沿海城市内涝灾害致灾机理与灾防决策研究

For the increasing demand of waterlogging disaster preparedness and improvement of drainage systems, research on urban waterlogging disaster-causing mechanism and disaster prevention decision for the coastal cities is carried out. Firstly, with sub drainage system as the analysis unit, urban waterlogging characteristics and disaster-causing mechanism are proposed by rainstorm waterlogging simulation model of urban drainage system, in which reduction in drainage capability of pipes and overbank flow in rivers or channels are considered. The overall evaluation method of waterlogging degree in a sub drainage system is also developed. Secondly, disaster reduction effects of different remediation measures and their scale effects are obtained. Based on the correlation among different remediation measures, method of associative effect of disaster reduction is formulated. Finally, based on above results, mathematical optimization model for waterlogging disaster preparedness decision of urban drainage system is developed in which the objective is the lowest cost and the lowest waterlogging degree in the implementation period. All the methods will be applied in the Haikou City with feasible solutions proposed.The expected results will be a good technology and decision support for waterlogging disaster preparedness and high effective disaster reduction in the coastal cities.

针对沿海城市日益突出的内涝灾害防治和对应排水系统整治需求，本项目开展“沿海城市内涝灾害致灾机理与灾防决策研究”。以排水子系统为分析单元，通过构建考虑管网排水受阻和河渠漫溢影响的城市内涝模拟模型，深入研究和揭示沿海城市内涝特性和致灾机理，建立城市排水子系统内涝程度整体评价方法。系统研究多类型整治措施的减灾作用机制及其规模效应；基于整治措施关联特征，研究提出多类型整治措施的组合减灾效应分析方法。融合上述成果，以实施期整治措施成本最小和内涝程度最低为目标，研究提出城市排水系统内涝防治决策优化数学模型。以海口市主城区为例，应用研究成果提出可行的内涝灾防策略和实施方案。研究成果以期为沿海城市内涝灾害防治和科学高效减灾提供全面的决策支持。

城市高速发展下，城区排水和内涝灾害防御要求日益提高；而城市排水系统规划和建设的相对滞后，使得气候变化和局部极端天气下的城市内涝灾害发生频次以及受灾范围和对应损失均不断增加。面向未来韧性城市发展，做好城市内涝灾防工作是当前关注重点。基于此，以沿海城市为例，开展“城市内涝灾害致灾机理与灾防决策研究”，主要研究内容包括内涝数值模拟、致灾机理识别、灾害风险评价、措施减灾效应、灾防决策优化五个方面。项目创新提出了基于PCSWMM平台且融合示踪思路的城市内涝过程精细模拟方法，首次通过示踪方式实现显性化识别城市排水系统内部各排水分区间的水量联系和精细量化任何区域的涝水组成及其来源，奠定城市内涝成因和致灾机理精细识别以及区域整体协同内涝灾防决策的基础。创新提出了城市道路淹没引发风险概念及其量化计算方法，并构建了融合区域内涝自发风险和道路淹没引发风险的城市内涝风险综合评价模型，可实现城市内涝风险的精细评价。创新提出了融合示踪结果的城市区域协同灾防策略。策略可依据关注区域的内涝过程和涝水溯源结果，明确灾防决策时段并提出分区灾防措施类型、规模及其调控方案，实现区域内涝灾防效果整体最佳。综合气候变化分析方法、普适似然不确定性估计方法、机会约束规划模型及分期优化策略，创新提出了考虑气候变化及内涝模型不确定性的城市内涝防治策略分期优化模型，提升未来不确定条件下的城市内涝防治决策的合理性和适用性。项目所有研究成果均以海口市主城区为例开展应用，建成了海口市主城区内涝过程精细模拟模型，基于多情景模拟结果详细揭示了其内涝成因和致灾机理；基于得出的内涝风险值和灾防措施规模效应，分区域提出了可行的协同灾防策略和方案，为海口市开展内涝灾防整治工作提供了可靠信息支撑和决策支持。项目成果促进了沿海城市内涝灾防技术体系的发展，具有良好的理论价值和显著的推广应用价值，已录用和发表学术论文8篇(SCI检索5篇)。