[00144165]暴雨内涝(杨浦区)精细化预报模型研发与示范应用

一、课题来源与背景 为进一步提高上海市内涝预警水平和上海市公共安全保障能力,上海市科委专题组织气象、水务、民政等部门,以暴雨内涝预报预警技术及其应用为主题立项,通过协作研究,实现气象、水务防汛技术和防灾技术的深度融合。总课题《极端性暴雨内涝影响预报预警技术及决策支持应用平台研发》项目由气象局牵头,我院承担子课题三《暴雨内涝（杨浦区）精细化预报模型研发与示范应用》。作为暴雨内涝预报计算工作的承担主体,我院主要负责杨浦区内涝精细化模型系统和实时预报系统的构建,在解析气象预报数据基础上实时计算内涝结果并发送给示范平台。 二、研究目的与意义 上海作为我国滨江临海特大城市,地处长江流域和太湖流域最下游,地势地平,属于平原感潮河网地区。但河道疏密不均,郊区河网密布,中心城区水面率仅为2.5%,全市90%左右排水系统现状仅1年一遇标准,3~5年一遇标准地区服务范围仅占10%。由于气候变化、海平面上升、局部集中降雨频繁发生、流域洪水归槽、下泄量加大,长江口杭州湾、黄浦江的潮位明显抬高,因洪致涝问题日益突出,涝水自排不畅情况加剧,加上河网规模过小,承载能力不足,多次导致暴雨期间苏州河、虹口港、杨树浦港沿线雨水泵站被迫停机,造成城市积水,严重影响了城市防汛安全。 面对严峻的防涝形势,国家出台了一系列应对政策,包括：《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》（国办发〔2013〕23号）、《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》（国发〔2013〕36号）、《城镇排水与污水处理条例》（国务院令第641号,2014年1月1日施行）、《室外排水设计规范》（GB50014-2016,局部修订版）。这些文件和规范极大推动了城市排水防涝设施的建设和防汛减灾技术水平。其中,23号文指出,要加强城市暴雨内涝风险等方面的研究,全面提升排水防涝数字化水平,积极应用地理信息、全球定位、遥感应用等技术系统。加快建立具有灾害监测、预报预警、风险评估等功能的综合信息管理平台,强化数字信息技术对排水防涝工作的支撑。 构建基于数学模型的城市内涝预警与管控系统,是实践排水防涝数字化管控的新思路,在国内外已经逐步开展研究与应用,可优化排水设施设计与运行方案;内涝风险的实时预警、预报及应急处置,是科学指导排水工程调度运行,发挥排水除涝工程效益,减轻洪涝积水危害的重要基础支撑,对防汛减灾具有重要意义。 本课题聚焦复杂多变的极端性暴雨对上海城市排水造成的内涝灾害,形成上海极端性暴雨、风暴潮及内涝一体化精细化预报技术,建立以极端性暴雨与内涝、风暴潮与内涝数值预报模型为核心的预报系统应用平台;示范应用于杨浦区的极端性暴雨内涝预报及防汛决策支持。 三、主要成果 本项目建立了以极端性暴雨与内涝数值预报模型为核心的预报系统应用平台,示范应用于杨浦区的极端性暴雨内涝预报及防汛决策支持,实现由暴雨的预报向暴雨产生的内涝预报转变。 项目模拟了管网、河网在上游洪水、区域降雨、下游潮汐、泵闸调控各组合工况下的运行情况,并利用历史典型暴雨洪水资料对模型进行了率定和验证,完成了极端性暴雨与内涝精细化预报模型、河网内涝精细化预报模型的数据交换接口。实现每天6点,11点,16点,21点定期自动预报。系统运行期间遭遇3次暴雨,均实现成功内涝风险预报,预报结果同实测数据吻合度较高,为地区防汛应急响应提供了准确及时的技术依据。成果部署在杨浦区防汛指挥部,为杨浦区防汛办提供了暴雨内涝防御相关决策辅助支持。 本课题成果包括： （1）形成暴雨内涝（杨浦区）精细化预报模型研发与示范应用报告。 （2）建立1套上海极端性暴雨内涝精细化预报模型,实现极端性暴雨、高潮位、流域洪水、不同排水情况等多因素综合影响下的极端暴雨内涝精细化预报。 （3） 配合气象局建立1个极端性暴雨内涝预报系统示范应用平台。 四、项目创新点 根据影响上海最大的“风、暴、潮、洪”多碰头极端暴雨内涝防御需要,基于太湖流域洪水预报模型、上海感潮河网预报模型和二维城市管网排水模型等技术,首创了融合城镇排水、区域排涝和风暴潮的上海超大城市极端暴雨内涝一体化实时评估模型,实现了台风暴雨、区域洪水、风暴潮增水等多因素综合影响下的暴雨内涝精细化模拟及实时评估。 五、社会经济效益 课题通过极端暴雨内涝预警可提高防汛排水应急响应决策水平,同时通过优化排水设施运行,减少服务范围的积水,提高杨浦区防范极端暴雨内涝灾害的能力,研究成果可应用于灾害预报、防汛抢险、排水运行管理部门,可实现极端暴雨灾害提前预警、为防汛抢险提供决策支持,为排水泵站、河道泵站的运行调度提供科学的建议。