深圳市2023年“9·7”极端特大暴雨洪涝复盘模拟分析——以深圳龙华区观澜河流域为例.pdf

Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT特邀主编专栏GUEST EDITOR-IN-CHIEFS COLUMN深圳市2023年“9 7”极端特大暴雨洪涝复盘模拟分析以深圳龙华区观澜河流域为例宋利祥 陈嘉雷 刘壮添 吴辉明（珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广州510610）摘要：2023年9月78日，深圳市出现超历史纪录的特大暴雨，龙岗河、深圳河、观澜河等流域遭受严重洪涝灾害。以龙华区观澜河流域为例，采用洪水分析软件HydroMPM构建城市暴雨洪涝模型，对龙华区观澜河流域2023年“9 7”极端特大暴雨洪涝情况进行了模拟，分析了河道漫溢水淹及城区积水情况，为揭示洪涝灾害成因和提出防治对策提供依据。关键词：洪涝灾害；城市洪涝模型；观澜河；深圳市2023年“9 7”极端特大暴雨中图分类号：P426.616文献标识码：A文章编号：1673-9264（2024）01-19-05DOI:10.16867/j.issn.1673-9264.2023438宋利祥，陈嘉雷，刘壮添，等.深圳市2023年“97”极端特大暴雨洪涝复盘模拟分析以深圳龙华区观澜河流域为例J.中国防汛抗旱，2024，34（1）：19-23.SONG Lixiang,CHEN Jialei,LIU Zhuangtian,et al.Retrospective simulation and analysis on“97”extraordinary rainstorm and flood in the Shenzhen CityTaking the Guanlan Watershed of theLonghua District as an exampleJ.China Flood&Drought Management，2024，34（1）：19-23.（in Chinese）0 引言高度城镇化带来“热岛效应”和“雨岛效应”显著，加上全球气候变化的影响，近年来城市极端暴雨频发1-3。受2311号台风“海葵”残余环流、季风和弱冷空气共同影响，2023 年 9 月 7 日 17 时至 8 日 15 时 30 分，深圳市出现超历史纪录的特大暴雨。此次暴雨具有强降雨时段集中、范围超大、降雨持续时间超长、暴雨强度超强的特点，打破了深圳市 1952年有气象记录以来最大 2 h、3 h、6 h、12 h、24 h、48 h、72 h滑动雨量 7项历史极值4。极端特大暴雨造成龙岗河、深圳河、观澜河等流域严重汛情，27条主要河道发生超警戒水位以上洪水，城市遭遇严重洪涝灾害。为揭示深圳市2023年“97”极端特大暴雨洪涝灾害成因并提出相应的防治对策，采用HydroMPM（Hydro Multi-Processes Modeling）洪涝数学模型对龙岗区观澜河流域暴雨洪涝过程进行了复盘，模拟分析了河道漫溢水淹及城区积水等情况。1 模型构建1.1 模型软件简介选用由珠江水利科学研究院自主研发的HydroMPM模型云平台。该平台基于浏览器/服务器模式（Browser/Server，B/S）研发，内置HydroMPM数值模型引擎，实现了一维、二维、一维和二维耦合水动力模型的构建、计算方案配置及成果可视化展示，形成了标准化、一体化的业务操作流程。HydroMPM数值模型引擎能够适应零维（水库调洪、水文产汇流）、一维（河道、管网）、二维（地表漫溢）及其耦合模型多种求解方式，可实现城市暴雨洪涝全过程模拟5。1.2 暴雨洪涝模型构建1.2.1 建模范围本次建模范围以深圳龙华区观澜河流域为主。观澜河收稿日期：2023-10-30第一作者信息：宋利祥，男，正高级工程师，E-mail：。基金项目：水利青年人才发展资助项目（极端暴雨条件下特大城市洪涝灾害链风险评估与应急避险对策研究）。19Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱特邀主编专栏GUEST EDITOR-IN-CHIEFS COLUMN干流河宽50130 m，发源于大脑壳山，自南向北流经布吉街道、观澜街道、龙华街道、光明街道。