基于城市水文模型模擬的暴雨積澇災害風險預警研究*

扈海波 孟春雷 程叢蘭 張西雅

北京城市氣象研究院，北京 100089

提 要： 以土地利用及土地覆蓋分類(透水及不透水地表組成)及格點化城市管網排水能力為水文模型主要輸入參數，以雷達反演及外推雨量為強迫，模擬城市地表水反應過程及水動力過程，提出在城市水文模型基礎上發展城市暴雨積澇風險預警及預報應用。水動力模型以二維淺水方程為基礎，用變向隱式法分別在x軸和y軸方向上分兩步求解差分方程。此演算方法具回水效應，間接實現了徑流路徑搜索的多重路徑尋向，還原城市地表徑流紊流、分流及散流較多的狀況。研究分別以在線及脫線方式做了基于城市水文模型的模擬及檢驗分析。在線模式研究以2012年北京“7·21”暴雨為個例，用雷達定量降水估計強迫到城市水文模型中演算網格積水深度， 模擬“7·21”暴雨積澇情景，發現模擬結果基本反映當天的積水及積澇發生情況；脫線模式模擬則側重計算城市地區不同風險等級暴雨積澇的臨界雨量值(風險閾值)，尤其是積澇易發點的風險閾值。研究推導出北京地區49個積澇易發點積水深度分別達到0.2、0.5、0.8和1.2 m時的1、3和6 h的臨界雨量，并以此作為北京地區暴雨積澇“藍黃橙紅”四個預警等級的劃定標準。

引 言

全球性城市化過程導致城市人口增多、城市面積迅猛擴張，致使城市成為一個巨大的承災體。這個巨大的承災體在面對自然災害的沖擊時，往往不堪一擊。其中極端暴雨導致的城市積澇已經并將持續地給全球城市帶來沖擊及影響，給人類帶來巨大的人員及財產損失(扈海波等,2013；……