东莞城市内涝预报预警V10参考文档课件.ppt

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1、全国城市防洪排涝与减灾学术年会,2015,东莞城市内涝预报预警关键技术研究与应用,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,2015,年,1,月,15,日,中国,南京,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,汇报提纲,一、概述,二、多普勒雷达降雨定量探测,三、分布式城市内涝预报模型,四、东莞城区内涝模型与模拟,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,七、总结,2,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,一、概述,3,?,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,等；,?,2010,年第六次全国人口普查数据显示，截至,2010,年,11,月,1

2、,日，我,国城镇人口占总人口的,49.68%,，其中，珠江三角洲城市群城市化,率超过,80%,我国在过去几十年中经历了一个快速的城市发展时期,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,我国城镇化发展非常迅猛,?,珠江三角洲城市群,与京津冀、长江三角洲城市群被列为,东部地区城,市群,。,4,国家新型城镇化规划（,2014,2020,年）：,2014,年,3,月,16,日发布,据中国政府网,东部地区城市化走在全国前面,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,5,2014,年珠江三角洲城市群城市内涝,2014,年,5,月,11,日,深圳发生严重内涝,?,全市,42,条道路因积

3、,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）,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,6,2014,年珠江三角洲城市群城市内涝,2014,年,5,月,17,日,惠州发生严重内涝,（据中新网、,CCTV,截图）,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,7,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，,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

4、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；,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,8,年度,内涝次数,2003,1,2004,2,2005,1,2006,1,200

5、7,1,2008,3,2009,2,2010,5,2011,6,2012,7,广州市中心城区,近,10,年来内涝发生的次数统计,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,9,珠三角城市内涝严重,广州,岗顶,(2009.6.3),中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,10,珠三角城市内涝严重,城,市,交,通,严,重,受,阻,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,11,珠三角城市内涝严重,东莞市,金牛横路一杂货店,成了水塘,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,12,珠三角城市内涝实

6、景,?,东莞某居民区一片汪洋,?,东莞,门前筑坝,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,13,国内其它城市内涝增加,?,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：,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,年水淹全城灾害又再度,重演；,?,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：

7、,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：,2007,年,7,月,18,日突降大暴雨，发生严重的内涝。,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,据住房和城乡建设部,2010,年对,351,个城市进行的专项调,研结果显示，,2008,年,2010,年间，全国,62%,的城市发,生过城市内涝,我国城镇化过程中，内涝灾害严重，影响了我国,城镇的可持续发展,62%,14,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,?,我国快速城市化的洪涝灾害效应,?,城市洪涝灾害的频度和烈度呈上升

8、趋势,?,城市洪涝灾害对社会的影响更大、更广，社会关注更高,?,我国城市内涝加剧的重要原因是我国城市的快速发展,15,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,16,城市内涝灾害的发生呈上升趋势,?,城市内涝防治系统生病了,?,城市内涝是我国城市的富贵病,?,富贵病难治,?,我国城市内涝的富贵病越来越严重,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,17,城市内涝防治方法,?,工程措施,?,非工程措施,?,内涝预报预警,?,研究目标,?,以珠江三角洲城市群中的典型城市东莞市为研究对象,?,采用国内外最新洪水预警预报技术，包括分布式物理水,文模型、多普勒雷达降雨定量探测技术及

9、,GIS,技术,?,对珠江三角洲城市群内涝预报预警关键技术开展研究,?,以东莞城区为例，开发城市内涝预报预警示范系统,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,二、多普勒雷达降雨定量探测,18,?,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。,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,广州多普勒雷达,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,广州多普勒雷达数据质量控制,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,广州多

10、普勒雷达降雨估算,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,东莞,06.7,内涝雷达降雨定量估算,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,三、分布式城市内涝预报模型,?,城市内涝模型结构,23,地表划分,与汇流网,络子模型,降雨估算,子模型,产流计算,子模型,汇流计算,子模型,径流耦合,子模型,内涝淹没,子模型,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,巨型城市内涝预报模型结构与方法,?,城市内涝模型结构地表划分,24,城,市,地,表,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

