哈尔滨市城市暴雨内涝监测预警系统研究.pdf

哈尔滨市城市暴雨内涝监测预警系统研究 王永波陶国辉景学义刘宇飞 (哈尔滨市气象台,黑龙江哈尔滨 150080) 摘要在建立哈尔滨市排水管网地理信息系统的基础上,引进以平面二维非恒定流的基本方程为骨架,结合一维明渠非恒定流方程算法的城市内涝仿真计算模型,结合精细化降水预报业务,建立了哈尔滨市城市内涝监测预警系统,并进行了业务试运行。在系统核心环节——积水仿真模型的建立中,该项目突破了传统规则网格的划分法,而是根据城市地形地貌特点独创了无结构不规则网格技术。此外,仿真模型中对排水工程设施进行了数字概化,首次实现了地面积水与管道水体模拟之间的结合;初步解决了哈尔滨特有的陆地泵排水模拟问题;将监测雨量信息和数值天气预报信息带入仿真模型,实现了气象学与水文学的结合。 系统以2006年7月 10~11 日的大-暴雨引起的城市内涝过程为例,对模型进行了调试,结果表明:该模型能够根据城市降雨分布情况,模拟和预测城市的内涝灾害有关特征数据,如内涝积水的空间分布、深度分布、淹没面积和淹没时间等,模拟结果可为防灾减灾部门制定防灾减灾措施提供依据。 关键词:强降水;城市内涝;仿真计算;预报;哈尔滨 1 引言 城市内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象。哈尔滨市暴雨发生的突发性,局地性比较强,强降水过程极易引起城市内涝,从而给城市交通、居民生活和生产活动带来不利影响,造成很大的经济损失和社会影响。为进一步提高城市气象服务水平和能力,天津市气象科学研究所与中国水利水电科学研究院合作研制了城市暴雨内涝灾害仿真模型[1],直接模拟或预报暴雨造成的内涝灾害,增强了气象服务的能力。在引进此模型的基础上,结合气象部门开展的精细化预报业务,建立哈尔滨市城市内涝监测预警系统,2007 和2008 年汛期开展了准业务试验。结果表明该系统能够实现城市内涝的动态监测和预报,模拟结果可为防灾减灾部门制定防灾减灾措施提供依据。 2 哈尔滨市城市内涝监测、预警系统 哈尔滨市城市内涝监测、预警系统的研究区域包括老城区(香坊区、道外区、南岗区、道里区、平房区)和新开发的松北区。该系统由城市排水管网地理信息系统、精细化降水预报及监测系统、城市积劳仿真系统三个子系统组成。 城市排水管网地理信息系统 城市积水情况除了自然降水量有直接关系外,还与城市中建筑物分布、地形地势分布、河流分布、排水设施布置等许多因素有关,因此模型必须考虑这些因素的影响。首先要按照模型计算的需要,在 1192 ArcView GIS 平台上对以上所有空间信息进行概化,即将这些客观的事物抽象成一系列数据库——以数字化的形式表现它们的特征(以下称为属性) 。 对城市地形地物的概化 城市地形复杂,河流、街区、公园等下垫面的类型和面积不同,各种建筑物、工程设施的分布以及对暴雨产生的径流影响又很大。为了更好地反应真实情况,仿真模型根据地形、地物特点,充分考虑积水区分布,依据下垫面属性尽可能相同的原则,采用了无结构不规则网格[1,2,3] 作为计算单元,将网格设计为三边形、四边形、五边形三种,网格各边定义成通道。仿真模型在网格中心处计算水位 H (即积水深度) ,在通道上计算流量。每个节点都有经纬度坐标,通过节点可以得知网格、通道所在位置。网格、通道节点构成仿真模型的基本属性数据专题。 .