文过程的集成模拟,是城市水文模拟研究趋于成熟的重要标志㊂国内采用SWMM 做了一系列研究,如卢茜等[17]采用SWMM 模型研究分析了管网排水能力,对积水区域提出了相应的排涝方案;城市洪涝模拟进入综合集成模拟阶段后,DHI MIKE 等模型的应用逐渐成熟,如李品良等[18]应用MIKE URBAN 模拟排水管网陶㊀明,等ʊ城市环状水系防洪潮㊁排涝系统治理研究承压运行及管点溢流情况,周宏等[19]应用将MIKE11应用在平原水系排涝计算中,卢翔等[20]采用MIKE FLOOD[18]建立了城市排涝耦合模型,进行排涝模拟计算;在建模方法上,也集成了更多新技术,如尹占娥等[21]将GIS技术应用在暴雨灾害研究中,龚佳辉等[22]GPU加速技术应用在城市雨洪模拟中提高计算效率,王俊珲等[23]应用三维渲染展示洪涝模拟结果等㊂以上MIKE FLOOD模型的应用,侧重于城市排涝模拟,本次研究统一考虑城市洪㊁涝水模拟,采用传统水文学方法和城市洪涝模拟相结合的方法,对于水库等天然下垫面,应用水文手册中推荐的计算方法,对于城市下垫面,应用城市洪涝模拟的技术手段,构建基于MIKE FLOOD的城市水文学模型,采用管网模型模拟城市下垫面产汇流,采用一维水流数学模型模拟河道汇流,计算河道各断面设计洪水㊂在环状水系防洪潮㊁排涝治理措施研究方面,本次以深圳市宝安区排涝河㊁沙井河片区为研究对象,探索地势低洼区域环状水系防洪排涝治理策略,打破原来自排和抽排相结合的排涝方式,突出地势平坦区域抽排排水的优越性,分析环状水系水利设施联合调度的防洪排涝效益㊂以 大片区统筹治理,小片区分散治理 为主导治理思路,考虑在自排排水通道上建设排涝泵站,分析不同规模泵站及泵站联合调度组合对防洪㊁排涝效益的影响,同时也考虑小片区分散治理措施,涝水及时入河,减短区域内洪涝淹没时间,争取一切可能的综合措施,降低河道水位,减少区域内淹没面积,提高区域防洪潮㊁排涝能力㊂1㊀研究区域概况1.1㊀区位概况宝安区位于深圳市西部海岸线,处在珠江口东岸发展轴上,是穗深港黄金走廊的重要节点,也是粤港澳大湾区核心地带㊂下辖新安㊁沙井㊁松岗等10个街道,土地面积397km2,海岸线45km,海域220km2㊂本次研究区域位于沙井街道,沙井街道地处深圳市西部中心,毗邻中国特色社会主义先行示范区重点建设片区国际会展城㊁新桥智创城两大区域,研究区域与粤港澳大湾区节点位置如图2所示㊂研究区域所属流域为茅洲河流域,茅洲河为深圳第一大河,发源于深圳境内的羊台山北麓,流域范围包括深圳市宝安区㊁光明区和东莞市长安镇(2市3地)㊂茅洲河流域是原宝安县的主要产粮区,历史上就是受洪涝影响比较多的区域,改革开放以来城镇化图2㊀研究区域区位示意Fig.2㊀Location map of the study area发展迅猛,乡镇企业云集,耕地面积逐年缩减,城镇建设用地逐渐增加,一直未曾进行过全面的整治,造成河道的防洪㊁排涝㊁排污的负担日益加重㊂在近几年开展的茅洲河流域水环境综合治理中,以 水资源㊁水安全㊁水环境㊁水生态㊁水文化 五位一体的全局观念统领治水工作,全流域统筹㊁系统治理,织网成片㊁正本清源㊁理水梳岸㊁寻水溯源 四步逐级推进㊂已开展的相关工程涵盖雨污管网工程㊁河道整治工程㊁内涝整治工程㊁生态修复工程㊁活水补水工程㊁景观提升工程,通过治水与治城相结合,把茅洲河整治与环境改善㊁景观提升㊁城市更新㊁产业升级㊁土地增效相结合,实现综合效益最大化㊂茅洲河流域属南亚热带海洋性季风气候区,气候温和湿润,雨量充沛,多年平均降雨量约1600mm,降雨年内分配极不均匀,汛期(4 