城市化對暴雨洪澇的放大效應及城市雨洪模型研究

《城市化對暴雨洪澇的放大效應及城市雨洪模型研究》是依託武漢大學，由宋星原擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：城市化對暴雨洪澇的放大效應及城市雨洪模型研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：宋星原
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

針對快速城市化造成的脆弱城市，及其面臨日益頻繁的暴雨洪澇災害，以城市雨島、硬化地面、下水管網和渠化河道為研究對象，通過試驗場對比試驗和數值模型研究，從降雨、產流和匯流三個方面揭示城市化對暴雨洪澇的放大效應。在該效應研究的基礎上，利用雷達和數字天氣預報研究城市降雨不均勻分布和過程，利用遙感聚類和多因素相關分析方法研究下墊面和產流參數之間的關係，利用對比試驗和機理分析研究城市排水體系的匯流參數，分別得到降雨模型、產流模型和匯流模型，並耦合構建適應我國城市進程的城市雨洪模型。最後，選擇南岸為原生態區，北岸為老城區的湖北省武漢市墨水湖區域作為典型研究區，利用該模型對其暴雨洪澇過程進行模擬套用和對比研究，為城市的暴雨洪澇災害的應急管理、城市管網排水能力設計和土地利用規劃提供技術支撐。

結題摘要

城市化的快速發展對城市地區的水文循環規律造成很大影響，城市暴雨洪澇災害已成為我國城市發展面臨的嚴峻水問題之一。以武漢市為研究區域，運用統計學手段和不透水面積提取方法分析了城市雨洪放大效應驅動因子的演變規律，利用遙感影像和地理信息系統分析技術構建了分散式城市雨洪數值模型，通過該數值模型結合徑流實驗場對比實驗研究，從降雨、產流和匯流三個方面揭示城市化對暴雨洪澇的放大效應，項目的主要研究工作包括： （1）從降雨、產流和匯流三個方面凝練出城市雨洪的放大效應驅動因子：降雨強度、不透水面積比例和排水管道密度。 （2）構建了基於遙感數據和地理信息系統技術的分散式城市雨洪模型。模型根據柵格的覆蓋類型，其產流過程選擇樹木冠層截留、蒸散發、土壤下滲、地表產流等水文過程的不同組合；匯流包括建築物的非線性水庫匯流、地表二維水動力坡面匯流和地下管網一維水動力匯流，形成“屋頂-地面-管網”的匯流模組。 （3）選取漢陽十里舖匯水區為計算區域，利用遙感數據處理得到模型輸入需要的數據，對構建的分散式雨洪模型進行了率定和驗證，模擬結果表明，模型在十里舖匯水區模擬性能良好，率定期和驗證期的平均Nash-Sutcliffe效率係數分別為0.78和0.67。 （4）在武漢大學降雨徑流實驗場進行人工降雨徑流實驗以及對實驗場建立數學模型，進行多種情景分析模擬，結果表明，當雨強一定時，不透水面積比例與徑流係數放大倍數、洪峰放大倍數呈拋物線增長關係；排水管道密度與洪峰放大倍數呈線性增長關係；雨強則與徑流係數放大倍數、洪峰放大倍數呈冪函式關係。 （5）將回響函式推廣套用到武漢市主城區，結果表明， 2011年的洪水徑流係數較1991年放大了1.36倍，洪峰則放大了1.83倍。 構建一個基於遙感數據和地理信息系統的分散式城市雨洪模型，研究城市水文過程模擬以及城市雨洪放大效應具有十分重要的科學意義和套用價值。旨在為城市的暴雨洪澇災害的應急管理、城市管網排水能力設計和土地利用規劃提供技術支撐。