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[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
代鑫 黄弘 汲欣愉 王巍
暴雨内涝的快速预测对于提升灾害应急处置能力具有重要意义.针对传统数值模拟复杂耗时导致难以满足暴雨内涝预测时限要求的问题,该文基于机器学习方法构建城市暴雨内涝时空快速预测模型.利用城市综合流域排水模型(InfoWorks ICM)模拟的高精度网格结果作为数据驱动,综合考虑降雨因素、地理数据以及排水管网的分布情况,分别基于随机森林、极限梯度提升(XGBoost)、K最近邻以及长短期记忆(LSTM)神经网络建立城市暴雨内涝快速预测模型.以某城市区域为例,开展算例研究,结果表明:随机森林模型的空间预测效果最佳,淹没范围预测准确率可达99.5%,积水深度平均预测误差3.6%;LSTM神经网络模型能准确预测内涝点积涝过程的水深时序变化.在该算例场景下,所构建的机器学习模型可实现s级的暴雨内涝时空快速预测.
[期刊] 城市发展研究
[作者]
倪丽丽 曾坚 张彦平
针对当前城市内涝频发但灾害防控措施单一而薄弱的问题,通过应用城市内涝规划防控新理论,结合降雨情景模拟技术和实际案例,提出了利用精细模型开展城市内涝规划防控的新思路。不仅探索了对内涝成因、内涝应对现状以及规划防涝效能的甄别、评估技术,验证了精细模型与规划防涝结合的科学性及可行性,同时也为城市雨涝系统中源头控制措施、排水措施及防涝措施的高效衔接提供了科学参考和技术支撑。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
郑姗姗 万庆 贾明元
近年来城市暴雨出现突发和多发态势,导致城市内涝灾害频繁发生,威胁着城市居民的生命和财产安全。随着城市降雨积水监测网的建立,获得分钟尺度的降雨和积水时序监测数据成为可能,实现了城市内涝的实时监控。但目前对监测数据的利用仍显不足,缺乏对其深度分析挖掘,造成监测系统"只监不控"的局面。本文基于城市降雨积水监测网的监测数据,根据积水时间相关性、降雨空间相关性以及降雨积水序列相关性,构建降雨积水的时空自相关移动平均模型(STARMA),对城市暴雨积水点积水过程进行短时预测。STARMA模型已被广泛应用于交通预测、环境变量预测以及社会经济领域,特别是在时空过程机理不清楚、多因素时空变量影响的情况下效果较好。本文首次将该模型应用到降水积水过程拟合和积水短时预测上,同时在方法上改进了传统单变量的STARMA模型,建立降雨和积水双变量的STARMA模型模拟降雨积水过程。并以北京市2012年"7.21"事件降雨积水过程为研究对象,以丰北桥、花乡桥、马家楼桥和六里桥4个积水监测点为例,建立降雨积水的STARMA模型,以5 min为步长作积水5、10、15 min三步预测。验证结果表明,该模型在降雨积水过程中拟合效果较好,模型短时预测精度较高。该项研究能够有效地利用监测数据,提高信息预警和应急指挥能力,为市政防汛或交通等部门提供决策支持。
[期刊] 中国人口.资源与环境
[作者]
张振国 温家洪
以上海市普陀区金沙居委地区为例,运用情景分析方法开展了城市社区尺度的4种排水条件下8种重现期暴雨的32个内涝灾害危险性情景模拟、分析与评价,结果表明:①各种情景的暴雨内涝危险性均主要集中在研究区中部的金沙新村和解放村,但危险性程度和影响范围随着排水量的增大而减小,随着暴雨强度的增大而增大;②随着暴雨强度的增大,高危险性面积在4种排水情景下均呈增大趋势,中危险性面积除在0mm/h排水情景下呈持续减小的趋势外,其余均呈持续增大的趋势,低危险性面积在18mm/h和36mm/h排水情景下呈持续减小趋势,在0mm/h和50mm/h排水情景下分别呈持续增大和先增后减的趋势;③随着排水量的增大,高危险性面积...
