城市洪水风险图编制方法与技术.pptx

城市洪水风险图编制方法与技术,李 娜 水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心 中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究所,二〇一二年十一月 中国深圳,洪水风险图,洪水风险图是反映洪水风险大小的地图，是一种有效的非工程措施,洪水灾害风险公示 调整土地利用规划 实施洪水管理的基础 调整城市规划 指导城市防洪排涝规划 开展洪水保险的依据,,洪泛区管理和洪水保险（美国）,,危险区划(瑞士、法国等)红区：高危险— 禁止开发区蓝区：中危险— 限制开发区黄区：低危险— 警示区,日本福山市洪水避难地图,避难所,开敞避难点,道路易积水点,泥石流危险区,警察署,日本福山市海啸风暴潮风险图,福山市洪水避难地图宣传手册,发达国家风险图特点,起步较早 法规健全 标准完善 技术先进 应用广泛 投资充足,美国自上世纪50年代开始风险图编制,美国在《防洪法》、《洪水保险法》等法律法规中明确要求制作风险图,美国、日本、欧洲等已形成完备的风险图编制技术规范和标准,水力学模型、GIS技术、网络技术等得到广泛应用,风险图已被广泛应用于洪水保险、洪水避难、土地利用管理、公众风险意识提高等方面,美国联邦政府投入约20亿美元用于风险图编制与更新，单价约为4000-6000美元/km2,上海市世博园区洪水风险图—暴雨积水,上海市洪水风险图-暴雨积水及撤离安排,济南市洪水风险图—道路积水,佛山市内涝预警系统--禅城区内涝积水风险图绘制,2008年6月-2011年5月，全国洪水风险图编制（一期）,2005年，36个区域开展了洪水风险图编制试点,全国洪水风险图,《洪水风险图编制导则》,洪水风险分析软件,洪水风险图绘制和管理系统,20个试点区域洪水风险图,2011年8月，全国洪水风险图编制试点（二期）,,,,,洪水风险分析,,洪水模拟,洪灾损失评估,,关键技术,城市暴雨洪水风险分析方法,水文学模型,水力学模型,GIS数字地形技术分析方法,无法反映区域内各处水力要素值的差异和变化，如淹没水深、流速、淹没历时等,以水体由高向低运动的原理作为计算的基本依据，所提供计算结果仅能反映洪水运动的最后状态，不能详细描述洪水的运动过程。,模拟方法,采用非结构不规则网格对区域进行离散,连续方程：,动量方程：,基本方程,,,,,,,,,,,,,,,,,网格形心处计算水位,网格四周通道上计算流量,有限体积法求解,基本原理,数据前处理,城市洪涝仿真模型,模型结构,读入数据文件,,初始化,核心计算模块,,运行过程监控展示,,,,,,,计算结果输出,主体计算模块,模型运行方式,验证计算,历史降雨过程输入模型,排水管网、闸门、泵站工作状况,运行仿真模型,计算结果后处理，并与实测积水资料对比，修正误差,,,,,,实时监测计算,实时降雨数据输入模型,排水管网、闸门、泵站工作状况,运行仿真模型,计算结果后处理,,,,,,预报计算,预报降雨信息输入模型,设定排水管网、闸门、泵站工作状况,运行仿真模型,计算结果后处理,,,,,,,运行方式,对降雨时空分布不均匀特征的模拟,1,对河道洪水的模拟,2,对地形的模拟,3,对建筑物分布对洪水影响的模拟,4,对土地利用的模拟,5,对阻水建筑物的模拟,6,对防洪工程体系的模拟,7,模型的特点,,模型特点,对排水系统的模拟,8,对城区暴雨顺街行洪的模拟,9,对地下空间的模拟,10,对降雨、外洪、高潮位遭遇的模拟,11,对外部汇流的模拟,12,对洪水漫溢和堤防溃决的模拟,13,模型的特点,,模型特点,对降雨时空分布不均匀特征的模拟,1,模型采用距离加权反比插值法，将离散的雨量站降雨量通过处理，得到模型每个网格形心处的降雨数据,对河道洪水的模拟,2,河道型网格,特殊河道型通道,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,普通节点 特殊型河道节点 河道型通道 特殊型河道通道 阻水型通道（堤防） 特殊型通道的水位计算单元 水流方向,,,,,,,矩形断面,,对地形的模拟,3,模型采用无结构不规则网格对研究区域进行离散，网格布置更为灵活，能更准确地反映计算域的地形特征。