顾及复杂地表信息的城市暴雨内涝情景模拟研究

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城市化进程导致的城市暴雨内涝灾害已经成为亟需解决的城市顽疾。因此,准确、快速地模拟不同暴雨情景下城市洪水淹没范围、积水深度等信息,对于及时、有效地辅助政府决策、减少城市内涝灾害损失具有重要意义。本研究在高分辨率遥感影像、高精度DEM和排水管网等多源数据支持下,首先,通过改进顾及复杂城市地形的汇水区划分方法,提高子汇水区划分合理性;然后,通过耦合一维(基于SWMM的精细化产汇流模型)和二维(顾及复杂地表的积水扩散模型)水文水动力模型,构建顾及复杂地表信息的城市暴雨内涝耦合模型(Urban Rainstorm Flooding Coupling model considering complex Surface,URFCS),该模型充分发挥了SWMM模型在小尺度暴雨内涝模拟中的精度优势,并且克服其无法模拟二维地表积水扩散的缺陷,从而实现积水面积和深度信息的准确模拟;最后,以暴雨内涝频发的浙江省海宁市为研究区,通过多场次历史暴雨事件对URFCS模型进行实例验证。在此基础上,开展不同重现期下暴雨内涝情景模拟研究。研究结果表明:(1)顾及复杂城市地形的汇水区划分方法充分考虑了城市地形起伏以及排水管网对水文过程的影响,提高了汇水区划分的合理性,更加适用于SWMM模型的输入规则,有效提高了SWMM模型输入参数的精度。同时,URFCS模型解决了SWMM模型无法模拟二维地表积水的缺陷,通过顾及复杂地表的积水扩散模拟方法,将SWMM模型得到的一维溢流量转化为二维积水面积和深度。(2)三次历史暴雨事件(20180620、20180803和20180820)模拟结果显示,积水深度与实测深度的相关系数分别为0.88、0.83和0.85,模拟精度较高,表明URFCS模型可以准确模拟城市内涝积水信息。(3)在5、10、20和50年的暴雨重现期情景下,研究区最大积水深度分别从158 cm显著增加至322 cm,最大淹没面积从2904 m~2增加至7330 m~2,说明降雨量对于积水程度具有显著影响。同时情景模拟结果显示,研究区内海宁大道、三水公园和老居民区等3处区域最易发生严重积水。URFCS模型适用于小尺度城市区域暴雨内涝模拟,有助于详细了解暴雨径流和洪水淹没过程,为城市内涝模拟与预测研究提供了新思路。
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