[期刊] 统计与决策
[作者]
丁继勇 王卓甫 郭光祥
文章在分析城市暴雨内涝应急决策特点和决策目标的基础上,提出了城市暴雨内涝动态应急决策方法。将"决策组"在暴雨内涝发生过程中根据阶段结果和所掌握信息的变化而不断调整应急方案的整个过程,近似地看作暴雨内涝应急管理主体与客体之间的动态"博弈"过程,分析了"暴雨内涝"和"决策组"分阶段"博弈"的过程,基于贝叶斯法则提出了暴雨内涝应急方案动态生成方法。最后通过算例分析说明了所提方法的应用过程。
[期刊] 城市发展研究
[作者]
张炜 李思敏 孙广垠
面对日益频发的城市暴雨内涝,我国许多城市加大雨水管网系统的投资建设力度,但并未取得预期效果。从我国常规雨水设计流量计算方法入手,确定径流系数、设计重现期和降雨历时为城市暴雨实际径流量的影响因素,并分析各影响因素随城市化进程的变化趋势,从而揭示我国城市暴雨内涝形成的影响机制,为城市暴雨内涝科学防治体系的建立提供理论支撑。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
黄华兵 王先伟 柳林
建成环境的高空间异质性与致灾过程的复杂性给城市暴雨内涝研究带来巨大的挑战,具体表现为模型代表性不够、计算效率低、基础数据和验证数据匮乏。以机器学习为代表的人工智能技术、高分遥感和互联网大数据的快速发展则为城市暴雨内涝研究提供了新的契机。论文结合人工智能、高分遥感和互联网大数据等新技术发展,从特征、机理、数据与方法4个维度对暴雨内涝的研究现状和发展趋势进行了系统总结,主要结论包括:(1)暴雨内涝具有短历时性、空间散布性、连锁性和突变性,其热点呈现空间上的动态迁移特征。(2)降雨时空特征和城市化程度决定暴雨内涝灾害的量级,地形条件尤其是微地形则决定发生位置和内涝频率。地形控制作用指数(topographic control index, TCI)对暴雨内涝发生位置具有良好的指示能力。(3)排水管网、高精度地形和不透水面分布是暴雨内涝模拟的关键基础数据;降雨过程的高时空变异性是暴雨内涝近实时预报预警的主要瓶颈,需要充分利用天气雷达观测提高其精准度;互联网众包大数据是获取高空间覆盖度暴雨内涝灾情信息的新途径,但也面临不同类型信息融合、提炼和质量控制的挑战。(4)结合水动力模拟与机器学习可建立兼具物理基础和计算效率的暴雨内涝模拟方法,是实现近实时模拟与快速预报预警的有效途径。
关键词：
暴雨内涝 人工智能 大数据 遥感
[期刊] 经济师
[作者]
宋静
伴随中国城镇化进程加快，人口“高集中”及土地资源“高消耗”进一步加重极端天气给城市带来的负面影响，其中暴雨导致的城市内涝成为困扰城市的灾害之一。城市内涝的不确定性致使城市传统的物理防护难以为继，亟需提高城市承洪韧性来降低其负效应。因此，文章以暴雨型城市内涝为例，构建城市空间格局要素与城市承洪韧性之间的理论联系，并指出人防能力作为该理论框架的核心环节连接城市空间格局演变与城市承洪韧性的提高。
[期刊] 西北农林科技大学学报(自然科学版)
[作者]
陈虹 李家科 李亚娇 徐杨 沈冰
SWMM(Storm Water Management Model)是近几年发展迅速、影响较大的水文模型。SWMM主要被用于模型适应性的检验及模型参数的识别、城市暴雨洪水地表径流及其污染过程的模拟、城市低影响开发效果的模拟、与其他模型软件的耦合应用模拟等方面。文章从SWMM的发展历程、模型原理及国内外的最新应用进行了归纳与分析，最后对SWMM在中国应用中存在的问题进行了探讨。
关键词：
SWMM 城市 非点源污染
[期刊] 地理科学进展
[作者]
李睿 王军 李梦雅
为了揭示城市暴雨内涝灾害对应急响应服务功能的影响,论文基于高精度城市洪涝模型(FloodMap)和增强型两步移动搜寻法(E2SFCA),对暴雨内涝灾害影响下上海市中心城区消防服务可达性进行精细化评估。研究结果表明:(1)百年一遇暴雨内涝情景下,内涝最严重时积水深度超过50 cm的淹没范围整体呈现"西高东低"分布态势,淹没总面积约1.5 km~2,可导致471条路段(约占路网全长5.11%)通行受阻。(2)上海市中心城区消防服务可达性的空间差异比较显著,大体呈现出由黄浦江两岸向西北和东南方向递减态势,但在一天中的不同时段,可达性空间格局变化并不明显。(3)与正常天气条件相比,暴雨内涝情景下不可达单元(250 m×250 m)数量显著增多,夜间低峰、早高峰、白天平峰和晚高峰时段分别增加36.32%、35.89%、39.07%和32.01%;从暴雨内涝的过程(全程120 min)上看,在雨峰后半段((30, 45] min)不可达单元数量最多,消防服务可达性的空间差异程度最大。(4)消防服务可达性表现出一定程度的空间集聚特征,其中高值聚集区("高—高"型)主要位于黄浦江两岸以及浦西边缘地区,低值聚集区("低—低"型)主要位于西北和西南区域,这2类聚集区呈"团块状"分布,而"高—低"型和"低—高"型集聚均不显著。(5)研究区内消防服务可达性与需求的空间失配现象("低需求—高可达"或"高需求—低可达")较为明显,而暴雨内涝会加剧空间失配问题。研究结果可为提升城市洪涝灾害管理与应急响应服务的精细化水平提供科学依据。