,网格高程可由DEM数据或高程点数据自动插值获得,,济南,对建筑物分布对洪水影响的模拟,4,面积修正率,,,,,,对土地利用的模拟,5,网格产流系数,按空间地表的不同情况线性内插，设在基本不透水区域产流系数为0.9，天然植被集水区域为0.5，其余部分按不透水面积比例（即面积修正率）线性内插，其计算基本公式为：,,网格糙率,网格类型,,河道型 湖泊性 普通型,对阻水建筑物的模拟,6,阻水建筑物,,街道 立交路段 铁路 堤防,按堰流公式计算,对防洪工程体系的模拟(堤防和闸门),7,上海,,对排水系统的模拟,8,有详细的排水网管分布和排水能力资料时，地下管网内按一维非恒定流模拟，并与地面二维非恒定流耦合,对排水系统的模拟,8,无详细的排水网管分布和排水能力资料时，按等效的方法将地下排水系统按虚拟的地下水库模拟,济南,雨水设计流量：,济南市 暴雨强度公式：,,对城区暴雨顺街行洪的模拟,9,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,普通节点 特殊河道节点 特殊道路节点 外河河道内通道 特殊河道通道 特殊道路通道 阻水型通道（堤防） 特殊河道通道的水位计算单元 特殊道路通道的水位计算单元,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,城市中的道路作为特殊通道处理,对城区暴雨顺街行洪的模拟,9,北京 道路积水,对城区暴雨顺街行洪的模拟,9,济南 道路流速,对地下空间的模拟,10,对降雨、外洪、高潮位遭遇的模拟,11,作为边界条件处理,对外部汇流的模拟,12,入口边界条件,,9处边界入流 通过水文模型计算,对洪水漫溢和堤防溃决的模拟,13,模型前处理时设置相关参数,,模型运行时实时设置相关参数,,,对洪水漫溢和堤防溃决的模拟,13,黄浦江漫溢,黄浦江溃堤,应用实例,北京,上海,实例1 —北京市城区暴雨积水模拟,研究范围 模型的建立 典型暴雨模拟 设计暴雨方案设定与模拟,研究范围,模型的建立,网格：9640 通道：20094 节点：10455,总面积： 约1000km2 网格平均面积： 约0.1km2,模型的特点,1、考虑降雨分布时空的不均匀型特征 2、改进主要道路积水模拟方法 3、图形化模型计算界面 4、动态显示降雨过程、道路和区域的积水变化过程 5、动态显示模型相关统计参数,“2004.7.10”暴雨模拟,典型暴雨模拟,“2004.07.10”积水模拟结果表,典型暴雨模拟,,“2004.07.10”模拟结果图,设计暴雨方案,依据北京市区防洪排水规划（1995年版），北京市城区雨水灌渠规划设计采用的暴雨强度公式是1980年北京市市政设计研究院在收集整理40多年降雨资料的基础上推导出来的，公式为：,各设计重现期1小时降雨历时的暴雨强度及降雨量,各设计重现期2小时降雨历时的暴雨强度及降雨量,,设计重现期,时段(h),各设计重现期降雨过程(mm)（1小时时段）,,,,设计暴雨,设计方案模拟结果（1年一遇）,设计方案模拟结果（2年一遇）,设计方案模拟结果（3年一遇）,设计方案模拟结果（5年一遇）,实例2 —上海市区暴雨洪水模拟,基础资料的收集和整理,1,上海市区洪涝仿真模型的建立,2,方案计算,4,模拟结果,5,模型的验证,3,资料收集和整理,基础资料的收集和整理,1,上海市区洪涝仿真模型的建立,2,方案计算,4,模拟结果,5,模型的验证,3,实例2 —上海市区暴雨洪水模拟,上海市区洪涝仿真模型的建立,网格数：11933 通道数：24557 节点数：12625 网格平均面积： 约0.16km2 （400m×400m） 总面积：2066 km2,网格划分,,模型前处理,浦东新区,模型前处理,将模拟范围内除黄浦江以外的主要河道作为特殊通道处理；主干道路通道按地形资料赋实际高程值,特殊通道处理,,上海市区洪涝仿真模型的建立,模型前处理,排水分区（158个）,,上海市区洪涝仿真模型的建立,模型前处理,泵站（154个）,,上海市区洪涝仿真模型的建立,模型前处理,闸门（52个）,,上海市区洪涝仿真模型的建立,模型主体计算模块,主体计算模块利用二维非恒定流水动力学模型求解各个计算时段离散网格周边通道的流速、流量，并在此基础上求出网格的平均水深。