基于mike11和mike21的城市暴雨洪涝灾害风险分析

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1、基于ＭＩＫＥ１１和ＭＩＫＥ２１的城市暴雨洪涝灾害风险分析＊初祁１）彭定志１）徐宗学１）孟德娟２）甄婷婷３）姜其贵２）（１）北京师范大学水科学研究院，１００８７５，北京；２）北京市城市规划设计研究院，１０００４５，北京；３）北京市首都规划设计工程咨询开发公司，１１０１０２，北京）摘要应用ＭＩＫＥ１１和ＭＩＫＥ２１分别构建北京市大兴区天堂河下游地区一维和二维水动力学模型，采用ＤＨＩＭＩＫＥＦＬＯＯＤ耦合模拟了不同暴雨重现期下该地区的淹没特性．为分析该地区暴雨洪涝灾害的危险性，研究模拟了不同情景下各骨干渠道考虑限制下泄流量的排水状况，整个研究区淹没范围随时间的演

2、变趋势和空间上的分布状况．研究结果表明，整个研究区现状防洪能力不足２０ａ一遇设计标准，且研究区局部区域最大淹没深度超过２ｍ，最大积水时间超过８ｈ，是防洪排涝的重点区域．该结果可为下一步暴雨风险评估，滞洪区的选址和闸坝调度方案的制定提供参考依据．关键词ＭＩＫＥ１１；ＭＩＫＥ２１；城市暴雨；洪涝；危险性洪涝灾害是中国最常见、影响最严重的自然灾害类型之一，在造成人员死亡数、受影响人口数和经济损失的自然灾害事件排名中居于首位．目前，“逢暴雨必涝”已成为中国城市的真实写照［１］，极大地束缚了城市的正常运行．城市暴雨洪涝灾害所引发的一系列社会经济问题成为困扰城市发展的主

3、要灾害因素［２］．为了提高城市应对暴雨洪涝灾害的能力，国内外关于城市暴雨洪涝灾害的研究逐渐从关注灾害成因机理和灾情数理统计方法转向注重灾情实时动态变化、高精度的基于情景模拟的分析方法［３］．从情景模拟分析的角度考虑，城市暴雨洪涝灾害危险性是指“一定区域由一定发生概率的降水所导致的地面积水的深度大小，可用不同深度积水对不同承灾体可能的危害程度来表征．”城市暴雨洪涝灾害的危险性评估为下一步进行暴雨洪涝灾害风险评估提供了基础．目前用于分析城市暴雨洪涝灾害风险的水力学模型有丹麦水利研究所（ＤＨＩ）开发的ＭＩＫＥ系列模型［４－７］，美国环境保护署开发的ＳＷＭＭ模型，欧

4、洲委员会联合研究中心开发的ＬＩＳＦＬＯＯＤ模型［８］等．其中，ＤＨＩＭＩＫＥ系列模型由于其界面友好，功能全面，广泛应用在国内城市洪涝灾害危险性评估中［９－１１］．北京作为中国政治文化的中心，在我国社会经济发展建设中有着举足轻重的地位．然而，近几年来，北京地区极端暴雨发生的频率和强度显著增加，暴雨引发灾情的概率和程度不断上升，加上人口和经济的快速增长，使得北京市面对暴雨洪涝灾害的脆弱性进一步增强［１２］．北京大兴区天堂河流域处于北京市南部的地势低洼区，由于北京市整体地势自西向东南方向倾斜，该地区洪涝灾害风险显著高于其他地区．另外，区域内的两条主要排水通道因汇入

5、天津市，由于省市限泄要求严格限制了其下泄流量，使得该区域成为北京市区暴雨洪涝灾害最为严重的区域之一．本研究采用ＤＨＩＭＩＫＥ１１和ＭＩＫＥ２１模型，分别基于２０、５０和１００ａ一遇的暴雨重现期，模拟和分析不同暴雨情景下该研究区各骨干渠道纵断面的排水状况和整个研究区淹没范围随时间的演变趋势以及空间上的分布状况，为防洪排涝决策提供技术支撑．研究区概况研究区属于北京市大兴区天堂河流域，北临龙河，西南靠永定河灌渠，东部以永北干渠为界，位于北纬３９°２５′～３９°４５′，东经１１６°～１１６°３５′之间，区域总面积为３２４ｋｍ２（如图１所示）．研究区位于永定河冲积平原

6、，地势自西向东南缓倾，海拔高程位于２０～４５ｍ之间，坡度在０．５‰～２．０‰左右．整个研究区以非建设用地为主，约占８０％以上．土壤以砂土、砂壤土为主．研究区为中纬度暖温大陆性季风气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎热，春季少雨多风，秋季天高气１＊北京市自然科学基金资助项目（８１４１００３）通信作者，ｅ－ｍａｉｌ：ｚｘｘｕ＠ｂｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ收稿日期：２０１４－０３－３１第５期初祁等：基于ＭＩＫＥ１１和ＭＩＫＥ２１的城市暴雨洪涝灾害风险分析４４７爽．年平均气温１１．６℃，最热月份在７月，平均气温２５．８℃，最冷月份在１月，平均气温－４．８℃．全年无霜期２０

7、９ｄ．年平均降雨量５００．３ｍｍ，汛期降雨量４３２．２ｍｍ，占全年降雨量的８６．４％．年平均日照总数为２７７２．３ｈ．的分布状况，遵循河网的概化原则［１５］对已有的河网进行了概化．概化后的河网如图２所示，由１０条渠系组成，均考虑其排水作用．除天堂河、中堡干渠、大狼垡沟、田营沟、永北干渠５条主要河道外，还有天堂河的３条支流：第三支渠、新一渠、双东渠，以及汇入新一渠的２条支渠．天堂河的河道断面资料为实测河道断面资料．研究区主要河道的基本信息如表１所示．表１研究区主要河道信息统计表河道名称河道长度／ｋｍ水面宽度／ｍ计算水位点数断面数天堂河中堡干渠大狼垡沟田营沟永北

8、干渠２７．０１３．３２１１．９７１２．９３１８．４２