[期刊] 城市发展研究
[作者]
王思思 于迪 车伍
近年来,国内外城市暴雨内涝灾害频发,严重威胁城市可持续发展,开展城市暴雨内涝脆弱性评估、提高排水系统适应能力显得尤为重要。在深入研究国内外相关案例的基础上,介绍了脆弱性评估的概念和方法;对国内外城市暴雨内涝脆弱性评估方法进行综合对比并分析其局限性;在借鉴发达国家提升城市排水防涝适应性对策的基础上,对我国相关领域的研究和实践提出建议。
关键词：
暴雨内涝 脆弱性评估 适应性 海绵城市
[期刊] 经济地理
[作者]
张宸铭 范钦栋 李延锋 彭茜 赵清贺 张雯龙
测评城市交通运转效率、识别关键枢纽路段，对于提升城市韧性、增强城市应对极端天气或突发事件的能力具有重要意义。文章在空间句法模型基础上构建了一种新的城市路网运转效率评价方法，从“全局—局域”“穿行性—集成性”综合集成的视角评价了郑州7·20特大暴雨灾害前后的路网效率变化情况，开展关键节点识别和故障路段修复次序的优化研究。结果表明：(1)文章所提出的路网效率评价方法能够有效刻画城市道路网综合运转状态，定量评估网络节点失效对路网运转性能的影响程度。(2)交通网的受损将影响到交通流的重新分配，导致交通流分布与沿线设施的关联度下降。灾后交通运转效率的降低是绕行行为增加、路网集成能力减弱、局部出行行为减少以及交通流与沿线设施分布不匹配综合作用的结果。(3)根据路网效率恢复弹性可对比择优不同的修复策略，确定关键节点的修复次序，位于主干道上的半阻断点较之位于次干道上的全阻断点宜被赋予更高的优先级。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
崔普伟 蔡强国 方海燕 聂斌斌 陈小安
黄土高原尤其是黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀异常严重,在该区开展单元流域产沙模拟对于流域侵蚀产沙及沟道系统泥沙输移比研究有着重要的意义。本文选取陕北岔巴沟单元流域团山沟为研究对象,利用1961-1969年间水文泥沙资料,构建了流域产沙模型:以流域输沙关系表达式Ms=CsH为理论框架,经分析发现洪峰流量、最大含沙量、平均流量与次洪含沙量相关性显著,近而以洪峰流量、平均流量、最大含沙量及径流深为模型变量,通过模拟误差分析,构建并选取了以径流深和洪峰流量、径流深和最大含沙量为变量的经验模型:Ms=H(109.2ln(Qz)+546.1);Ms=H(Cz-141.2)。与目前已有模型相比,以上模型具有很好的模拟效果,尤其是在模拟小产沙事件时模拟效果较好,模型在临近流域水旺沟上的应用效果也较好。另据研究发现,高含沙水流的存在,使得在不同产沙模数水平下产沙模拟响应机制不同,对产沙模数小于300 t/km2次暴雨事件,流量的对数函数拟合效果明显优于幂函数拟合;对产沙模数大于1000 t/km2次暴雨事件,流量的幂函数拟合效果好于对数函数拟合,但差异不大。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
毕华兴 朱金兆 张学培
该文研究黄土区以小流域为尺度的暴雨径流泥沙规律，为该地区林业生态工程建设和林业生态工程效益评价提供理论依据．该文以森林水文的较大研究尺度流域综合试验为出发点，在晋西黄土区小流域分类的基础上，选择了具有代表性的典型小流域１１个，对这些小流域进行了３～８ａ的定位观测，获得了１３１场暴雨产流和产沙资料．在分析这些资料的基础上，系统地研究了降雨、土壤入渗、流域产流、汇流及输沙的理论与方法，获得精度较高、适用性较强的流域径流、泥沙统计模型和数理模型．
关键词：
黄土高原,小流域,降雨-径流-泥沙,模型
[期刊] 地理科学进展
[作者]
陈晓安 蔡强国 郑明国 李君兰
坡面土壤流失预测、水保效益评估,无不需要坡面侵蚀模型。本文以岔巴沟流域坡面径流场降雨水文资料为基础,建立了次侵蚀性降雨坡面土壤侵蚀模型、次降雨坡面细沟侵蚀模型,并对各模型的精度进行了分析。结果发现模型具有较好的预报精度,对大侵蚀产沙事件预测很准;坡度、最大10分钟雨强、植被覆盖度是影响次侵蚀性降雨主要因子,坡度、最大10分钟雨强、降雨量是影响细沟侵蚀主要因子,植被覆盖对细沟侵蚀产沙影响很小。
关键词：
土壤侵蚀模型 次降雨 岔巴沟流域
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