,上海市区洪涝仿真模型的建立,基础资料的收集和整理,1,上海市区洪涝仿真模型的建立,2,方案计算,4,模拟结果,5,模型的验证,3,实例2 —上海市区暴雨洪水模拟,模型的验证,上海市暴雨洪水仿真模型的验证,派比安”台风期间黄浦江潮位过程的验证,“麦莎”台风期间降雨的验证,基础资料的收集和整理,1,上海市区洪涝仿真模型的建立,2,方案计算,4,模拟结果,5,模型的验证,3,实例2 —上海市区暴雨洪水模拟,方案计算,防汛墙漫溢(2个方案),1000年一遇设计潮位(派比安潮型和9711潮型)，模拟总时长72h和90h,防汛墙溃决(8个方案),4个溃口,1000年一遇设计潮位(2种潮型),方案计算,海堤漫溢(4个方案),500和1000年一遇设计潮位(2种潮型),(36小时),,,,,,,波浪爬高按《上海市城市防洪排水规划汇编》一书中的取值和《海港水文规范》(JTJ 213-98),海堤各段潮位由吴淞站和芦潮港站同时刻潮位按距离插值,方案计算,海堤漫溢,500和1000年一遇设计潮位(派比安潮型和9711潮型),波浪爬高按《上海市城市防洪排水规划汇编》一书中的取值和《海港水文规范》(JTJ 213-98),方案计算,海堤溃决(12个方案): 3个溃口+200年一遇设计潮位(派比安潮型和9711潮型) 3个溃口+1000年一遇设计潮位(派比安潮型和9711潮型),方案计算,典型暴雨和设计暴雨(3个方案):,(1) 浦东新区“20080825”暴雨 (最大累积降雨量151.5mm),,,,,方案计算,典型暴雨和设计暴雨(3个方案):,(2) 浦东新区“20080825”最大24小时降雨量，1963年降雨过程,(3) 20年一遇最大24小时降雨量，1963年降雨过程,下边界：“20080825”暴雨期间吴淞站潮位过程,方案计算,组合情况(4个方案),(1) 1000年一遇设计潮位防汛墙漫溢+ 20年一遇24小时降雨过程(1963年型),方案计算,组合情况(4个方案),(2) 200年一遇设计潮位海堤漫溢 + 20年一遇24小时降雨(1963年型),(3) 1000年一遇设计潮位海堤漫溢 + 20年一遇24小时降雨(1963年型),(4) 1000年一遇设计潮位海堤溃决 + 20年一遇24小时降雨(1963年型),基础资料的收集和整理,1,上海市区洪涝仿真模型的建立,2,方案计算,4,模拟结果,5,模型的验证,3,实例2 —上海市区暴雨洪水模拟,模拟结果,防汛墙漫溢（9711，千年一遇）,模拟结果,防汛墙溃决,新华港务公司岸段,9711潮型,模拟结果,海堤漫溢,模拟结果,海堤漫溢,1000年一遇设计潮位 （9711潮型）,模拟结果,海堤溃决,模拟结果,海堤溃决（以方案1为例）,,,,模拟结果,典型暴雨和设计暴雨,20年一遇设计暴雨,模拟结果,组合方案,1000年一遇海堤溃口2溃决 + 20年一遇设计暴雨,,,,,城市洪水分析系统,网格剖分,属性编辑,特殊通道添加,基础数据导入,,,,,城市洪水分析系统,边界条件设定,模型运行,计算结果后处理,,,,上、下边界设置 降雨条件设置 排水分区设置 泵站、闸门设置,最大淹没范围、水深分布 洪水到达时间分布 淹没历时分布 网格水深过程查询 通道流量过程查询 洪水演进动画展示,入流过程,排水分区,水深分布,道路流速分布,,李娜 中国水利水电科学研究院 防洪抗旱减灾研究所 E-mail: lina@iwhr.com,