城市洪水风险图编制方法与技术ppt课件

城市洪水风险图编制方法与技术 城市洪水风险图编制方法与技术 洪水风险图洪水风险图是反映洪水风险大小的地图，是一种有效的非工程措施r洪水灾害风险公示r调整土地利用规划r实施洪水管理的基础r调整城市规划r指导城市防洪排涝规划r开展洪水保险的依据洪水风险图洪水风险图是反映洪水风险大小的地图，是一种有效的非洪泛区管理和洪水保险（美国）1风险的风险的确确 定定2风险风险评价评价3风险信息风险信息发布发布4实施实施规划规划 洪泛区 管 理转移风险降低风险风险图评价现有与未来风险规划洪泛区管理和洪水保险（美国）1风险的2风险34实施 洪3危险区划危险区划(瑞士、法国等瑞士、法国等)红区：高危险红区：高危险禁止开发区禁止开发区蓝区：中危险蓝区：中危险限制开发区限制开发区黄区：低危险黄区：低危险警示区警示区危险区划(瑞士、法国等)红区：高危险 禁止开发区日本福山市洪水避难地图避难所开敞避难点道路易积水点泥石流危险区警察署日本福山市洪水避难地图避难所开敞避难点道路易积水点泥石流危险日本福山市海啸风暴潮风险图日本福山市海啸风暴潮风险图福山市洪水避难地图宣传手册福山市洪水避难地图宣传手册发达国家风险图特点发达国家风险图特点起步较早法规健全标准完善技术先进应用广泛投资充足美国自上世纪50年代开始风险图编制美国在防洪法、洪水保险法等法律法规中明确要求制作风险图美国、日本、欧洲等已形成完备的风险图编制技术规范和标准水力学模型、GIS技术、网络技术等得到广泛应用风险图已被广泛应用于洪水保险、洪水避难、土地利用管理、公众风险意识提高等方面美国联邦政府投入约20亿美元用于风险图编制与更新，单价约为4000-6000美元/km2发达国家风险图特点起步较早美国自上世纪50年代开始风险图编制上海市世博园区洪水风险图暴雨积水：0.50m：0.300.50m：0.150.30m：0.050.15m上海市世博园区洪水风险图暴雨积水：0.50m上海市洪水风险图-暴雨积水及撤离安排上海市洪水风险图-暴雨积水及撤离安排济南市洪水风险图道路积水济南市洪水风险图道路积水佛山市内涝预警系统-禅城区内涝积水风险图绘制佛山市内涝预警系统-禅城区内涝积水风险图绘制2008年6月-2011年5月，全国洪水风险图编制（一期）2005年，36个区域开展了洪水风险图编制试点全国洪水风险图洪水风险图编制导则洪水风险分析软件洪水风险图绘制和管理系统20个试点区域洪水风险图2011年8月，全国洪水风险图编制试点（二期）2008年6月-2011年5月，全国洪水风险图编制（一期）2地形地势分析洪水来源分析洪水频率分析洪水淹没分析洪水影响分析洪水风险分析 洪水模拟洪灾损失评估关键技术城市暴雨洪水风险分析方法地形地势分析洪水来源分析洪水频率分析洪水淹没分析洪水影响分析水文学模型 水力学模型GIS数字地形技术分析方法无法反映区域内各处水力要素值的差异和变化，如淹没水深、流速、淹没历时等 以水体由高向低运动的原理作为计算的基本依据，所提供计算结果仅能反映洪水运动的最后状态，不能详细描述洪水的运动过程。维数描述已有的软件1D求解一维圣维南方程组Infoworks RS(ISIS),Mike 11,HEC-RAS 1D+1D+河网外洪水存储单元Infoworks RS(ISIS),Mike 11,HEC-RAS 2D-2D-动量方程LISFLOOD-FP2D求解二维非恒定流方程组TUFLOW,MIKE21,TELEMAC中国水科院的城市洪涝仿真模型2D+2D+考虑垂向速度TELEMAC 3D3DCFX,FLUENT,PHEONIX模拟方法水文学模型 