京津翼地区城市化特征对产生暴雨积涝灾害风险突增效应研究

暴雨积涝是影响京津翼地区城市安全的主要气象灾害风险源。研究城市化在暴雨积涝产生中施加的作用和影响及所能导致的灾害风险突增效应，揭示人类活动在此方面对自然环境的改变及其对自身安全的胁迫程度，对城市减灾及安全防备是有益的。研究首先考量城市化特征对暴雨强度和频次的改变而造成的暴雨致灾因子危险性在城市区域范围内的空间差异及变化，发展暴雨危险性增减效应评测模型；然后建立城市水文模式模拟及检验城市不透水地表扩展对暴雨积涝的敏感性特征，进而将研究区城市化特征条件下暴雨积涝产生及发展的一般物理过程，转变为对灾害风险的评估和认知模式；最后综合危险性增减效应和暴雨积涝敏感性特征，分析及评估城市积涝灾害风险突增效应。成果为研究区城市积涝灾害风险预测、预防及治理提供理论及方法论基础；为城市地区的风险承受及控制提供处置及评判依据。

城市化特征从致灾因子危险性及敏感性两方面影响暴雨积涝的形成和发展。本研究首先进行基础数据库建设，形成城市暴雨灾害风险评估指标体系。然后从城市化对城市地区暴雨的危险性特征影响着手，利用气候站点、雷达反演定量降水估计（QPE）、自动站点等雨量资料分析暴雨危险性及时空变化特征，发现：1）京津冀地区雷暴天气受城市粗糙度的影响，使城市地区的雷暴的动力条件发生改变，导致城市及其夏季风的下风方方向有雷暴危险性增加的趋势。2）城市热岛对雷暴在午后时刻有增强作用，在午后加剧边界层的不稳定，诱发更多的强对流天气，导致城市地区的雷暴活动增强。3）气溶胶物质对京津冀地区城市集中分布的平原地带有明显的雷暴增强作用，平原地区较多的污染物使其AOD高于山区，通过QPE资料的分析也发现平原地区雷暴过程雨量大于山区。.在城市化对暴雨灾害敏感性特征分析上取得较大进展。初步完成城市水文沥涝模型的开发及其在敏感性实验中的应用。模型采用水面及不透水蒸发方程来计算地表蒸发；区分透水地表和不透水地表的洼蓄；利用Horton模型来计算透水地表下渗；用D8算法来计算产流及汇水方向；用曼宁公式计算地表径流速度。模型的创新点在于排水重现期方程、蒸散方程的改进、出水过程的概化处理及透水和不透水地表的概化计算。这样使得模型能处理包括不透水地表、城市管网排水能力、城市建筑物分布等城市化因素。研究建立土地利用和土地覆盖条件、城市排水能力、城市建筑物密度及高度等几个敏感性因子对积水的敏感性实验方案，模拟了城市地区由于城市因素的影响而导致特殊的城市水文过程。在研究过程中，得到一些比较有趣的研究结论，发现不透水地表导致的水文差异可能会引发城市地区更频繁发生一般雨量条件下的小规模城市积涝，但对极端暴雨导致的大型洪涝灾害的影响不会太大，等等。.发展了城市极端暴雨风险评估模型。主要包括暴雨致灾因子危险性评估模型、孕灾环境敏感性分析模型、风险暴露因子分析模型，以及基于空间遗传编程下的综合暴雨灾害风险评估及区划。利用空间遗传编程的风险评估模型进行综合风险评估，认为城市地区的风险增加的因素主要体现在不透水地表、地形及脆弱性因素的影响上。