9月份)降雨量大而集中,约占全年降雨总量的85%左右,且降雨强度大,多以暴雨形式出现,易形成洪涝灾害,夏季常受台风侵袭,灾害性天气频发㊂宝安区作为粤港澳大湾区核心区,城市地位和重要性不断提高,在水安全建设方面,防洪排涝安全是首当其中的重要任务,是保障区域社会经济发展㊁人民生命财产安全的基石㊂1.2㊀现状防洪排涝体系及存在问题本次研究区域位于茅洲河流域,流域水系情况如图3所示,沙井片区河流有排涝河㊁沙井河㊁衙边涌㊁共和涌㊁道生围涌,均为茅洲河一级支流,排涝河和沙井河通过岗头调节池相连呈环状水系,沙井河及排涝河总流域面积为67.67km2,沙井河流域面积24.93km2,排涝河流域面积42.54km2;潭头河和潭头渠之间建设有潭头水闸,潭头水闸作陶㊀明,等ʊ城市环状水系防洪潮㊁排涝系统治理研究为节制闸,潭头河洪水下泄至排涝河,潭头渠洪水下泄至沙井河;桥头片区潭头河㊁新桥河㊁上寮河(含支流万丰河)在岗头调节池汇合后,由岗头调节池下泄至排涝河,排涝河沿程汇入石岩渠后自流排入茅洲河;沙井河沿程汇入支流潭头渠㊁东方七支渠㊁松岗河,通过沙井河口泵站(设计流量170m 3/s)抽排至茅洲河㊂图3㊀流域水系示意Fig.3㊀River network map of the watershed近年防洪排涝治理中,该片区采用 分区设防㊁高水高排㊁低水抽排 的防洪排涝总体布局方案,其中排涝河为高水自排通道,承担并下泄潭头水闸东南片区洪水,包括桥头片区㊁石岩渠片区及排涝河区间洪水,沙井河为低水抽排通道,承担并下泄潭头水闸西北片区潭头渠㊁东方七支渠㊁松岗河洪水㊂排涝河㊁共和涌两岸地势低洼,可谓 沙井片区低点 ㊂排涝河两岸高程大部分低于河道设计水面线,导致雨水缺乏重力流排放条件㊁易受排涝河水位倒灌影响,排涝河 高水通道 未能发挥最大作用;排涝河防洪设计中,洪潮遭遇方式为50a 一遇潮位,当遭遇茅洲河50a 一遇以上潮位,排涝河关闸挡潮㊁河道洪涝水缺少下泄通道,将危及整个片区防洪安全㊂此外,排涝河河床高程高于沙井河,符合方案中分区设防㊁高水高排㊁低水抽排 的思路,但沙井河河道过流能力远大于设计洪峰流量220m 3/s(设计标准为20a 一遇),导致沙井河过流能力和河道槽蓄量富余,排涝河高水位运行将增大两岸保护区内涝风险㊂1.3㊀区域高程分析整理区域高程信息进行DEM 分析,综合分析排涝河㊁沙井河流域高程分布情况,高程如图4所示㊂从图中可以看出,区域高程最低点位于共和涌两岸,平均高程为1.0~2.0m 之间;共和涌右岸㊁排涝河右岸㊁衙边涌左岸㊁沙井河口右岸㊁沙井河上游(东方七支渠河口处)㊁松岗河中游等多处平均高程为2.0~2.7m 之间;该片区大部分区域高程在2.7~3.43m 之间(3.43m 为排涝河岗头调节池断面20a一遇设计洪水位)㊂图4㊀排涝河㊁沙井河流域高程分析示意Fig.4㊀Elevation analysis diagram of the Pailao riverand the Shajing river watershed分析排涝河下游周边高程分布情况,高程如图5所示㊂高程在2~2.5m 的流域面积占比为25.9%,高程在2.5~3.43m 占比为60.5%,高程在3.43~4.11m 占比为60.5%㊂排涝河下游约86.4%区域的高程低于排涝河岗头调节池20a 一遇防洪水位3.43m,约96.1%区域的高程低于排涝河岗头调节池50a 一遇设计洪水位4.11m㊂由此可见,排涝河下游大部分区域雨水缺乏自排条件㊂图5㊀排涝河流域高程分析示意Fig.5㊀Elevation analysis diagram of the Pailao riverwatershed陶㊀明,等ʊ城市环状水系防洪潮㊁排涝系统治理研究图7㊀耦合模型概化示意Fig.7㊀Generalized