水力学模型GIS数字地形技术分析方法无法反映区域采用非结构不规则网格对区域进行离散连续方程：动量方程：基本方程网格形心处计算水位网格四周通道上计算流量有限体积法求解基本原理采用非结构不规则网格对区域进行离散连续方程：动量方程：基本方数据前处理城市洪涝仿真模型模型结构数据前处理城市洪涝仿真模型模型结构读入数据文件初始化核心计算模块运行过程监控展示计算结果输出主体计算模块读入数据文件初始化核心计算模块运行过程监控展示计算结果输出主模型运行方式验证计算历史降雨过程输入模型排水管网、闸门、泵站工作状况运行仿真模型计算结果后处理，并与实测积水资料对比，修正误差实时监测计算实时降雨数据输入模型排水管网、闸门、泵站工作状况运行仿真模型计算结果后处理预报计算预报降雨信息输入模型设定排水管网、闸门、泵站工作状况运行仿真模型计算结果后处理运行方式模型运行方式验证计算历史降雨过程输入模型排水管网、闸门、泵站 对降雨时空分布不均匀特征的模拟 1 对河道洪水的模拟 2 对地形的模拟 3 对建筑物分布对洪水影响的模拟 4 对土地利用的模拟 5 对阻水建筑物的模拟 6 对防洪工程体系的模拟 7模型的特点模型特点 对降雨时空分布不均匀特征的模拟 1 对河道洪水的模拟 2 对排水系统的模拟 8 对城区暴雨顺街行洪的模拟 9 对地下空间的模拟 10 对降雨、外洪、高潮位遭遇的模拟 11 对外部汇流的模拟 12 对洪水漫溢和堤防溃决的模拟 13模型的特点模型特点 对排水系统的模拟 8 对城区暴雨顺街行洪的模拟 9 对地下 对降雨时空分布不均匀特征的模拟 1模型采用距离加权反比插值法，将离散的雨量站降雨量通过处理，得到模型每个网格形心处的降雨数据 对降雨时空分布不均匀特征的模拟 1模型采用距离加权反比插值22 对河道洪水的模拟 2河道型网格特殊河道型通道普通节点特殊型河道节点河道型通道特殊型河道通道阻水型通道（堤防）特殊型通道的水位计算单元水流方向矩形断面 对河道洪水的模拟 2河道型网格特殊河道型通道普通节点矩形断23 对地形的模拟 3 模型采用无结构不规则网格对研究区域进行离散，网格布置更为灵活，能更准确地反映计算域的地形特征。网格高程可由DEM数据或高程点数据自动插值获得济南 对地形的模拟 3 模型采用无结构不规则网格对研究区域进行离24 对建筑物分布对洪水影响的模拟 4面积修正率 对建筑物分布对洪水影响的模拟 4面积修正率25 对土地利用的模拟 5网格产流系数按空间地表的不同情况线性内插，设在基本不透水区域产流系数为0.9，天然植被集水区域为0.5，其余部分按不透水面积比例（即面积修正率）线性内插，其计算基本公式为：下垫面树丛道路空地河道糙率(n)0.0650.0350.0350.025-0.035网格糙率网格类型河道型湖泊性普通型 对土地利用的模拟 5网格产流系数按空间地表的不同情况线性内26 对阻水建筑物的模拟 6阻水建筑物 街道立交路段铁路堤防按堰流公式计算红色代表阻水通道蓝色代表内河河道通道灰色代表道路通道绿色为普通通道 胶济铁路 小清河堤防 济南 对阻水建筑物的模拟 6阻水建筑物 街道按堰流公式计算红色代27 对防洪工程体系的模拟(堤防和闸门)7上海 对防洪工程体系的模拟(堤防和闸门)7上海 28 对排水系统的模拟 8 有详细的排水网管分布和排水能力资料时，地下管网内按一维非恒定流模拟，并与地面二维非恒定流耦合 对排水系统的模拟 8 有详细的排水网管分布和排水能力资料时29 对排水系统的模拟 8 无详细的排水网管分布和排水能力资料时，按等效的方法将地下排水系统按虚拟的地下水库模拟济南 雨水设计流量：济南市暴雨强度公式：编号编号面积面积(km(km2 2)设计暴雨强度设计暴雨强度q q雨水设计雨水设计流量流量(m(m3 3/s)/s)排水体积排水体积（万（万m m3 3）L/(s*ha)L/(s*ha)(mm/h)(mm/h)1 150.9850.9873.273.226.426.4224.0 224.0 161 161 2 224.8424.8473.273.226.426.4109.2 109.2 79 79 3 334.4134.4173.273.226.426.4151.2 151.2 109 109 4 