采用路径算法和管网简化的城市内涝近实时模拟

Frequent urban flooding has influenced seriously the urban systems and became hotspot. Existing urban flooding models can't satisfy near real-time simulation because of its low efficiency. This research will give suitable spatial resolution and elevation precision according to research scale based on analysis of their influences on simulation results, use routing algorithm to simulate overland flow instead of two-dimensional model on the basis of comparison of deterministic algorithm and random algorithm, and build the relationship between research scale and simplification measures based on the analysis of its influence on simulation results. Research findings would provide urban management department decision support on dealing with urban flooding and real-time traffic control. Findings could also be applied to construction and transformation of sewer network, site selection analysis of infrastructures and risk assessment of property insurance, which are of great practical significance and value.

频繁发生的内涝现象对城市系统的正常运行产生了严重影响，是当前社会关注的热点问题，而现有内涝模型的模拟时间长，不能满足近实时模拟和预测的要求。研究将在分析不同空间分辨率和高程精度对内涝模拟效率与准确性影响的基础上建立不同研究尺度（街道、小区和城区）与空间分辨率及高程精度的对应关系；以确定性和随机性路径算法的适用性分析为依据，采用路径算法代替二维模型来模拟地表水流运动；通过分析排水管网简化措施及其简化程度对模拟准确性和运行时间的影响，建立不同研究尺度与简化措施及其简化程度的对应关系。研究成果能够为城市管理部门提供内涝应急处置的决策支持，为内涝期间的实时交通疏导提供依据，也可用于排水管网的新建与改造、基础设施的选址分析以及财产保险的风险评估等，具有重要的现实意义和应用价值。

在全球变暖和快速城市化背景下，城市内涝问题日益凸显，对城市运行造成了严重影响。研究分析内涝致灾机理是防治内涝的理论基础，研发可用技术方法与软件工具是排水防涝工作的重要支撑。本项目以广州市为研究对象，采集了典型区域的激光雷达地形数据、排水管网和道路水系等基础数据，并建设了城市内涝无线监控系统，实时采集内涝频发点的降雨量、积水深度和监控视频。在此基础上构建了典型区域的SWMM模型，根据经过验证模型的分析，降雨强度变化比不透水率变化对内涝溢流总体积的影响更大；此外，用内涝事件的最大积水深度进行模型校验，其模拟精度弱于用积水过程校准的模型，但二者精度差异在可接受范围内，说明调查水深数据可用于内涝模型校验。针对当前排水设计中常用雨型低估径流峰值的问题，提出一种改进的暴雨雨型设计方法。模拟结果表明改进后的Huff雨型对径流峰值的估计更接近实测值，与实际暴雨事件的降雨过程和积水过程的拟合效果最好，计算和应用也较为简便。从市域尺度研究广州市多年内涝灾害的演变过程；揭示了受多因子共同作用的城市内涝灾害在广州市从2009年到2015年间呈现波动减缓的趋势，其中波动部分由降雨控制，减缓趋势则主要来自于排水改造工程的贡献；并进一步指出内涝热点移变是进行内涝治理时需要统筹考虑的重要一点。该成果的研究结论可为国内城市的内涝治理政策制定提供依据，具有较好的应用价值。