schematic diagram of the coupled model㊀㊀分析沙井河流域高程分布情况,高程如图6所示㊂高程在2.0~2.5m 的流域面积占比为2.6%,高程在2.0~2.8m 占比为14.5%,高程在2.0~3.0m占比为25.6%㊂根据‘宝安区沙井河片区排涝工程初步设计报告“,沙井河河口-潭头渠河口的20a 一遇设计洪水位为1.88~2.00m,沙井河两岸大部分基本都高于2.0m㊂图6㊀沙井河流域高程分析示意Fig.6㊀Elevation analysis diagram of the Shajing riverwatershed2㊀城市水文学模型模拟考虑到流域城市化后洪水过程较天然洪水会出现峰高量大㊁峰现提前的特点,本次研究中设计洪水计算分为水库和城市两类下垫面考虑,水库设计洪水计算采用水文手册中推荐方法计算并进行调洪演算,城市下垫面采用管网模型进行计算,河道汇流采用一维水流数学模型进行模拟,耦合管网模型和一维河道模型,最终得到河道各断面设计洪水㊂2.1㊀模型构建在城区防洪排涝模拟中,要综合考虑排水管网㊁城市河流水系㊁城市地面等要素,水流可以在降雨(洪水)过程中不断流入或溢出排水系统,要精确而有效地模拟这样复杂的水流情况,需要使用耦合模型计算㊂本次研究中一维河网数学模型应用MIKE 11构建,一维管网数学模型应用MIKE URBAN 构建,二维坡面汇流模型应用MIKE 21矩形网格计算,耦合模型应用MIKEFLOOD 模型构建,耦合模型概化示意如图7所示㊂2.2㊀模型率定和验证2018年台风 山竹 期间,茅洲河流域降雨约5a 一遇,赤湾站潮位约100a 一遇㊂本次研究采用山竹 期间降雨㊁潮位边界条件,模拟5a 一遇2h降雨条件下该区域的内涝淹没最大深度与范围,结合 山竹 期间现场实际调查涝点情况,与模型模拟的涝点进行对比,结果如图8所示㊂对比分析现场调查和模型模拟结果,内涝位置和淹没水深基本吻合,内涝点原因大多为地势低洼㊁排水能力不足㊁河水倒灌等,模型可用于方案计算㊂2.3㊀计算边界条件2.3.1㊀上边界条件MIKE URBAN 边界条件为20a 一遇㊁50a 一遇降雨过程;MIKE11上边界为五指耙水库㊁长流陂水库下泄洪水过程㊂2.3.1.1㊀降雨边界条件本次研究中设计暴雨采用石岩水库雨量站实测雨量系列,通过P-III 型频率曲线适线和‘广东省暴雨参数等值线图“(2003年)查算两种方法计算,从偏工程安全角度得出发,选取采用‘广东省暴雨参数等值线图“查图成果㊂2014年华北水利水电大学开展‘深圳市城市设计暴雨雨型分析研究“专题,根据深圳市连续51年陶㊀明,等ʊ城市环状水系防洪潮㊁排涝系统治理研究㊀㊀㊀㊀㊀图8㊀模型计算内涝点与 山竹 内涝点对比Fig.8㊀Comparison diagram of the waterlogging point calculated bymodel and measured(1962 2013年)实测降雨资料,采用 众值定位原则,确定雨峰位置;分析多场实测降雨雨型,统计各时段平均降雨量,综合确定各时段降雨占24h 降雨量的比例(最小时间间隔5min)㊂最终建立了深圳市 珠江三角洲㊁东江中下游㊁粤东沿海 三种地区类型的雨型,24h 历时的设计暴雨雨型,为水利防洪㊁市政治涝提供了统一的降雨雨型,其成果如图9所示㊂本研究区域位于珠江口,故采用珠江三角洲雨型进行水文计算㊂图9㊀深圳2015雨型分配示意Fig.9㊀Rain distribution diagram of 2015of Shenzhen采用上述计算设计暴雨成果和雨型分配过程,点面折算系数按照0.896考虑,计算用于MIKE URBAN 