不同短历时强降水条件下城市内涝影响因素研究
批准号:
52209004
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
初祁
依托单位:
学科分类:
工程水文与水资源利用
结题年份:
2025
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
中文摘要
受全球变暖和城市化影响,短历时强降水引发的城市内涝问题愈发突出,已成为城市水文和灾害学研究的前沿热点问题。然而,相关监测和记录数据的缺乏,导致目前缺少对短历时强降水时空分布特征及其与城市内涝之间内在联系的深入研究。研究以高度城市化、短历时强降水频发的北京大红门地区为例,通过对降雨样本集的特征提取和聚类分析,揭示变化环境下高度城市化地区短历时强降水的时空分布特征。采用水文水动力学耦合模型构建地区精细化雨洪模型,探讨不同短历时强降水条件下城市内涝的响应机制。利用精细化模型输出的内涝积水信息和栅格化处理后的城市产汇流信息构建二项Logistic模型,阐明不同尺度下高度城市化地区内涝程度及其影响因素间的内在关系。结合敏感性分析方法,明确影响典型易涝区内涝灾害的关键因素。研究对提高城市内涝灾害的认识、丰富城市灾害学的理论体系具有重要意义,可为区域制定城市内涝防治规划和雨洪管理措施提供科学支撑。
英文摘要
Affected by global warming and urbanization, the problem of urban waterlogging caused by short-duration heavy rainfall has become more prominent. It has become a frontier and hot issue in urban hydrology and disaster research. However, the lack of relevant monitoring and recording data leads to the lack of in-depth research on the temporal and spatial distribution characteristics of short-duration heavy rainfall and its internal relationship with urban waterlogging. The Dahongmen area of Beijing, highly urbanized and with frequent short-duration heavy rainfall, is selected as the study area. The temporal and spatial distribution characteristics of short-duration heavy rainfall in highly urbanized areas under changing environments are revealed through feature extraction and cluster analysis of the rainfall sample set. A refined urban flood model in the Dahongmen area uses a coupled hydrology-hydrodynamic model to explore urban waterlogging response mechanism under different short-term heavy rainfall conditions. The binomial logistic model uses the waterlogging information output from the refined urban flood model and the urban runoff information after grid processing to quantitatively analyze the internal relationship between the degree of waterlogging and its influencing factors in highly urbanized areas under the change scale. The key factors affecting waterlogging disasters in specific waterlogging prone areas are clarified with the sensitivity analysis method. The research is of great significance to improve the understanding of the urban waterlogging disaster and enrich urban disaster science's theoretical system. It can provide scientific support for the regional formulation of urban waterlogging prevention and control planning and urban flood management measures.
短历时强降水具有雨强大、历时短、空间分布不均匀并常伴随暴雨中心移动等特点,是城市内涝突发与局地高风险的重要触发因素。传统以“空间均匀分布的设计暴雨”为输入的评估方法,难以反映暴雨中心落区、雨峰出现早晚及移动过程对“流域出口洪峰—城市积水淹没”的差异化影响。本项目围绕“短历时强降水条件下城市内涝影响因素识别与机制解释”,开展四方面研究:(1)建立短历时强降水事件样本库,采用K-shape聚类识别典型雨型,并以峰现时间分布与空间变差系数表征突发性与空间不均匀性;(2)构建结构化降雨时空情景体系,开展城市雨洪对比模拟,以出口洪峰和内涝淹没范围/深度等为指标,识别不利情景组合及其时空叠加效应;(3)构建地形与微地形、下垫面、排水设施、局地降雨等影响因子体系,采用多元回归结合空间集聚分析,识别稳定关键因子与对暴雨中心落区变化敏感的因子,解释易涝区域成因;(4)面向工程应用,构建绿—灰设施协同优化框架,引入CMIP6不同SSP情景开展压力测试,并采用多准则决策支持方案选型。结果表明:超过66.9%站点在降雨开始后1小时内达到最大雨强;在100年一遇条件下,空间不均匀情景与最不利时空组合情景下内涝淹没面积占比分别为4.15%与5.12%,均高于空间均匀情景的3.13%;最不利组合下100年一遇洪峰较空间均匀情景提高约150%,且5年一遇最不利组合洪峰已超过空间均匀情景100年一遇水平约36%,表明低重现期在不利时空配置下也可能产生高风险。成因分析显示,洼地数量在不同落区情景下均为重要因子;特定落区中局地降雨量成为首要因子(如落区集中于东南情景),反映暴雨中心落区变化会引起因子相对贡献改变并促成易涝热点形成。项目揭示短历时强降水时空结构对城市洪涝双响应的关键作用及非线性叠加特征,成果可用于排水系统校核工况与应急情景库构建、易涝区分区治理与绿—灰协同方案稳健选型。
不同短历时强降水条件下城市内涝影响因素研究
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批准号:--
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:初祁
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依托单位:
国内基金
海外基金