观澜河全流域面积241.1 km2（其中龙华区175.6 km2），干流河道长14.19 km，河床平均比降2.07。1.2.2 一维河道模型构建一维模型建模河流包括龙华区范围内观澜河、龙华河、茜坑水、岗头河、横坑仔河、白花河等22条主要河道，建模总长度105 km。为获得稳定的水位流量关系，将观澜河干流延伸至东莞市塘厦镇。河流断面间距按最大不超过300 m控制，在跨河桥梁、水利工程（闸、水陂）、河涌转弯、断面变化剧烈等位置进行断面加密，最小断面间距约为20 m。按上述原则共布置河涌断面857个，平均断面间距约120 m。一维河道模型示意图如图1所示。1.2.3 二维地表模型构建以龙华区建成区为边界，根据数字高程模型（DEM）分析流域分水岭并适当外拓，得到包含所有可能淹没区的二维模型范围，共计237 km2。采用三角网格剖分计算域，河道两侧及主要道路网格边长按不大于30 m控制，城区网格边长按不大于50 m控制，山区网格边长按不大于200 m控制，二维模型共包含37.6万个网格。二维模型局部网格及地形示意图如图2所示。1.2.4 管网模型龙华区内河道附近共有729个主要雨水排口，排水能力强的管渠主要分布在观澜河干流附近，其他支流承接的排水管渠最大排水能力一般在5 m3/s以下。根据各排水口上游连接的所有排水管渠分布及地形等确定各排水口的排水分区范围。经分析和划分，各沿河排水口的排水分区划分如图3所示。排水分区划分后，根据其与二维网格几何中心点相交情况确定各排水分区内的二维网格编号，从而实现二维地表模型与管网模型的耦合。1.2.5 一维河道二维地表管网耦合模型产汇流模型、一维河道模型、二维地表模型、管网模型通过以下过程进行耦合：根据水文方法计算得到的山地洪水作为一维河道和二维地表模型的流量边界。一维河道二维地表模型通过堤岸进行耦合，以模拟漫堤洪水演进过程。耦合前，需根据一维河道堤岸高程对二维模型堤岸高程进行修正。一维河道管网通过排水口进行耦合，以反映管网的点源汇入及河道水位对管网的顶托作图1 一维河道模型示意图图2 二维模型局部网格及地形示意图（a）局部网格（b）地形水系河道断面图例北3202882562241921601289664320高程/m北20Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT特邀主编专栏GUEST EDITOR-IN-CHIEFS COLUMN用。二维地表管网通过二维网格进行耦合，以模拟积水点周边内涝及管网对地面积水的排水作用。1.2.6 模型率定采用各河道最新的初设报告、施工图中的设计水面线对河道糙率进行初步率定，然后结合调研中河道实际情况和重要卡口等对河道糙率、模型建筑物进行进一步调整。最后对比河道实测易漫溢段与模拟淹没情况验证模型合理性。经率定，河道糙率取值为0.0130.045。同时，采用龙华区内53个积水风险点实测淹没水深和淹没范围资料对河道地表管网耦合模型进行了率定，以确保耦合模型能满足内涝模拟的精度要求。2 观澜河流域洪涝水淹分析采用构建好的城市暴雨洪涝模型，对2023年深圳市“97”极端特大暴雨过程进行模拟，重点分析河道漫堤及城区积水情况（图4）。2.1 河道漫溢水淹情况根据模拟结果可以看出，2023年深圳市“97”极端特大暴雨洪水造成龙华区观澜河流域多处出现漫堤，其中樟坑径河、君子布河及白花河3条支流的漫堤情况较为严重，共有7处漫堤点，漫堤洪水淹没范围如图5所示。根据图3 沿河排水口的排水分区划分图图4 雨量站实测降雨过程图图5 河道漫溢情况模拟结果樟坑径河丰南苑段樟坑径河民心桥段樟坑径河观壹城段君子布河德茂路段君子布河君新路段白花河竹山路段白花河美嘉美段（a）樟坑径河（b）君子布河（c）白花河图例淹没水深/m0.10.30.30.50.51.0水系龙华行政边界北北北图例淹没水深/m0.10.30.30.50.51.0水系龙华行政边界图例淹没水深/m0.10.30.30.50.51.0水系龙华行政边界排水口排水分区水系龙华行政边界图例北17:0021:0001:0005:0009:0013:0017:00民治雨量站龙华雨量站樟坑径雨量站0102030405060时间（时：分）降雨量/mm21Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱特邀主编专栏GUEST