421.2621.2673.273.226.426.493.4 93.4 67 67 5 537.6637.6673.273.226.426.4165.5 165.5 119 119 对排水系统的模拟 8 无详细的排水网管分布和排水能力资料时30 对城区暴雨顺街行洪的模拟 9普通节点特殊河道节点特殊道路节点外河河道内通道特殊河道通道特殊道路通道阻水型通道（堤防）特殊河道通道的水位计算单元特殊道路通道的水位计算单元城市中的道路作为特殊通道处理 对城区暴雨顺街行洪的模拟 9普通节点城市中的道路作为特殊通31 对城区暴雨顺街行洪的模拟 9北京道路积水 对城区暴雨顺街行洪的模拟 9北京32 对城区暴雨顺街行洪的模拟 9济南道路流速 对城区暴雨顺街行洪的模拟 9济南33 对地下空间的模拟 10 对地下空间的模拟 1034 对降雨、外洪、高潮位遭遇的模拟 11作为边界条件处理 对降雨、外洪、高潮位遭遇的模拟 11作为边界条件处理35 对外部汇流的模拟 12入口边界条件9处边界入流通过水文模型计算 对外部汇流的模拟 12入口边界条件9处边界入流36 对洪水漫溢和堤防溃决的模拟 13模型前处理时设置相关参数模型运行时实时设置相关参数 对洪水漫溢和堤防溃决的模拟 13模型前处理时设置相关参数模37 对洪水漫溢和堤防溃决的模拟 13黄浦江漫溢黄浦江溃堤 对洪水漫溢和堤防溃决的模拟 13黄浦江漫溢黄浦江溃堤38应用实例北京上海应用实例北京上海39实例实例1北京市城区暴雨积水模拟北京市城区暴雨积水模拟 研究范围 模型的建立 典型暴雨模拟 设计暴雨方案设定与模拟实例1 北京市城区暴雨积水模拟 研究范围研究范围研究范围研究范围模型的建立模型的建立网格：9640通道：20094节点：10455总面积：约1000km2网格平均面积：约0.1km2模型的建立网格：9640总面积：模型的特点模型的特点1、考虑降雨分布时空的不均匀型特征2、改进主要道路积水模拟方法3、图形化模型计算界面4、动态显示降雨过程、道路和区域的积水变化过程5、动态显示模型相关统计参数模型的特点1、考虑降雨分布时空的不均匀型特征“2004.7.10”暴雨模拟暴雨模拟典型暴雨模拟“2004.7.10”暴雨模拟典型暴雨模拟城市洪水风险图编制方法与技术ppt课件45“2004.07.10”积水模拟结果表 积水点编号积水点名称积水深度(m)积水点编号积水点名称积水深度(m)1红军营南路0.33213科丰桥0.2482六郎庄桥0.2814马家楼桥西0.3983积水潭桥0.17315公益桥0.1864田村铁路桥0.45216肖村桥0.2825万寿路南延0.52117十八里店桥0.2096京原路口0.51118成寿寺桥0.2117青塔桥0.22719永定门桥0.2418吴家村路0.30420红领巾桥0.1899岳各庄桥0.24621莲花桥0.42610丽泽桥0.19322复兴门0.26411菜户营桥0.5123阜成门0.28212丰南桥0.34824丰台南路0.301典型暴雨模拟“2004.07.10”积水模拟结果表 积水点名称积水深度“2004.07.10”模拟结果图“2004.07.10”模拟结果图设计暴雨方案设计暴雨方案依据北京市区防洪排水规划（1995年版），北京市城区雨水灌渠规划设计采用的暴雨强度公式是1980年北京市市政设计研究院在收集整理40多年降雨资料的基础上推导出来的，公式为：各设计重现期1小时降雨历时的暴雨强度及降雨量P(年)t(分钟)q(mm/min)1小时段降雨量(mm)1600.6035.92600.74 44.63600.83 49.75600.94 56.2各设计重现期2小时降雨历时的暴雨强度及降雨量P(年)t(分钟)q(mm/min)2小时段降雨量(mm)11200.3845.721200.47 56.931200.53 63.451200.60 