11、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，如公共绿地、公园等,技术关键,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,巨型城市内涝预报模型结构与方法,?,城市内涝模型结构,基于遥感影像的城市下,垫面特征参数提取,25,技术关键,中山大学水灾害管

12、理与水利信息化实验室,巨型城市内涝预报模型结构与方法,?,城市内涝模型结构地表汇流网络提取,26,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,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,巨型城市内涝预报模型结构与方法,27,?,城市内涝模型结构地下汇流网络提取,?,地下汇流网络：,?,地下排水管网（包

13、括沟渠和已加盖河涌）,?,河涌和深层排蓄水隧道,?,提出一个“逆流向上”的确定地下汇流网络的方法,技术关键,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,巨型城市内涝预报模型结构与方法,?,城市内涝模型结构水量交换点提取,28,?,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。,?,将几个收水口合成为一个，称为,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。,?,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,

14、径流的作用。,技术关键,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,巨型城市内涝预报模型结构与方法,?,城市内涝模型结构易涝点提取,29,技术关键,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,城市内涝模型产汇流计算方法,?,城市内涝模型结构产流计算方法,30,?,灰色屋顶、公共空间、,道路、河涌和湖泊,不透水面产流,?,蓄满产流,?,地下径流,?,地表径流,透水面产流,绿色屋顶产流,技术关键,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,?,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,?,一维汇流,?,Pressmann,提出,“,明管缝,”,（,Open Slot,）的方法,?,屋顶汇流,?,绿

15、色屋顶的汇流按照水箱出流计算,城市内涝模型产汇流计算方法,?,城市内涝模型结构汇流计算方法,31,技术关键,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,巨型城市内涝预报模型结构与方法,?,城市内涝模型结构径流耦合计算方法,32,深层排,水系统,地表径,流、管,网径流,地表,径流,排涝,泵站,技术关键,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,巨型城市内涝预报模型结构与方法,?,城市内涝模型结构内涝淹没计算,33,5,）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,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,-,水深关系曲线，确定淹没的单元及相应,的积水

16、深度；,3,）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；,1,）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；,技术关键,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,城市内涝预报预警与动态风险图绘制,?,技术流程,34,技术关键,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,四、东莞城区内涝模型与模拟,?,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,218km,2,。根据东莞市的地形、地貌特点，将城区划分,成,28,个排水分区。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

17、,个，特殊通道,225,个，特殊通道节点,240,个。,35,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,四、东莞城区内涝模型与模拟,?,东莞市排水分区划分图：,28,个排水分区,36,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,四、东莞城区内涝模型与模拟,?,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,37,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,2006,年,7,月,16,内涝模拟结果,?,2006,年,7,月,16,日内涝，雷达测雨,38,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,2008,年,6.13,暴雨内涝模拟结果,?,20

18、08,年,6.13,暴雨内涝，雨量站测雨,39,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,2008,年,6.13,暴雨内涝模拟结果,结,果,对,比,表,40,内涝点,调查内涝水深,内涝模拟水深,行政中心广场,0.5,0.8,米,模拟最大水深,1.1,米,鸿福河,0.8,0.9,米,模拟最大水深,0.8,米,北门桥,0.6-0.7,米,模拟最大水深,0.8,米,学左居委,1.2-1.5,米,模拟最大水深,2.1,米,东门广场,0.8-0.9,米,模拟最大水深,0.8,米,金牛横路,1.4-1.7,米,模拟最大水深,1.8,米,洪山街,1.2-1.5,米,模拟最大水深,1.56,米,兴贤里,1.3-1

19、.5,米,模拟最大水深,1.2,米,主山,1.5-2.0,米,模拟最大水深,2.2,米,莞樟公路,3-4,米,模拟最大水深,3.4,米,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,五、城市内涝预警评价方法,?,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评价系数,?,根据综合评价系数确定预警级别,41,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标选择,?,

20、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,42,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标选择,?,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,43,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标选择,?,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

21、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,44,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标选择,?,状态,?,指在压力的作用下，系统所处的状态，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,45,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标选择,?,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

22、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,46,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标选择,?,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