EDITOR-IN-CHIEFS COLUMN模拟结果可知：樟坑径河民心桥段右岸漫溢段淹没面积为 7 629 m2，平均淹没水深为 0.41 m；樟坑径河观壹城段左右岸漫溢段淹没面积为 13 568 m2，平均淹没水深为0.87 m；樟坑径河丰南苑段左右岸漫溢段淹没面积为5 791 m2，平均淹没水深为0.65 m；君子布河君新路段左右岸漫溢段淹没面积为 2 434 m2，平均淹没水深为 0.81 m；君子布河德茂路段左右岸漫溢段淹没面积为 19 251 m2，平均淹没水深为 0.37 m；白花河美嘉美段左岸漫溢段淹没面积为 4 532 m2，平均淹没水深为 0.27 m；白花河竹山路段左右岸漫溢段淹没面积为9 427 m2，平均淹没水深为0.65 m。经模型分析及现场调研，上述河道发生漫溢水淹，除了区域降雨超标准、下垫面硬化导致径流系数增大等因素外，城市开发建设导致河道行洪断面缩窄也是一个重要因素。例如，樟坑径河观壹城段跨河桥梁阻水比较大，观壹城至旭玫新村87号楼部分河段断面缩窄，导致过流能力不足；君子布河在德茂路桥上游河道断面宽度由15.2 m变为7.5 m2.4 m桥涵加2DN2000分流管道，河道过流断面缩窄，阻碍河道行洪。2.2 城区积水情况根据现场调查及模型模拟结果，龙华区内积水深度达到0.15 m以上且影响相对明显的积水点共计46个，其中，最大积水深度在0.50 m以上的积水点共有16个。积水区域模拟结果与调查结果对比见表1。由模拟结果可知，模拟积水深度误差为0.010.29 m，总体上与实际积水深度较为吻合，平均相对误差约为32%，基本合理模拟了城区积水情况。经模型分析及现场调研，上述地点发生积水，除了区域降雨超标准、区域管网排水能力不足等因素外，河道对排水管渠的顶托作用也是一个重要因素。本次暴雨过程中，白花河、上芬水、油松河等河道水位上涨较快，河道水位较高且箱涵接近满流，造成局部区域排水不畅，形成了观平路建材市场路口、民治大道万众城（民治大道绿景香颂段）、工业路壹城中心等多个积水点。以民治大道万众城（民治大道绿景香颂段）为例，该段区域雨水直排油松河，本次暴雨过程中油松河水位已接近漫堤，在高水位下雨水管渠已无法正常排水，造成积水水深达到1.00 m。序号12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546地点有轨电车下围站民心桥有轨电车文澜站下围新村公交站松原厦家风馆科盛路观平路建材市场路口大和村190号门前樟坑径河新田小学段巡查向西新村民治大道万众城（民治大道绿景香颂段）福龙路赣深铁路段（简上路至人民路段）福龙路人民路桥底民丰路横岭四区段工业路转梅龙大道布龙路东行右转民治大道龙观大道牛地铺公交站段人民路华润万家宝华路与山咀头路交汇处龙观大道油松加油站和平路与东环一路交汇处大浪南路华联幼儿园工业路壹城中心三合村牌坊华荣路机荷桥底布龙路龙山加油站新围街大浪南路与华悦路交汇处罗泰路机荷高速桥底观澜大道竹村段章阁路行政服务中心宏发雅苑停车场华盛峰荟名庭一期小飞象港式茶餐厅章阁路塘前老村门口福民社区外经工业园龙华大道库坑天桥龙华大道桂香路口泗黎路库坑中心村前昌茂二路民和路隧道口库坑围仔老村高尔夫球会内部路万安堂观澜街道办桂花路庙溪段平均积水深度/m调查值0.800.500.300.500.500.500.300.600.200.601.000.300.500.300.300.150.200.200.200.200.200.300.500.150.200.150.400.350.400.500.300.600.400.300.200.601.300.301.300.400.150.500.200.400.400.15模拟值0.710.440.450.530.580.460.330.420.310.551.290.330.630.470.420.230.250.180.330.250.190.460.390.210.340.220.430.450.540.350.280.480.570.490.270.351.050.361.210.270.330.680.160.590.520.23表1 积水区域模拟结果与调查结果对比22Jan.2024 NO.1 VOL.342024年1月 第1期 第34卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT特邀主编专栏GUEST EDITOR-IN-CHIEFS COLUMN3 结论采用 HydroMPM 模型云平台构建了深圳龙华区观澜河流域城市暴雨洪涝模型，对深圳市2023年“97”极端特大暴雨进行了复盘模拟分析，模拟了河道漫溢水淹及城区积水情况，主要结论如下。