东莞城市内涝预报预警V10

1、中山大学水灾害管理与水利信息化实验室中山大学水灾害管理与水利信息化实验室20152015年年1 1月月1515日日 中国中国 南京南京一、概述一、概述二、多普勒雷达降雨定量探测二、多普勒雷达降雨定量探测三、分布式城市内涝预报模型三、分布式城市内涝预报模型四四、东莞城区内涝模型与模拟东莞城区内涝模型与模拟五、城市内涝预警评价方法五、城市内涝预警评价方法六、东莞城区内涝预报预警系统开发六、东莞城区内涝预报预警系统开发七、总结七、总结p 形成了系列的代表性城市群，如珠江三角洲城市群、长江三角洲形成了系列的代表性城市群，如珠江三角洲城市群、长江三角洲城市群、环渤海湾城市群城市群、环渤海湾城市群,等；等

2、；p 20102010年第六次全国人口普查数据显示，截至年第六次全国人口普查数据显示，截至20102010年年1111月月1 1日，我国日，我国城镇人口占总人口的城镇人口占总人口的49.68%49.68%，其中，珠江三角洲城市群城市化率，其中，珠江三角洲城市群城市化率超过超过80%80%我国在过去几十年中经历了一个快速的城市发展时期我国在过去几十年中经历了一个快速的城市发展时期 珠江三角洲城市群珠江三角洲城市群与京津冀、长江三角洲城市群被列为东部东部地区城地区城市群市群。国家新型城镇化规划（国家新型城镇化规划（20142020年）：年）：2014年年3月月16日发布日发布据中国政府网东部地区城

3、市化走在全国前面东部地区城市化走在全国前面2014年珠江三角洲城市群城市内涝年珠江三角洲城市群城市内涝20142014年年5 5月月1111日日深圳发生严重内涝深圳发生严重内涝 全市42条道路因积水导致交通中断或严重拥堵 400余条线路共5458辆公交车辆停运 直接经济损失约8000万元（据中国广播网）2014年珠江三角洲城市群城市内涝年珠江三角洲城市群城市内涝20142014年年5 5月月1717日日惠州发生严重内涝惠州发生严重内涝 （据中新网、CCTV截图）珠江三角洲城市群中的广州市内涝特别严重珠江三角洲城市群中的广州市内涝特别严重2013年7月15日，暴雨让广州市区内十余个路段出现水浸，

4、广州大道半小时内积水超过50厘米，沿途商户损失惨重；2012年4月14日，广州市10多处出现较大的局部积水和涝情，市区11个路段堵塞，一度交通瘫痪，受阻近三个小时；2011年7月17日，强降水使广州市中心城区28处出现短时积水或涝情。2010年4月下旬到5月上旬不到一个月的时间里，广州市内涝不断，仅5月7日的一场内涝就使广州城内1万多辆汽车被淹，直接经济损失超过人民币1亿元；2009年3月广州市内涝，全城交通大堵塞；年度年度内涝次数内涝次数20031200422005120061200712008320092201052011620127珠三珠三角城市内涝严重角城市内涝严重广州广州岗顶岗顶(2

5、009.6.3)珠三角城市内涝严重珠三角城市内涝严重城城市市交交通通严严重重受受阻阻珠三角城市内涝严重珠三角城市内涝严重东莞市东莞市金牛横路一杂货店金牛横路一杂货店成了水塘成了水塘珠三珠三角城市内涝实景角城市内涝实景东莞某东莞某居民区居民区一片汪洋一片汪洋东莞东莞 门前筑坝门前筑坝国内其它城市内涝增加国内其它城市内涝增加 北京：北京： 2012年7月21日洪涝灾害，受灾面积16000平方公里，受灾人口190万人，79人死亡，163处不可移动文物不同程度受损，经济损失共约116.4亿元； 武汉武汉：1998年7月遭受暴雨成为水城之后，每年都投入数亿元进行排水系统改善，2004、2011年水淹全城

6、灾害又再度重演； 上海上海：2013年10月，2001年8月、2005年8月，受台风暴雨的影响，上海城区发生严重内涝； 南京南京：2003年7月5日、2006年7月20日，遭受暴雨袭击，城区变成一片水城； 济南济南：2007年7月18日突降大暴雨，发生严重的内涝。 原理： 利用微波的反射现象来对目标进行探测。 方法：接收到的回波信号的强度，反映了雨强的大小电磁波在雷达与雨滴之间传播所需要的时间，反映了雨滴的位置通过回波强度与接受回波时间，进行降雨的定点、定量探测。地表划分地表划分与汇流网与汇流网络子模型络子模型降雨估算降雨估算子模型子模型产流计算产流计算子模型子模型汇流计算汇流计算子模型子模型

