基于SWMM-VIKOR的武汉市片区内涝风险评估.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月武 汉理工大学学报(信息与管理工程版)().文章编号:()文献标志码:基于 的武汉市片区内涝风险评估刘星星王若瑜杨 青毛韩璐郑崇伟(.武汉理工大学 安全科学与应急管理学院湖北 武汉.海军大连舰艇学院辽宁 大连)摘 要:全球气候变化不断极端天气增多为对城市洪涝灾害开展科学防控工作减缓洪涝灾害对我国城市的影响以武汉市某区域为研究对象通过水文分析运用 模型对排水管网进行精细化、全面化建模研究洪涝灾害下城市排水管网的受灾情况得到某重现期降雨条件下管网节点内涝积水状态并据此使用 方法进行城市区域风险评估 结果表明基于 模型的城市典型洪水模拟能较好反映城区复杂的地面状况演算地下管网与
2、道路坡面水流数据可为城区的防洪排涝提供技术支持关键词:城市内涝风险评估排水管网中图分类号:./.收稿日期:.作者简介:刘星星()男副教授研究方向为复杂系统智能管理.通讯作者:杨青()男教授研究方向为危机复杂系统智能管理、绿色城市复杂系统智能管理、创新 创投 创业复杂系统智能管理.基金项目:国家大学生创新创业训练计划资助项目().从高温热浪、暴雨洪灾到飓风山火、极端寒流全球极端天气事件发生的频率持续增加 世界气 象 组 织()在 年 月发布的报告显示在过去的半个世纪中平均每天都在发生一场与天气、气候或水患有关的灾害平均每天造成 人死亡和.亿美元的损失 我国洪涝灾害对人民生命财产造成的危害损失仅次
3、于地震 随着城镇化率的不断提高城市内涝、暴雨内涝对城市运转和居民生活都产生了严重的影响 城市排水系统是城市水污染防治和城市排渍防涝、防洪的骨干工程担负着收集城市生活和工业生产等污水、及时排除城区内雨水和流经市区雨水的任务 作为千万级人口的大城市武汉市处在中国南北气候过渡带暴雨灾害频繁发生 因此其城巿发展对排水系统有着更高的要求在规划城市排水系统的过程中详细模拟降雨条件下排水系统的动态情景可以有效评估规划方案对城市水环境的影响从而为规划方案的调整和优化提供理论性指导 在此背景下对洪涝灾害城市排水管网的受灾现象进行研究对特定区域排水管网进行精细化、全面化建模得到特定重现期下管网节点的积水内涝状况并
4、据此进行合理的风险评估城市洪涝灾害风险评估是由孕灾因子、致灾因子、承灾因子和洪涝灾情共同组合成的复杂地球表层异变系统 目前对于城市洪涝灾害风险评估已经有了很多成果大致可以分为两类:使用、等方法构建雨洪模拟图形成规范的可视化城市洪涝推演评估模型 如谢五三等以社会经济统计资料和历史灾情资料为基础根据流域内小时降水雨型分布将不同重现期致洪面雨量、系数等数据代入 模型进行洪水淹没模拟得到不同重现期下洪水淹没图建立中小河流域暴雨洪涝灾害风险区划冉小青等对研究区域进行概化、率定及验证后运用 模型模拟不同重现期径流过程设计降雨条件下道路出口的径流过程分析下凹式绿地、透水砖和透水路面 种典型海绵措施组合方案的
5、雨洪控制效果 张士官等基于雨洪模型 模拟某老城区雨水管网现状分析检查井节点溢流与管网荷载状况分别提出传统改造方案、改变下垫面性质及与海绵理念相结合方案 刘春春等在 模型中分别构建了传统的集总模式和以、流域水系为子流域划分依据的半分布模式模拟不同重现期下流域的径流过程得出暴雨过程变化幅度曲线为当地水利部门防洪调度提供一定的参考依据 王嘉仪等将 模型和 相结合利用水文分析能力和人工修正的方法深入研究子汇水区长度、平均坡度和不透水面积 朱呈浩等以 模型为基础建立了西安市沣西新城区洪涝过程模型对降雨情景开展洪涝过程及风险评估研究 等采用 和 对 市的 耦合排水系统进行设计将城市排水系统分为常规系统和低
