变化环境下城市内涝预报模型研究与试验

Due to the extremely human activities, the Chinese cities developed rapidly and the city environment changed sharply, thus caused increasing urban flooding, but till now there is no mature urban flood forecasting models for this changing environment. This study will set up an observation station for urban flooding in Dongguan City which is a typical city among the Pearl River Delta area cities with serious urban flooding, observe urban flooding continuously and develop a platform for data collecting and management; This study will explore the mechanism of urban flooding formation and its quantitative description method, study the urban surface division and routing network delineation method, the routing method for surface runoff under the high density building system, and present an urban flood forecasting model for China's rapidly changing cities; This study will also explore the parallel algorithm for urban flood forecasting, develop the urban flood simulation platform based on parallel computing, and simulate Dongguan city flooding, optimize the model structure and method; The purpose of this study is to solve the scientific problem and key techniques related to urban flood forecasting, to develop the Chinese intellectual property urban flood forecasting model and forecasting system, and to advance the theory and techniques of China's urban flood forecasting, so as to relieve China's urban flood disaster and its impact.

受剧烈人类活动的影响，我国城市发展迅猛，城市环境变化迅速，城市内涝日益严重，但国内外还没有一个成熟的可对变化环境下城市内涝进行有效预报的模型。本项目以珠江三角洲城市群中的典型城市东莞市为对象，开展城市内涝综合观测试验，开发搭建东莞城区内涝数据采集平台；分析城市内涝形成原因，探索城市内涝形成机理及其产汇流定量描述方法，开展地表划分与汇流网络提取方法、高密建筑群下城市地表径流汇流计算方法的研究,提出适用于变化环境下我国城市内涝精细化预报的模型与方法；探索城市内涝并行计算算法，开发基于并行计算的城市内涝预报模拟平台，针对东莞市开展城市内涝预报模拟，不断优化内涝预报模型和方法；研究解决变化环境下我国城市内涝预报的科学问题与关键技术，发展具有我国自主知识产权的适应变化环境的城市内涝预报模型和预报系统，提高我国城市内涝预报的理论和技术水平，减轻我国城市内涝灾害及其影响。

改革开放以来，我国城市发展迅猛，人类活动剧烈。受其影响，城市范围不断扩大，城市下垫面特征快速变化，城市空间结构日趋复杂。这些变化对城市地区洪涝特性带来了明显影响，引起城市内涝灾害不断增加。国内外还缺少可对城市化过程中下垫面变化进行精细化探测的方法，还缺乏对变化环境下的城市内涝过程进行有效预报和模拟的水文模型，还没有对快速城市化对城市洪涝特性的影响进行深入探讨。本项目以珠江三角洲城市群中的典型城市东莞市为对象，开展城市内涝综合观测试验，分析和探索城市内涝形成机理及其产汇流定量计算方法，研究提出了一个适用于变化环境下的城市内涝预报和模拟的精细化城市内涝模型；以内涝模拟结果为基础，基于DPSIR模型，提出了城市内涝精细化预警评价指标体系及内涝预警等级模糊综合评判方法。以东莞市三防决策支持系统为依托，开发了东莞城区内涝监测预警系统，并在广州市天河区进行了推广应用。针对城市化过程中下垫面变化精细化探测的难题，开展了基于Landsat卫星遥感影像的地表覆盖类型分类方法的研究。以SVM算法、C4.5决策树算法和神经网络算法为基分类器，提出了采用AdaBoost进行算法集成的卫星遥感影像多分类器集成分类方法。该方法可有效集成三种不同基分类器对各种地物类型的分类优势，全面提升分类精度和提高算法效率。对珠江三角洲的广州市、东莞市、深圳市和佛山市1987年到2015年间的地表覆盖类型进行了分类，以平均三年为时段，制备了这些城市的地表覆盖类型定量变化数据，为研究城市化的水文生态环境效益提供了精度较高基础数据。研究提出了应用遥感技术提取的不透水面盖度信息用于L-THIA模型的分布式栅格参数CN值确定方法。利用东莞市寒溪水流域内5个站点51年的日降雨资料、土壤数据以及遥感提取的流域土地利用/覆被变化数据与不透水盖度数据模拟分析了寒溪水流域长期径流变化过程，发现流域降雨逐年统计特征没有明显线性变化趋势，年均径流系数呈增大趋势。