71.7设计暴雨方案依据北京市区防洪排水规划（1995年版），北京市设计重现期时段(h)各设计重现期降雨过程(mm)（1小时时段）1234567891011121年一遇00035.99.900000002年一遇00044.612.300000003年一遇00049.713.700000004年一遇00056.215.50000000设计暴雨时段(h)各设计重现期降雨过程(mm)（1小时时段）1234设计方案模拟结果（设计方案模拟结果（1 1年一遇）年一遇）设计方案模拟结果（1年一遇）设计方案模拟结果（2年一遇）设计方案模拟结果（2年一遇）设计方案模拟结果（3年一遇）设计方案模拟结果（3年一遇）设计方案模拟结果（5年一遇）设计方案模拟结果（5年一遇）实例实例2上海市区暴雨洪水模拟上海市区暴雨洪水模拟 基础资料的收集和整理 1 上海市区洪涝仿真模型的建立 2 方案计算 4 模拟结果5 模型的验证 3实例2 上海市区暴雨洪水模拟 基础资料的收集和整理 1 上资料收集和整理分类分类名称名称格式格式说明说明地形数据地形数据高程点高程点ShapeShape文件文件基础地图数据基础地图数据行政区划行政区划水系图水系图道路道路铁路铁路居民地居民地雨量站分布雨量站分布水位站分布水位站分布排水泵站、排水系统、水闸排水泵站、排水系统、水闸水文数据水文数据吴淞、黄埔公园、芦潮港、外高桥吴淞、黄埔公园、芦潮港、外高桥各站设计高潮位各站设计高潮位 Excel Excel表格表格5050、100100、200200、500500、10001000年一遇年一遇典型潮位过程典型潮位过程ExcelExcel表格表格97119711、派比安、麦莎、派比安、麦莎、2008082520080825防洪调度决策及防洪调度决策及其它信息其它信息南汇区防汛防台专项应急预案南汇区防汛防台专项应急预案（20082008）浦东新区防汛防台应急预案（浦东新区防汛防台应急预案（20082008）WordWord文档文档降雨数据降雨数据“20080825”“20080825”各雨量站实测降雨过程各雨量站实测降雨过程积水数据积水数据资料收集和整理分类名称格式说明地形数据高程点Shape文件基55 基础资料的收集和整理 1 上海市区洪涝仿真模型的建立 2 方案计算 4 模拟结果5 模型的验证 3实例2 上海市区暴雨洪水模拟 基础资料的收集和整理 1 上海市区洪涝仿真模型的建立 2 56上海市区洪涝仿真模型的建立网格数：11933通道数：24557节点数：12625网格平均面积：约0.16km2（400m400m）总面积：2066 km2 网格划分 模型前处理浦东新区上海市区洪涝仿真模型的建立网格数：11933网格划分 模型前57 模型前处理将模拟范围内除黄浦江以外的主要河道作为特殊通道处理；主干道路通道按地形资料赋实际高程值特殊通道处理上海市区洪涝仿真模型的建立 模型前处理将模拟范围内除黄浦江以外的主要河道作为特殊通道处58 模型前处理排水分区（158个）编号编号排水起始时间排水起始时间径流系数径流系数排水能力排水能力排水体积排水体积所包含的网格号所包含的网格号上海市区洪涝仿真模型的建立 模型前处理排水分区（158个）编号排水起始时间径流系数排水59 模型前处理泵站（154个）编号编号类型类型开泵水位开泵水位现状排水能力现状排水能力节点号节点号上海市区洪涝仿真模型的建立 模型前处理泵站（154个）编号类型开泵水位现状排水能力节点60 模型前处理闸门（52个）编号编号类型类型设计高水位设计高水位设计排水流量设计排水流量节点号、通道号节点号、通道号上海市区洪涝仿真模型的建立 模型前处理闸门（52个）编号类型设计高水位设计排水流量节点61 模型主体计算模块主体计算模块利用二维非恒定流水动力学模型求解各个计算时段离散网格周边通道的流速、流量，并在此基础上求出网格的平均水深。