（1）本次暴雨造成了部分河段漫溢水淹，其中，樟坑径河、君子布河及白花河3条支流的漫堤情况较为严重，共有7处漫堤点，淹没面积共计62 632 m2，平均淹没水深0.270.87 m。水淹范围模拟结果与现场调查情况基本一致。（2）本次暴雨导致积水深度达到0.15 m以上且影响相对明显的积水点共计46个，其中，最大积水深度在0.50 m以上的积水点共有16个。与现场调查情况相比，积水区域的模拟积水深度误差为0.010.29 m，总体上与实际积水深度较为吻合，平均相对误差约为32%，基本合理模拟了城区积水情况。（3）河道发生漫溢水淹，除了区域降雨超标准、下垫面硬化导致径流系数增大等因素外，城市开发建设导致河道行洪断面缩窄也是一个重要因素。（4）城区发生较为严重的积水，除了区域降雨超标准、区域管网排水能力不足等因素外，河道对排水管渠的顶托作用也是一个重要因素。参考文献1 陈文龙，徐宗学，刘培，等.粤港澳大湾区洪潮涝灾害与防御策略M.南京：河海大学出版社，2020.2 张书函，郑凡东，邸苏闯，等.从郑州“2021.7.20”暴雨洪涝思考北京的城市内涝防治J.中国防汛抗旱，2021，31（9）：5-11.3 喻海军，陈小兰，刘昌军，等.郑州中心城区2021年“7 20”特大暴雨洪涝复盘模拟分析J.中国防汛抗旱，2022，32（5）：11-15.4 深圳市水务局.深圳“97”极端特大暴雨洪涝灾害调查评估报告R.2023.5 胡晓张，宋利祥.HydroMPM2D水动力及其伴生过程耦合数学模型原理与应用M.北京：中国水利水电出版社，2018.Retrospective simulation and analysis on 97 extraordinary rainstorm andflood in the Shenzhen CityTaking the Guanlan Watershed of the LonghuaDistrict as an exampleSONG Lixiang,CHEN Jialei,LIU Zhuangtian,WU Huiming(Pearl River Water Resources Research Institute,Guagnzhou 510610)Abstract:Record-breaking rainstorm occurred in Shenzhen during the Sep 7th and 8th,2023,which caused severe pluvialflooding,resulting in enormous damage in the watersheds including Longgang,Shenzhen and Guanlan watersheds.This researchsimulated the flooding of the Guanlan watershed in the Longhua District during the rainstorm,with the flooding analysis software,HydroMPM.Then,the situations of river channel overflow and the waterlogging in the urban areas were analyzed.The researchresults help revealing the causes of flooding disaster formation and thus providing reference to the decision-making oncountermeasures.Keywords:flood disaster;urban flood model;Guanlan Watershed;Shenzhen 97 extraordinary rainstorm编辑 姚力玮23