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北京市清河流域极端降水及防汛预警指标研究

卢丽  
【摘要】:全球范围内气候变化引发的极端降水事件频繁发生,我国城镇化建设更加剧了城市流域的极端天气和防汛压力。流域下垫面硬化导致降雨径流加大,产汇流进程加快,难以定量化预警,造成防汛响应不及时,城市运行保障亟待提高。针对流域防洪管理中的科学问题,分析流域极端降水事件,研究极端降水条件下暴雨、洪水、调度、洪涝等各特征值的变化和影响,最终建立流域降雨和洪水相关联的预警指标体系,制定响应行动与洪涝风险相适应的应急预案大纲。本文以位于北京市城市中心区北部的清河流域为研究对象,利用1986~2014年降雨和洪水资料,分析流域极端降水事件特性和变化趋势,确定清河流域极端降水阈值。在定量分析流域土地利用类型、地形因子及汇水条件等基础上,对城市洪涝管理模型MIKE FLOOD进行参数化和历史洪水验证。应用验证后的模型,模拟流域洪水过程,通过防汛情景分析,量化流域各防汛情景下的暴雨、洪水和洪涝风险关键节点的关系,确定4级防汛预警级别、指标、可能面临的洪涝风险和应对措施,优化构建清河流域防汛预警指标体系和防汛应急响应预案。并以2016年"720"暴雨洪水进行应用分析,检验预警指标和响应预案在实际防汛管理中的应用效果和存在问题。主要结论如下:(1)清河流域日降水量70mm即可认为发生流域极端降雨事件。极端降雨在总量、强降雨量和日数上均呈下降趋势。汛期1日最大降雨量(Rx1d)、5日最大降雨量(Rx5d)和汛期降雨强度(SDⅡ)均在上游呈上升趋势,下游呈下降趋势,流域上游将比下游面临更严峻的极端降水事件。SDⅡ平均值11mm/d,即平均水平上,汛期每天都会有一场中雨量级降水。清河干流行洪能力强,敞泄时,日雨量70~130mm的极端降水不会带来洪涝灾害风险。(2)清河流域防汛预警指标体系包括雨量、水位、流量3个因子,当预报降雨或监测实况达到降雨阈值触发预警。预警分4级:蓝色预警:流域平均雨量70mm,清河闸水位达到汛期控制水位(37.7m)。清河闸段周边主要交通干线和低洼地区积水;黄色预警:流域平均雨量130mm,沈家坟闸流量达到限泄标准(316 m3/s)。除低洼路段有积水外,沈家坟闸段滩地过水,影响堤内行人和游客安全;橙色预警:流域平均雨量155mm,沈家坟闸流量达到蓄滞洪区启用标准(380 m3/s)。沈家坟蓄滞洪区蓄洪,须封闭蓄洪区域;红色预警:流域平均雨量180mm,清河闸达到设计洪水位,清河上游发生严重内涝。沈家坟闸流量达到二级限泄标准(450m3/s),可能启用沙子营蓄滞洪区。相应制定Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ级由低到高的4级防汛应急响应预案大纲,针对洪涝风险和社会影响,部署行政性和技术性两类抢险救灾。经实测洪水分析验证,参数化的MIKE FLOOD模型与清河降雨产汇流拟合较好,可用于清河流域暴雨洪水的模拟分析。本研究得到的预警指标体系和响应预案大纲可有效避免响应过于前置,把握预警关键时机,是精细化管理的重要技术支撑,为"河长制"的深化实施打下基础。


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