7、径流耦合径流耦合子模型子模型内涝淹没内涝淹没子模型子模型建筑物绿地公共空间道路湖泊河涌有一定高度和较大面积的各类建筑物，包括工厂、办公楼和住宅区等，大片平地上的小型建筑不单独划分公共空间指高程与地面相同或相近但属敞开式的公共空间，表面不透水且有一定的面积，如休闲广场、运动场等，面积太小的不单独划分，可包括在其周边的地物中道路为人工铺设的机动车道，路面不透水，可进一步分成一级、二级和三级道路湖泊指具有调蓄能力的水面，包括天然和人工湖泊河涌为城市区域内具有排水能力的天然或人工排水明渠，已经被覆盖的河道处理为地下排水管道绿地为由植被覆盖的，其上没有或只有较少量的建筑物或不透水面、具较大面积的地块，如

8、公共绿地、公园等技术关键技术关键城市内涝模型城市内涝模型结构结构 基于基于遥感影像的城市下遥感影像的城市下垫面特征参数提取垫面特征参数提取技术关键技术关键地表汇流网络指径流在地物上汇流的通道，包括计算单元内的汇流网络，称为单元汇流网络，和计算单元内的径流进入道路后沿道路的汇流网络，称为路面汇流网络。路面在充当地面汇流网络时，视作矩形河道，路面的宽度为河宽，路面的坡度为河道底坡，道路的长度为河道长度。不同的汇流网络，采用不同的汇流计算方法。地表汇流网络的提取与地表划分同步进行。技术关键技术关键n地下汇流网络：p地下排水管网（包括沟渠和已加盖河涌）p河涌和深层排蓄水隧道n 提出一个“逆流向上”的确

9、定地下汇流网络的方法技术关键技术关键n 水量交换点水量交换点即地表汇流网络和地下汇流网络产生水量交换的地点，主要就是收水口。n 将几个收水口合成为一个，称为计算收水口计算收水口，其收水能力为各个收水口的收水能力之和。根据河道的长度，对于较长的河道，也可设若干个收水口，以考虑城市空间的特征变化。n 湖泊湖泊处理为特殊的水量交换点，它有调蓄能力。水流进入后并不马上排入地下排水系统，而是暂时蓄存在水量交换点，起到调蓄内涝径流的作用。技术关键技术关键技术关键技术关键 灰色屋顶、公共空间、道路、河涌和湖泊不透水面产流不透水面产流 蓄满产流 地下径流 地表径流透水面产流透水面产流绿色屋顶产流绿色屋顶产流技

10、术关键技术关键p二维汇流 建筑物影响下的二维汇流计算方法容积率系数法p一维汇流Pressmann提出“明管缝”（Open Slot）的方法p屋顶汇流绿色屋顶的汇流按照水箱出流计算技术关键技术关键深层排深层排水系统水系统地表径地表径流、管流、管网径流网径流地表地表径流径流排涝排涝泵站泵站技术关键技术关键5）逐时段进行内涝淹没计算，就可得到整个暴雨期间易涝点的淹没过程，即淹没点及其）逐时段进行内涝淹没计算，就可得到整个暴雨期间易涝点的淹没过程，即淹没点及其水深的变化过程。水深的变化过程。4）计算确定易涝点的时段末蓄水量，根据蓄水量）计算确定易涝点的时段末蓄水量，根据蓄水量-水深关系曲线，确定淹没的

11、单元及相水深关系曲线，确定淹没的单元及相应的积水深度；应的积水深度；3）计算水量交换通量）计算水量交换通量2）计算进入易涝点的水量，包括本地的地面径流量和其它区域通过路面汇流进入的水量；）计算进入易涝点的水量，包括本地的地面径流量和其它区域通过路面汇流进入的水量；1）降雨开始）降雨开始，启动内涝模型的产汇流计算子模型开展产汇流计算；启动内涝模型的产汇流计算子模型开展产汇流计算；技术关键技术关键城市内涝预报预警与动态风险图绘制城市内涝预报预警与动态风险图绘制技术关键技术关键 东莞市城区信息概化东莞市暴雨内涝模型以东莞城区为研究范围，面积218km2。根据东莞市的地形、地貌特点，将城区划分成28个

12、排水分区。全部计算区域共划分3350个不规则网格，陆地通道6712个，连续堤通道424个，特殊通道225个，特殊通道节点240个。 东莞市排水分区划分图：28个排水分区 3350个不规则网格，陆地通道6712个，连续堤通道424个，特殊通道225个，特殊通道节点240个2006年7月16日内涝，雷达测雨2008年6.13暴雨内涝，雨量站测雨结果对比表目前国内仅有少数城市有专门的内涝预警评价方法单指标法：根据降雨确定预警等级主成分分析法：根据城市内涝现状及降雨中的主要因素确定预警等级评价指标单一，精细度较低本项目提出一个模糊综合评价法采用DPSIR模型，确定评价指标体系采用模糊综合评价法确定综合