水文模型计算的降雨过程边界,计算得到的设计暴雨过程线如图10所示㊂2.3.1.2㊀水工建筑物边界现状方案考虑现状水工建筑物,沙井河口闸门及泵站㊁共和涌河口闸门及泵站㊁衙边涌河口闸门及泵站以及排涝河闸门㊂遵守水闸及泵站调度方案,其中,与茅洲河联通的闸门,内河水位高于茅洲河水位则开闸泄洪,反之关闸挡潮㊂沙井河泵站最高运行水位1.88m,设计水位1.0m,最低运行水位0.5m,启泵水位为0.8m;共和涌泵站最高运行水位1m,设计水位0.7m,最低运行水位-0.9m,启泵水位为0.5m;衙边涌泵站最高运行水位1.7m,设计水位0.9m,最低运图10㊀设计暴雨过程线Fig.10㊀Designed rainstorm hydrograph行水位0.6m,启泵水位为0.7m㊂系统治理方案在现状方案的基础上,根据方案设定要添加边界条件㊂2.3.2㊀下边界条件2.3.2.1㊀设计潮位茅洲河流域内无实测潮位观测资料,位于流域南㊁北海岸线附近分别设有赤湾站㊁舢舨洲潮位站,可作为本次研究设计潮位的依据站㊂本次研究中设计潮位复核并采用‘茅洲河界河整治工程(深圳部分)初步设计报告)“中设计潮位成果㊂陶㊀明,等ʊ城市环状水系防洪潮㊁排涝系统治理研究表1㊀茅洲河河口设计高潮位成果Table 1㊀Table of results of design high tide level ofMaozhou River Estuary成㊀果设计潮位/m均㊀值0.5%1%2%10%本次计算成果 2.44 3.45 3.31 3.16 2.81界河初设成果(采用)2.443.453.313.172.812.3.2.2㊀雨潮遭遇组合‘深圳市防洪潮(排涝)规划(2021 2035)“中根据赤湾站实测风暴潮资料,按照与设计高潮位接近的原则,选取赤湾站2008年6月23日08:00 25日20:00 黑格比 ㊁2017年8月22日00:00 25日00:55 天鸽 ㊁2018年9月5日00:00 19日00:00 山竹 三场典型台风潮位过程,选取其中最不利的潮位过程作为典型潮位过程线用于缩放得到挡潮工况下设计潮位过程㊂综合来看, 山竹 潮型对挡潮期间的排涝偏不利,因此选取 山竹 潮位过程作为设计潮型的典型潮位过程(见图11),按照变比例放大(主潮峰按同倍比放大,低潮位不变),得到设计潮位过程㊂图11㊀典型暴雨过程线Fig.11㊀Typical designed rainstorm hydrograph2.4㊀设计洪水成果近年来在河道综合整治工程中,调整了一些水库洪水下泄的去向,河道流域特性发生变化,沙井河流域面积由原来的27.2km 2减少为24.93km 2,排涝河流域面积由原来的44.5km 2调整为42.54km 2㊂如五指耙水库原来经松岗河水库下泄,在潭头河综合整治中,建设了五指耙分洪隧洞,五指耙水库50a 一遇洪水经分洪隧洞下泄至潭头河㊁经潭头河滞洪区调节以后下泄洪水;万丰水库原来经由万丰河下泄,在沙福河整治工程中,万丰水库洪水经石岩渠上游,下泄至沙福河㊂根据一维河网模型中沙井河口和排涝河口设计洪峰成果,本次研究设计洪水成果如表2所列㊂‘宝安区沙井河片区排涝工程初步设计报告“和‘茅洲河流域水环境综合整治工程桥头片区排涝整治工程初步设计报告“中详细计算了沙井河片区㊁排涝河片区河涌设计洪水,对比本次计算结果和已有成果如表2所列㊂从表中可以看出,洪峰流量模数随着流域面积增大而减小,且同一断面的洪峰流量模数随着频率的增加而降低,符合一般洪水的变化特性㊂由于河道整治引起的河道流域面积调整,雨水管道过流能力不足㊁雨水并未完全排放至河道等原因,引起设计洪水计算成果变动㊂本研究计算的设计洪水成果基本合理,可以用于系统治理