上海市区洪涝仿真模型的建立 模型主体计算模块主体计算模块利用二维非恒定流水动力学模型求62 基础资料的收集和整理 1 上海市区洪涝仿真模型的建立 2 方案计算 4 模拟结果5 模型的验证 3实例2 上海市区暴雨洪水模拟 基础资料的收集和整理 1 上海市区洪涝仿真模型的建立 2 63模型的验证上海市暴雨洪水仿真模型的验证派比安”台风期间黄浦江潮位过程的验证“麦莎”台风期间降雨的验证 模型的验证上海市暴雨洪水仿真模型的验证派比安”台风期间黄浦江64 基础资料的收集和整理 1 上海市区洪涝仿真模型的建立 2 方案计算 4 模拟结果5 模型的验证 3实例2 上海市区暴雨洪水模拟 基础资料的收集和整理 1 上海市区洪涝仿真模型的建立 2 65方案计算 防汛墙漫溢(2个方案)1000年一遇设计潮位(派比安潮型和9711潮型)，模拟总时长72h和90h 防汛墙溃决(8个方案)溃口位置宽度(m)溃口堤底高程(m)溃决时水位(m)国家海洋局东海分局1004.34.3第一海洋地质调查大队1004.94.9四八零五厂10044新华港务公司1003.83.84个溃口1000年一遇设计潮位(2种潮型)方案计算 防汛墙漫溢(2个方案)1000年一遇设计潮位(派比66方案计算 海堤漫溢(4个方案)500和1000年一遇设计潮位(2种潮型)(36小时)波浪爬高按上海市城市防洪排水规划汇编一书中的取值和海港水文规范(JTJ 213-98)海堤各段潮位由吴淞站和芦潮港站同时刻潮位按距离插值方案计算 海堤漫溢(4个方案)500和1000年一遇设计潮位67方案计算 海堤漫溢500和1000年一遇设计潮位(派比安潮型和9711潮型)波浪爬高按上海市城市防洪排水规划汇编一书中的取值和海港水文规范(JTJ 213-98)海堤岸段长度(m)波浪爬高(m)50年一遇(书中查得)100年一遇(书中查得)200年一遇500年一遇1000年一遇1407600.00 0.00 0.00 2-119964.164.474.90 5.15 5.23 2-236032.672.73 3.07 2.90 354100.580.94 1.99 2.02 444150.710.78 0.82 0.83 513620.840.92 0.97 0.98 623860.481.771.94 2.04 2.07 711990.91.832.00 2.11 2.14 85190.670.73 0.77 0.78 920000.180.20 0.21 0.21 1019590.681.451.59 1.67 1.70 1132752.492.682.93 3.08 3.13 1222400.760.83 0.87 0.89 1310251.281.842.01 2.12 2.15 1428300.430.47 0.49 0.50 1555050.71.591.74 1.83 1.86 1626300.570.62 0.66 0.67 17166600.71.591.74 1.83 1.86 18（南汇）357971.131.24 1.30 1.32 方案计算 海堤漫溢500和1000年一遇设计潮位(派比安潮型方案计算 海堤溃决(12个方案):3个溃口+200年一遇设计潮位(派比安潮型和9711潮型)3个溃口+1000年一遇设计潮位(派比安潮型和9711潮型)溃口位置宽度(m)溃口堤底高程(m)溃决时水位(m)溃口15005.435.43溃口25003.613.61溃口35003.253.25溃口1溃口2溃口3方案计算 海堤溃决(12个方案):溃口位置宽度(m)溃口堤底69方案计算 典型暴雨和设计暴雨(3个方案):(1)浦东新区“20080825”暴雨 (最大累积降雨量151.5mm)方案计算 典型暴雨和设计暴雨(3个方案):(1)浦东新区“70方案计算 典型暴雨和设计暴雨(3个方案):(2)浦东新区“20080825”最大24小时降雨量，1963年降雨过程(3)20年一遇最大24小时降雨量，1963年降雨过程下边界：“20080825”暴雨期间吴淞站潮位过程方案计算 