Page 11 - 水利学报2021年第52卷第4期

术的应用有效弥补了水文气象地面观测资料不足的缺陷，为精细化降雨径流模拟提供了良好的数
据源。
与传统的水文站点监测相比，遥感技术可同时获得其它地面监测技术无法获得的紫外线波段、
红外线波段、微波波段等不可见光信息，以及地面反射率、回波强度、波形等丰富的信息，精细捕
捉传统方法无法获得的气象信息与下垫面信息，极大地丰富了开展城市洪涝模拟研究、气候变化下
城市下垫面变化与城市洪涝风险之间的关系，以及气候变化对城市水循环影响研究的数据来源。遥
感技术以其宏观、形象、快速、经济、周期短，以及可提供多时相数据的技术优势，为水文工作者
从本质上认识城市洪涝的时空演变特征，预测城市洪水情势提供了大量信息。在分析城市水文循环
规律时，除了重点以城区为研究对象外，更需要综合考虑该城市所在区域更大时间尺度与空间尺度
上的水循环规律。例如，在分析北京市气候演变与水文循环规律时，应结合整个华北地区气象与水
文规律，分析华北地区气候演变规律对北京城市水循环规律的影响。另外，随着深度学习技术的发
展，尤其是卷积神经网络在图像识别及特征提取等领域上的优势，将其与遥感技术相结合，应用在
城市洪涝研究中也是当前研究的热点。
3.2 城市综合排水系统模型 水文水动力模型是模拟城市洪涝过程的基本工具，是对城市排水系
统、下垫面与水文气候特征的概化，在建模时应统筹考虑城市复杂系统的产汇流过程。因此，根据
城市实际情况，构建多系统、多模块、多过程、多维度耦合的城市综合排水系统模型是当前的发展
趋势。在对城市局部区域进行精细化模拟时，还需要构建精细化模型，使模拟更趋近现实状态。如
本文前述模拟地面积水与退水时，现有模型大多对积水过程及其反过程做了较大概化，为提高模型
精度，通过源汇项建立一、二维模型方程间的联系，可以实现由满管导致的淹没过程更为准确的描
述。其它如管道堵塞、外河倒灌、河道水位顶托等也可以通过对控制方程联立求解实现。此外，利
用空天地一体化监测方法，以高光谱遥感技术为核心，结合无人机技术，获取城市高分下垫面信
息，从而更精确地计算二维网格上的水流运动。
以两个典型易涝城市为例具体说明。首先以华东内陆城市济南市为例。济南属于暖温带半湿润
区域，为大陆季风气候，其降雨具有历时短、强度大，在时间和空间上易集中的特点。济南中心城
区地势南高北低，南部陡峭的地形使得汇流速度快，对城市洪涝起放大作用。城区街道成为汇水通
道，中心城区街道成为行洪渠道，易出现马路行洪现象 ［41］ 。因此，在洪涝过程模拟时，需考虑街道
汇水过程与马路行洪之间的转换。再以东南沿海城市福州市为例，福州为海洋性季风气候，夏秋受
热带风暴和台风影响，常造成短历时强降雨 ［42-43］ 。城区水系复杂，河网密集，其上游北部为湿润山
区，有八一水库、过溪水库、登云水库等主要水库；城区下游闽江水位则受风暴潮、天文大潮的影
响；平原城区内河、入江口设置有调控内河水位的闸门与泵站，其工况与水库泄洪方案共同组成城
市河湖库联合调度系统。汛期城市常通过启闭内河及外江水闸来调控城市水系，这些水工建筑物的
调度工况直接影响城区的洪涝状况。另外，城区的调度系统除有利于防洪排涝外，还发挥着改善城
市水环境的作用，实现雨天防洪排涝、晴天生态补水。因此，建模时需统筹考虑城市中观尺度水系
联合调度、风暴潮对城市洪涝的影响，因地制宜，形成一套多过程、多模块耦合的城市综合排水模
拟体系。
3.3 城市洪涝预报调度系统 为应对城市洪涝带来的损失，改善城市洪涝现状，我国部分城市已逐

步建立了城市洪涝实时预报系统，如沿海城市深圳、佛山、福州等。图 2 描述了城市洪涝实时预报系
统的基本框架，包括数据层、模型层、预报层和决策层。数据层是实时预报系统的数据基础，包括
城市现状管网、地形、河道、街道、建筑等基本信息；包括城市水文站、气象站监测的历史数据；
还包括由各类监测设备传输至系统后台数据库的实时动态数据。模型层包含了城市洪涝淹没相关的
水文、水动力、水质等模块及其相互间的耦合等。模型是保障实时预报系统的核心，增加模型预报
精度、提高模型计算效率是实时预报系统面临的主要问题。模型通过提供相应的接口供系统集成与
调用。预报层指的是在未来时段降雨与边界条件下，模型输出的洪涝状态数据，这些数据可以利用
后处理技术进行渲染，直观反映城市洪涝状态。决策层是实时预报系统的反馈机制，是对预报调度

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