基于精细洪涝模型的城市洪涝预警调度平台

　　（一）基本情况

　　1. 方案概述

　　以城市精细化洪涝模拟模型为支撑，通过整合降雨、流量、工程等各类历史和实时数据，耦合气象预报、潮位等数据服务接口，实现水库、河道洪水过程和地表积水过程精细化模拟。基于三维数字城市大数据平台，在数字高分大屏实现地表积水仿真模拟，逼真展示立交桥、道路积水点等部位的积水过程和风险。为城市洪涝预警调度决策提供精细化的数据和场景支撑。

　　2. 方案实施主体、服务对象及典型适用场景

　　方案由中国水利水电科学研究院和深圳市广汇源环境水务有限公司合作完成。

　　方案主要服务于城市洪涝防治部门。

　　方案功能采用面向应用场景的组织模式，针对暴雨、台风、日常监视等不同场景，分别构建了以汛情监视、态势分析、模拟调度、风暴潮风险评价、溃坝风险分析等几大场景。为城市洪涝预警调度决策提供精细化的数据和场景支撑。

　　3. 方案关键技术

　　方案主要为城市洪涝预警调度提供支撑。

　　日常工作中，以多维度信息的综合展示为主。整合气象信息、潮位信息、降雨信息、预警信息、积水信息、灾情信息、工情信息等洪涝相关信息，主要为决策支持提供实时数据支撑。监测数据主要来源为三防数据库，气象数据和潮位信息通过数据服务接口从气象局、海洋局接入。暴雨造成城市洪涝风险情况下，调用洪涝模拟模型，实现多种设计降雨和边界条件下水库、河道及内涝风险图的综合展示；不同实况或预报降雨条件下，不同调度方案的多方面对比。考虑到应急决策对运算效率的需求，水库、河道风险采用模型实时计算，内涝积水采用以案例库为主、高风险区域实时计算为辅的计算方式。当收到风暴潮预警情况下，需要针对沿海地区，进行风暴潮风险分析。可根据台风预报结果，根据台风强度，展示淹没范围、漫堤风险、影响社区、影响重点对象、影响人口等。可根据台风强度自动生成风险评估报告，为风险应对和调度提供决策支撑。

　　4.方案的必要性、可行性论证及结论

　　必要性：随着城市扩张和全球气候变化，城市内涝问题日益严重，暴雨内涝严重威胁深圳的城市安全。但城市洪涝淹没及影响的预警预报信息缺乏，城市洪涝管理应急分析决策手段不足、精细化程度不高，城市洪涝应急响应针对性和预报预警能力亟待进一步提高。

　　可行性：

　　数据方面，数字城市建设和地形、管网等城市运行相关数据管理的日益规范化，为构建精细化洪涝模拟模型提供了数据基础。各大城市三防信息化基础设施已经初具规模，在信息采集、监视监控、网络通信、数据存储及业务应用方面都取得不少成绩，为预警调度提供了支撑。技术方面：随着大数据、人工智能、虚拟现实等新一代信息技术的发展，带动了虚拟展示终端、数据共享技术、网络条件等软硬件技术的发展，为快速计算、洪涝虚拟仿真提供可有效的技术条件。

　　结论：

　　实现城市精细化管理需要构建以精细化洪涝模型为核心，以城市大数据平台为支撑的城市洪涝预警调度系统，为城市洪涝预警调度提供有力支撑。目前从数据、技术等方面，都具备了建设该平台的基础。

　　5.实施情况和主要特点

　　方案建设参考了数十个国内外相关成功案例的建设经验和特点，整体采用以内涝模型+大数据为支撑、风险关注对象为核心、高清大屏联动场景为前端的建设模式。

　　（1）驾驶舱功能组织方式

　　采用高清大屏为媒介，设计了“驾驶舱”模式的信息呈现方式。面向暴雨、风暴潮、溃坝等不同应用场景，在单一界面通过区域划分组织众多信息，各信息区域在页面内进行通讯，实现各类信息的联动。

　　（2）与数字城市平台紧密结合

　　接入数字城市三维平台，将洪涝模拟结果融入其中，实现洪涝态势的多维展示与推演，从积水点分布到每段积水道路的积水过程进行模拟。

　　（3）基于服务耦合的数据组织

　　采用物理独立、逻辑集成的思路。针对不同的对象，建立不同维度建立数据关系，通过服务接口或数据库接口实现信息的动态接入与读取。

　　（二）方案创新性

　　（1）精细化洪涝模型支撑

　　洪涝模拟模型是整个系统的核心。系统后台集成了深圳河湾流域洪涝模拟模型，其中包括产汇流分析模型、水库调度模型、一维河网水动力模型、二维地表水动力模型、地下管网水动力模型。各个模型之间实现紧密耦合（一维河网模型与水库的耦合，一维河网模型与二维地表模型的耦合，一维河网模型与管网汇流模型的耦合，地表产汇流模型与管网汇流模型的耦合）。系统首先获取模型输入条件，然后调用相应模型，并解析模型计算结果，然后调用关联模型或直接加载到三维场景中进行展示。为了在精度和效率之间保持平衡，采用了滚动计算、案例库、分布式计算等多种手段，最终满足了实际应用需求。

　　（2）基于内涝风险案例库的快速决策

　　预警调度工作对模拟时间有刚性需求，要求系统能快速给出计算结果，而对地表积水的精度相对要求不是太高。精细化洪涝模型（主要是地表积水模拟部分）的计算时间由于其基于物理机制的水流模拟算法，虽然模拟精度高，但计算量大，往往不能满足预警调度的时间要求。本方案采用案例库方式，实现两者的结合。根据不同时段（1h\3h\6h\24h）不同雨强，如1h从10mm、20mm到200mm（超百年一遇），通过设置不同边界条件和工况，进行洪涝模拟，将各种条件和模拟结果存储到案例库中。暴雨时间发生时，以排水分区为单元，通过降雨相似性和工况从案例库中匹配模拟结果，以达到快速决策目标。通过实际应用检验，该方法的效率和时间能满足预警调度决策要求。

　　（三）方案预期成效

　　（应用规模、运维和经济社会效益等）

　　以精细化洪涝模型为核心，以城市大数据平台为支撑，构建了城市洪涝预警调度系统。实现面向暴雨、风暴潮、溃坝等场景的智能应急决策支撑。可在虚拟仿真效果、决策支持效率、洪涝模拟精度等方面，为能城市洪涝预警调度提供有力支撑。。

　　（四）方案可推广性

　　方案适用于城市洪涝预警调度，尤其是经济发达、城市管理水平较高的大城市或特大城市，更能发挥方案的价值。