13、评价系数根据综合评价系数确定预警级别采用驱动力-压力-状态-影响-反应模型 （DPSIR模型），对评价指标进行选择。评价指标分成五个方面驱动力压力状态影响反应驱动力定义为推动城市水灾害发生的指标，是促使城市水灾害发生的最原始、最关键的推动力，推荐采用降雨和外江水位两个指标来表示降雨指标：当前时间连续3小时累积降雨量或考虑降雨临近预报最大连续3小时累积降雨量压力与驱动力一起，引起洪水灾害损失的发生。与驱动力的效果有类似的作用，有时也难以区分，但一般将更直接的 “外力”作为驱动力，间接的“外力”作为压力推荐两个指标来表示压力当前的外江水位预报的未来0-3小时的外江水位状态指在压力的作用下，系统所处

14、的状态，状态指标应该描述系统的物理特征，并使洪水灾害损失发生，推荐两个指标来表示当前水深，或0-3小时预报水深当前流速，或0-3小时预报流速影响即是驱动力，压力对系统产生的影响，即引起的系统的变化，并且是与产生洪水灾害损失相关的指标，推荐以洪水灾害损失状态表示，采用灾度指标表示，可分4级，分别为安全：尚未发生洪水灾害轻度受灾：居民出行不便，交通不畅中度受灾：已有淹没损失发生，但没有人员伤亡重度受灾：淹没损失惨重，有人员伤亡响应是指对城市防汛所采取的应对措施，是一个定性的描述，不易量化，从下述几方面加以考虑是否采取了抢险措施，抢险人员到位否现行排水系统是否正常，是否有因城市建设而引起排水系统排水

15、能力临时减小是否有健全的避险措施，居民是否有避险意识及方法响应指标是定性的，可根据城市现状，推荐采用4级效率系数表示按四级划分，针对东莞情况，推荐如下的阀值划分标准3小时累积降雨量 33333050,50100100150150nnnnmmPmmmmPmmmmPmmPmm级，级，级，级按四级划分，针对东莞情况，推荐如下的阀值划分标准外江水位()nfZZZZ超正常或1030,305050100100cmZcmcmZcmcmZcmZcm超超超超级，级，级，级按四级划分，针对东莞情况，推荐如下的阀值划分标准淹没水深 2050,50100100200200nnnncmHcmcmHcmcmHcmHcm级

16、，级，级，级按四级划分，针对东莞情况，推荐如下的阀值划分标准灾度112233，基本安全，级，轻度受灾，级，中度受灾，级，重度受灾，级按四级划分，针对东莞情况，推荐如下的阀值划分标准管理效率 0.80.80.30.50.3，高效，级0.5，中效，级，弱效，级，低效，级1）第一级即 j=1时，其隶属函数为： 式中： xi-第i个指标的值；Dij-第i个指标第j级的阈值；Di(j+1)第i个指标第j+1级的阈值。(1)(1)(1)(1)1,0,iijii jijijii jiji jii jxDxDyDxDDDxD2）第二、三级即 j=2,3时，其隶属函数为：式中： Di(j+1) -第i个指标第j

17、-1级的阈值；其余符号意义同上。(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)1,ii jii ji jiijijiji jii jijii jiji jxDxDDxDyDDxDDxDDD3）第四级即 j=4时，其隶属函数为： 式中符号意义同上。(1)(1)(1)(1)1,0,iijii jiji jiijiji jii jxDxDyDxDDDxD设有m个评价指标ui，i=1,2,4，记为U=u1,u2, u3, u4，u5。每个评价指标的权重系数为W=w1,w2,w3,w4,w5，且有0wi1。对每个评价指标，分成4级，得到一个评价指标集Vi=vi1,vi2,vi3,vi4评价指标ui在评价集v

18、j上存在着一个模糊隶属度rij，rij可简单理解为评价指标ui属于第j分级的可能性，类似于数理统计中概率的概念，但物理意义不同得到一个评判矩阵R如下 mnmmnnrrrrrrrrrR212222111211评价结果B=（b1,b2, b3, b4）可以通过下列模糊变换得到 B=WR根据矩阵运算法则，bj可通过下式计算 m1in1,2,.,j ijijrwb评价结果分为4级：级、级、级和级响应bj值的物理意义： bj值越大，启动该级别预警的可能性越高主要根据评价结果bj值的大小确定预警级别，原则上是bj值大的预警级别优先启动结果不是一个确定的值，是一个模糊的概念 东莞市城区内涝监测预警系统以新一代天气雷达为主要测报手段，以城市内涝模型为核心，以GIS平台为