典型暴雨和设计暴雨(3个方案):(2)浦东新区“71方案计算 组合情况(4个方案)(1)1000年一遇设计潮位防汛墙漫溢+20年一遇24小时降雨过程(1963年型)方案计算 组合情况(4个方案)(1)1000年一遇设计潮位72方案计算 组合情况(4个方案)(2)200年一遇设计潮位海堤漫溢+20年一遇24小时降雨(1963年型)(3)1000年一遇设计潮位海堤漫溢+20年一遇24小时降雨(1963年型)(4)1000年一遇设计潮位海堤溃决+20年一遇24小时降雨(1963年型)方案计算 组合情况(4个方案)(2)200年一遇设计潮位海73 基础资料的收集和整理 1 上海市区洪涝仿真模型的建立 2 方案计算 4 模拟结果5 模型的验证 3实例2 上海市区暴雨洪水模拟 基础资料的收集和整理 1 上海市区洪涝仿真模型的建立 2 74模拟结果 防汛墙漫溢（9711，千年一遇）模拟结果 防汛墙漫溢（9711，千年一遇）模拟结果 防汛墙溃决新华港务公司岸段9711潮型模拟结果 防汛墙溃决新华港务公司岸段9711潮型模拟结果 海堤漫溢设计频率潮型淹没面积(km2)淹没水量(万m3)平均淹没水深(m)最大水深(m)500年一遇派比安125.3116591.066.29500年一遇9711188.1176501.086.491000年一遇派比安203.8199411.127.101000年一遇9711259.1293721.277.41模拟结果 海堤漫溢设计频率潮型淹没面积(km2)淹没水量(万77模拟结果 海堤漫溢1000年一遇设计潮位（9711潮型）模拟结果 海堤漫溢1000年一遇设计潮位78模拟结果 海堤溃决方案名称所在通道号溃口宽度(m)溃口堤底高程(m)溃决时的水位(m)溃决水量(万m3)淹没面积(km2)平均淹没水深(m)最大淹没水深(m)设计潮位 潮型溃口200年一遇派比安溃口1207885005.435.43261386.01.186.05溃口2168625003.613.619295171.01.075.85溃口3245445003.253.2510496138.01.265.859711溃口1207885005.435.433270141.31.056.14溃口2168625003.613.6112665215.81.156.04溃口3245445003.253.2514088195.01.266.041000年一遇派比安溃口1207885005.435.432938201.81.187.34溃口2168625003.613.6112553262.91.297.04溃口3245445003.253.2513582257.01.297.049711溃口1207885005.435.433084258.41.297.44溃口2168625003.613.6116175314.01.517.36溃口3245445003.253.2518886314.91.517.36模拟结果 海堤溃决方案名称所在通道号溃口宽度(m)溃口堤底高79模拟结果 海堤溃决（以方案1为例）模拟结果 海堤溃决（以方案1为例）模拟结果 典型暴雨和设计暴雨20年一遇设计暴雨模拟结果 典型暴雨和设计暴雨20年一遇设计暴雨模拟结果 组合方案1000年一遇海堤溃口2溃决+20年一遇设计暴雨模拟结果 组合方案1000年一遇海堤溃口2溃决城市洪水分析系统城市洪水分析系统网格剖分属性编辑特殊通道添加基础数据导入城市洪水分析系统网格剖分属性编辑特殊通道添加基础数据导入城市洪水分析系统城市洪水分析系统边界条件设定模型运行计算结果后处理上、下边界设置降雨条件设置排水分区设置泵站、闸门设置最大淹没范围、水深分布洪水到达时间分布淹没历时分布网格水深过程查询通道流量过程查询洪水演进动画展示入流过程排水分区水深分布道路流速分布城市洪水分析系统边界条件设定模型运行计算结果后处理上、下边界