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基于城市水文模型模拟的暴雨积涝灾害风险预警研究

暴雨积涝风险阈值；城市水文模型；城市积涝

本文提出在城市水文模型基础上发展城市暴雨积涝风险预警及预报应用。水文模型以土地利用及土地覆盖分类（透水及不透水地表组成）及格点化城市管网排水能力为主要输入参数，以雷达反演及外推雨量（QPEs及QPFs）为强迫，模拟城市地表水反应过程及水动力过程。水动力模型以二维浅水方程为基础，用变向隐式法（ADI）分别在x轴和y轴方向上分两步求解差分方程。此演算方法具回水效应，间接实现了径流路径搜索的多重路径寻向，还原城市地表径流紊流、分流及散流较多的状况。实例应用分别以在线及脱线方式做了基于城市水文模型的模拟及检验分析。在线模式的研究以北京2012年“7.21”暴雨为个例，用雷达定量降水估计（QPEs）强迫到城市水文模型中演算网格积水深度， 模拟“7.21”暴雨积涝情景，发现模拟结果基本反映当天的积水及积涝发生情况。而脱线模式的模拟则侧重计算城市地区不同风险等级暴雨积涝的临界雨量值（风险阈值），尤其是积涝易发点的风险阈值。研究推导出北京地区49个积涝易发点积水深度达到0.2m、0.5m、0.8m及1.2m时的1h、3h及6h的临界雨量，并以此作为北京地区暴雨积涝“蓝黄橙红”四个预警等级的划定标准。临界雨量值划定为预报员的预警信息发布提供了重要参考依据，便于其灵活方便地做出积涝灾害的风险预警及预报。研究为短临预报系统与城市水文模型的联合开发并有效地应用于城市暴雨积涝的预警及预报探索了一条可行的运行模式及服务方式，尤其在方便预警及预报服务操作、数据处理的便捷性及计算资源的合理分配等方面做了一定的设想和尝试。