方案研究㊂3㊀防洪潮、排涝系统治理方案研究2008年以来,排涝河㊁沙井河环状水系防洪排涝设施不断完善,目前已建设挡潮闸抵御潮水及干流高水位,采用自排和抽排结合的方式排出涝水,洪㊁涝水排出的时候存在以下难点:一是自排通道两岸低洼,河道高水位运行不利于两岸涝水自排入河;二是区域已建水利设施尚未联合调度,未能发挥已建设施最大防洪㊁排涝效益㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀表2㊀设计洪水成果Table 2㊀Design flood results table河流名称断面位置本次计算成果洪峰流量/m 3㊃s-1洪峰模数/m 3㊃s -1㊃km -2流域面积/km 2P =2%P =5%P =2%P =5%沙井河河㊀口24.932472149.918.58排涝河河㊀口42.543572608.396.12河流名称断面位置已有成果洪峰流量/m 3㊃s -1洪峰模数/m 3㊃s -1㊃km -2流域面积/km 2P =2%P =5%P =2%P =5%沙井河河㊀口27.22672209.828.09排涝河河㊀口44.53262677.336.00陶㊀明,等ʊ城市环状水系防洪潮㊁排涝系统治理研究㊀㊀在现状区域防洪排涝体系中,在潭头河和潭头渠间建设有潭头水闸,潭头水闸作为节制闸控制沙井河和排涝河洪水下泄去向㊂考虑到沙井河河道槽蓄量远大于排涝河,为充分利用河道槽蓄能力,本研究考虑打开潭头水闸自由泄洪,打破岗头调节池以上洪水仅从排涝河下泄的防洪格局,从排涝河和沙井河两条通道下泄洪水,在不增加沙井河防洪压力的基础上,尽可能减少排涝河两岸防洪内涝压力㊂本研究确定防洪㊁排涝标准为50a一遇,以 大片区统筹治理,小片区分散治理 为主导治理思路,既考虑骨干排涝设施的建设,也考虑小片区分散治理措施,争取一切可能的综合措施,降低河道水位,减少区域内淹没面积㊂防洪标准确定为1000a 一遇,在河口闸门改造中实施㊂3.1㊀计算方案设置本研究中计算了50a一遇设防标准下的河道设计洪水及设计水位,分别计算各方案条件下排涝河新建泵站规模及排涝河水位降低情况,降雨边界和潮位边界同频遭遇㊂设置了三个方案,方案一采用自排和抽排结合的方式排出涝水,考虑现状水工建筑物,沙井河口闸门泵站㊁共和涌河口闸门泵站㊁衙边涌河口闸门泵站㊁排涝河闸门;设置两个系统治理方案,方案二在考虑现状河口水工建筑物基础上,在排涝河口新建泵站,排涝河㊁沙井河均以抽排方式排出涝水,解决方案一中河道高水位运行时带来的问题;方案三在方案二的基础上,打开潭头水闸泄洪,排涝河㊁沙井河联合调度,通过联合调度充分利用河道槽蓄容量,进一步降低河道水位,使已建防洪排涝设施发挥最大效益㊂计算方案设置情况如表3所列㊂3.2㊀系统治理方案分析按照本次研究确定的治理原则和治理目标,计算㊀㊀㊀㊀㊀50a一遇工况下各方案下河道水位的降低情况㊁区域内涝风险情况,通过方案比选㊁最终确定最优系统治理方案㊂首先,方案一(现状方案)条件下,水工建筑物考虑了沙井闸泵㊁共和涌闸泵㊁衙边涌闸泵㊁潭头水闸㊁排涝闸门,模拟沙井河50a一遇水位为1.78~ 1.89m,排涝河水位为3.21~4.11m㊂第二,方案二(系统治理方案㊁排涝河片区方案)条件下,在考虑现状水工建筑物的基础上,排涝河口设置泵站抽排,泵站规模为100m3/s时,河道水位变化甚微,泵站规模为200m3/s时,排涝河河道水位变化约0.02~0.34m,泵站规模为300m3/s 