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极端强降雨情境模拟下的洪涝灾害影响分析

发布于:2023-05-03 00:08:03 来自:水利工程/防汛抗旱 [复制转发]

导 读    
在全球气候变暖的背景下,极端天气气候事件多发频发,暴雨引发的洪涝等自然灾害易发高发,洪涝灾害治理面临重大挑战。同时城镇化进程改变了原有下垫面条件,使得降雨、入渗、径流等水文过程发生了巨大变化,引发一系列洪涝灾害等问题。面对极端天气新背景及其引发的洪涝灾害治理新常态,我们选取威海市区河流,通过建立水文与水力学数学模型,对极端强降雨情境下洪涝灾害影响进行分析研究,并探讨洪涝灾害影响分析的应用场景。      


城镇开发前后下垫面变化示意  

本文以威海市石家河流域为例,重点对下游河段(成大路至入海口)洪水漫溢情况进行模拟分析。石家河位于威海市环翠行政区东部,全长约28.4公里,流域面积204平方公里,流域内建有2座中型水库,分别为所前泊水库、泊于水库。


石家河流域主要水系分布

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边界条件    
本次模拟采用InfoWorks ICM(城市综合流域排水模型软件),构建防洪排涝设施与地形耦合的数学模型,分析研究洪水漫堤影响范围及相应标高。
◆设计雨型:郑州“7.20”特大暴雨引发严重洪涝灾害,此后多地对此次灾情进行复盘分析,本次模拟采用其最大24小时降雨过程作为极端强降雨设计雨型。



郑州“7.20”特大暴雨24小时逐小时降水量
注:数据来源于国家气象科学数据中心
◆上游流量:按照泊于水库100年一遇泄流量进行计算

◆潮水位:考虑最大潮水位2.05米(85高程系)

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模拟成果


模拟视频  

经模拟分析,遭遇极端强降雨时,受上游水库泄洪量增加及下游高潮位顶托的双重影响,本次模拟河段发生洪水漫堤情况,淹没范围面积约190.8公顷(模拟区域总面积为357.1公顷),沿河低洼区域最大水深均超过2.0米,河道右岸村庄南部存在积水情况。由于周边市政道路已按50年一遇防洪标准进行建设,并考虑了安全超高,未出现洪水淹没两侧建设用地的情况。

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研究结论

本次极端强降雨情境下的洪涝灾害影响分析,对于分析研究河道两侧场地竖向、土地利用及周边区域城市功能具有一定的技术支撑意义。   基于以洪涝影响范围为底线,规划建议统筹石家河下游滨水空间的生态修复,在相应防洪标准的基础上,考虑极端强降雨情景,预留和划定生态泛洪区,进行合理利用和开发,并采用生态治理措施,实现蓝绿空间的有机融合。    
 


洪涝灾害影响分析的核心为水文、水力学数学模型,其作为洪涝灾害预警体系的重要组成部分,为相关灾害治理提供重要的决策支撑。可以在以下三个场景拓展应用:

场景1:分析评估洪涝灾害对城镇用地空间布局及竖向的影响。

结合威海中心城区水系“源短流急,流域较小”的特征,可基于高精度DEM或激光点云等资料,以流域为单元重点分析评估雨洪行泄通道,按照相应的设防标准,考虑极端强降雨的情况,预留防洪排涝设施空间,优化滨水空间用地布局;分析研究洪涝灾害的影响范围,分级划定洪涝灾害风险区,依此统筹安排用地空间布局和竖向,可向洪涝灾害保险评估提供重要参考。


场景2:分析评估建设项目对防洪排涝设施的影响。
分析评估建设项目可能对周边防洪排涝设施产生的影响,可有效避免项目建设可能带来的洪涝风险。例如北京市要求相关建设项目应进行“水影响评价”,在内涝影响方面提出严格的限制性条款,作为项目建设的前置条件,发挥洪涝灾害相关评价在规划建设中的约束及引导作用。


场景3:助力构建洪涝灾害预警体系,增强“城市大脑”应急处置能力。

《“十四五”国家综合防灾减灾规划》要求积极推进自然灾害防治体系和防治能力现代化,提出建设灾害综合监测预警系统、强化灾害预警和应急响应联动机制等内容,目前水利部已着手构建“预报、预警、预案、预演”智慧体系(简称“四预体系”)。其中“预警”需要加强数字孪生、大数据、人工智能等新一代信息技术与洪涝灾害防治的深度融合,建立数字孪生流域等智能模型,依据“空天地”多维一体水文感知网络“预报”,对可能发生的洪涝灾害影响情况进行模拟分析,为洪涝灾害治理及相关应急事件处置提供决策依据。随着防洪排涝体系的不断完善,“四预体系”与各地数字孪生城市或CIM平台相融合,增强“城市大脑”的应急处置能力。

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