6、影响开发()排水系统并研究模型性能发现雨水收集在高度城市化地区效果较好而透水路面在中等城市化地区效果较好 基于 等方法构建量化评估模型 如周铭毅等选取 个城市洪涝灾害韧性评估指标采用熵权法和 方法构建评估模型对广东省 个地级市的洪涝灾害韧性进行评估 等使用水动力学模型模拟暴雨情境下上海中心城区多种地面径流和洪涝场景提出合理算法与指标以计算道路影响和评估风险得出暴雨洪涝对城市道路风险的影响呈一定比例关系为城市管网的智慧管理提供更详细的洪涝信息 等改进多准则决策方法将区间数集成到模糊层次分析过程中结合地理信息系统评估香港多种灾害(如洪水、泥石流和滑坡)的风险 模糊层次分析模型在城市应急能力评估中应
7、用广泛张翠英等从洪水灾害防治角度研究城市在面对灾害时的应急管理能力提出 个评价指标运用 法构建城市应急能力评价指标结构体系提出提升城市应对洪水灾害管理的对策为得出研究区域排水管网不同节点城市内涝等级并进一步对区域进行风险评估分析笔者运用 对区域进行水分分析和概化划分子汇水区计算子汇水区的坡度、宽度等数据信息再将处理后的图导入 模型建模模拟重现期为 年的暴雨条件下节点的溢流情况以此界定城市规划内涝级别并运用 方法对易发生内涝的节点进行评估得到风险分析结果 研究区域选择武汉市位于 地属华中腹地、长江中游全市土地面积约 四季分明降雨充足夏季高温冬季寒冷全年日照约 年均降水量约.年均蒸发量约.研究选定
8、特定区域洪涝灾害下城市排水管网如图 所示该区域北邻东湖、南邻南湖西部轮廓线由城市主干道确定东部轮廓线由陆地形状决定 最终选取研究区域为.区域总面积约.海拔最高处约.最低处约.区域内包含省政府、火车站等重要地点是商业、教育、交通和行政一体化综合区域图 研究区域选择 模型应用.研究区域概化暴雨洪水管理模型()是一个动态的降水 径流模拟模型主要用于模拟城市降水事件中或长期的水量和水质模拟 该模型按照水文水力要求将城市排水管网概化为管线、节点和子汇水区在计算时用下渗曲线法和 方法计算地表产流用非线性水库原理模拟地表汇流用圣维南方程组求解管网水流过程先利用 对研究区域进行水文分析结果如图 所示 然后将水
9、文分析所得河网分级与地图测量所得雨水井位置相结合仅保留主要管段在贴近实际情况的前提下简化研究区域排水管线 将河网分级与管网管径、管长和标高相结合把排水管网划分成 个管道和 个雨水井 因研究区域内无直接出水口区域周围存在湖泊、河流等故在区域外围设置 处出水口得到管网节点概化图如图 所示 将处理后的管网图导入 模型建模研究区域内管段连接多为一进一出、一进两出和两进一出经过概化处理的管网与实际管网分布基本吻合.子汇水区划分子汇水区指地表径流或其他物质聚集到相同第 卷 第 期刘星星等:基于 的武汉市片区内涝风险评估图 水文分析成果图 节点概化图出水口的过程中所流经的地表区域 作为暴雨雨水管理基础对研究
10、区域的子汇水区进行合理划分十分重要 子汇水区的界定方式分为人工划分法、泰森多边形法和地形数据界定法 类 依据子汇水区定义、研究分析现实需求和水文模型构建的合理性采用泰森多边形法将研究区域划分成 个子汇水区利用人工划分法进行微调所得结果如图 所示.模型参数设置()确定子汇水区不透水率 基于地表空间图 子汇水区示意图的特征差异性 模型将子汇水区分为透水区、蓄水和无蓄水不透水区因此不透水率的选择影响到 暴雨洪涝分析模型的建立 根据武汉市用地规划情况和实地调研结果所选研究区域内 为居住用地 为商业金融用地为教育科研用地为公园绿地等用地 通过土壤相关资料可知城市居民用地的不透水率范围为 取 城市商业用地
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