23、用,4,级效率,系数表示,47,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标的分级及阀值选择,?,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,48,3,3,3,3,30,50,50,100,100,150,150,n,n,n,n,mm,P,mm,mm,P,mm,mm,P,mm,P,mm,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,级,，级,，级,，级,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标的分级及阀值选择,?,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,49,(,),n,f,Z,Z,Z,Z,?,?,超,正常,或,10,30

24、,30,50,50,100,100,cm,Z,cm,cm,Z,cm,cm,Z,cm,Z,cm,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,超,超,超,超,级,，级,，级,，级,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标的分级及阀值选择,?,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,50,20,50,50,100,100,200,200,n,n,n,n,cm,H,cm,cm,H,cm,cm,H,cm,H,cm,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,级,，级,，级,，级,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标的分级及阀值选择,?,按四

25、级划分，针对东莞情况，推荐如下的阀值划分标准,?,灾度,51,1,1,2,2,3,3,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,，基本安全，级,，轻度受灾，级,，中度受灾，级,，重度受灾，级,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,评价指标的分级及阀值选择,?,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,52,0.8,0.8,0.3,0.5,0.3,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,，高效，级,0.5,，中效，级,，弱效，级,，低效，级,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,隶属函数择,1,）第一级即,j=1,时，其

26、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。,53,(,1),(,1),(,1),(,1),1,0,i,ij,i,i,j,ij,ij,i,i,j,ij,i,j,i,i,j,x,D,x,D,y,D,x,D,D,D,x,D,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,隶属函数择,2,）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-1,级的阈值；其余符号意义同,上。,54,(,1),(

27、,1),(,1),(,1),(,1),(,1),(,1),1,i,i,j,i,i,j,i,j,i,ij,ij,ij,i,j,i,i,j,ij,i,i,j,ij,i,j,x,D,x,D,D,x,D,y,D,D,x,D,D,x,D,D,D,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,隶属函数择,3,）第四级即,j=4,时，其隶属函数为：,式中符号意义同上。,55,(,1),(,1),(,1),(,1),1,0,i,ij,i,i,j,ij,i,j,i,ij,ij,i,j,i,i,j,x,D,x,

28、D,y,D,x,D,D,D,x,D,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,预警指标模糊综合评判方法,?,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,vi4,56,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,预警指标模糊综合评判方法,?,评价指标,ui,在评价集,vj,上存在着一个模糊隶属度,rij,，,rij,

29、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,57,mn,m,m,n,n,r,r,r,r,r,r,r,r,r,R,?,?,?,?,2,1,2,22,21,1,12,11,?,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,预警指标模糊综合评判方法,?,评价结果,B=,（,b1,b2,b3,b4,）可以通过下列模糊变换得,到,B=W?R,?,根据矩阵运算法则，,bj,可通过下式计算,58,?,?,?,?,m,1,i,n,1,2,.,j,ij,i,j,r,w,b,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,预警指标模糊综合评判

30、方法,?,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,59,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,2006,年,7,月,16,日内涝预警,60,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,2008,年,6,月,13,日内涝预警,61,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,六、东莞内涝监测预警系统开发,?,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,GI

31、S,平台为支撑，建,成东莞市城区内涝监测预警系统，实现城区暴雨监测预警、,城市内涝模拟预报及城区内涝演进计算和模拟,?,系统主要功能,?,雷达测雨模型模块,?,暴雨监测预警模块,?,内涝仿真模型模块,?,内涝预警模块,?,排水系统管理模块,?,防汛预警应急响应模块,62,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,六、东莞内涝监测预警系统开发,63,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,七、总结,64,?,取得的成果：,?,研究提出了精细化城市内涝预报分布式物理水文模型，,东莞城区建立了模型和确定了模型参数；,?,提出了城市内涝预警的指标体系及模糊评价方法，为,城市内涝预警提供了科学依据；,?,综合运用城市内涝预报分布式物理水文模型、多普勒,雷达估算降雨、遥感、,GIS,及软件工程技术开发出了城,市内涝预报预警业务应用系统。,?,下步工作,?,在国内更多城市开展应用与验证，不断提高应用效果,中山大学,水灾害管理与水利信息化实验室,全国城市防洪排涝与减灾学术年会,2015,敬请指正,中山大学水灾害管理与水利信息化实验室,