时,排涝河河道水位变化约0.02~0.93m㊂考虑到抽排效果和经济效益,选择泵站规模为100m3/s作为系统解决方案三边界条件㊂第三,方案三(系统治理方案排涝河㊁沙井河联合调度方案)条件下,排涝河泵站流量为100m3/s㊁沙井泵站扩建50m3/s㊁两个河口泵站联合调度的情况下,排涝河水位降低0.55~1.25m,同时沙井河水位为2.37~2.85m,排涝河水位降低,区内内涝风险减小;沙井河水位上涨0.59m,增加沙井河两岸内涝风险㊁增加内涝面积约0.45km2㊂第四,方案三(系统治理方案排涝河㊁沙井河联合调度方案)条件下,排涝河泵站流量为100m3/s㊁沙井泵站扩建80m3/s㊁两个河口泵站联合调度的情况下,排涝河水位降低0.85~1.28m,同时沙井河水位为2.16~2.85m,排涝河水位降低,区内内涝风险减小;沙井河水位上涨0.8m,增加沙井河两岸内涝风险㊁增加内涝面积约0.36km2㊂50a一遇设防标准下排涝河㊁沙井河水位变化分别如图12㊁图13所示㊂从上面分析可以看出,在排涝河口设置100m3/s 泵站后,相比于沙井泵站扩建50m3/s,扩建80m3/s ㊀㊀㊀㊀㊀㊀表3㊀计算方案设置Table3㊀Calculation plan setting list table情㊀景方案一(现状方案)方案二(系统治理方案㊁排涝河片区方案)方案三(系统治理方案排涝河㊁沙井河联合调度方案)降雨边界50a一遇50a一遇50a一遇潮位边界50a一遇50a一遇50a一遇水工建筑物边界沙井河口闸泵㊁共和涌河口闸泵㊁衙边涌河口闸泵㊁排涝河闸门同方案一,新增排涝河泵站排涝河泵站100m3㊃s-1排涝河泵站200m3㊃s-1排涝河泵站300m3㊃s-1同方案一,潭头水闸打开,排涝河㊁沙井河水闸泵站联合调度潭头水闸泄洪排涝河泵站100m3㊃s-1,沙井河泵站170m3㊃s-1排涝河泵站100m3㊃s-1,沙井河泵站220m3㊃s-1排涝河泵站100m3㊃s-1,沙井河泵站250m3㊃s-1。

耦合技术可以有效发挥一维和二维模型各自具备的优势，取长补短，避免在单独使用 MIKE 11、MIKE URBAN（MOUSE）或 MIKE 21 时所遇到的模型分辨率和模型准确率的限制问题。
MIKE FLOOD 主要具有以下特色和优势：
1.1.1 集成的工作环境
MIKE FLOOD 集成的工作环境，使用户可以灵活的选择 MIKE11（河道）、MIKE URBAN （管网）、MIKE 21（二维地面漫流）三个模型进行任意的耦合，同时集成式的工作环境使得协 同工作更加容易，用户可以分别进行管网、河道和二维模型的建立，最终在平台进行耦合，极大 的提高了工作效率并省去了模型合并带来的工作量。
2.1.1 城市排水(雨水)防涝综合规划编制大纲
受全球气候变化影响，暴雨等极端天气频发， 为保障人民群众的生命财产安全，加强城市排 水防涝设施建设，2013 年 7 月住建部出台《城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲》。要求各 城市结合当地实际，在 2014 年 6 月底前编制完成各地城市排水（雨水）防涝综合规划。
MIKE URBAN 中径流模块提供多种降雨径流模型，包括等流时线模型、线性水库模型、动力波模型、 单位水文过程线模型。模型可以针对任意降雨事件，选用合适的径流模型模拟研究区域雨水量在时间 和空间上的分布情况。
此外，对于降雨时间序列的生成，DHI 根据中国排水管网设计规范中各地的设计暴雨强度公式及国 际上常用的城市雨型开发了雨型设计工具，有利于工程师方便快捷的生成雨型。该工具中内置全国多 个城市设计暴雨强度公式，可选用芝加哥雨型、Huff 雨型、均布雨型构建降雨时间序列。同时，该工 具支持用户自定义设计暴雨强度公式及自定义雨型。
6
丹华水利环境技术（上海）有限公司 DHI CHINA