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水 利 学 报

2021 年 4 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 4 期

文章编号：0559-9350（2021）04-0381-12

城市暴雨洪涝模拟：原理、模型与展望

徐宗学 ，叶陈雷 1，2
1，2
（1. 城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室，北京 100875；2. 北京师范大学 水科学研究院，北京 100875）

摘要：在气候变化和人类活动的双重影响下，我国城市洪涝问题日趋严重。在对城市水循环规律深入研究的基础
上，开发城市水文水动力模型模拟城市洪涝过程，是弄清城市洪涝致灾机理、减轻洪涝灾害和评估海绵城市减灾
效果的重要工具。本文从我国城市洪涝现状和海绵城市建设出发，总结了城市洪涝模拟方法，对水文模型、水动
力模型以及二者的耦合机理进行了较为深入的分析，并介绍了目前常用的城市洪涝模拟模型。在此基础上，梳理
了当前与城市洪涝模拟相关的热点研究领域，并对其未来发展趋势进行了展望。
关键词：城市洪涝模拟；水文水动力模型；城市综合水系统；洪涝预报与调度；智慧水务
中图分类号：P339 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200515

1 研究背景

随着我国经济社会的快速发展，城镇化进程不断推进，城市人口持续增加。据统计，2018 年
末，全国大陆总人口 139538 万人，比 2017 年末增加 530 万人，其中城镇常住人口 83 137 万人，占总
人口比重（常住人口城镇化率）为 59.58%，比 2017 年末提高 1.06 个百分点，而在 1981 年中国常住人口
［1］
［2］
城镇化率仅为 20.2% ，而且未来我国城镇化率还将进一步提高 。受城市人类活动的影响，城区气
［5］
［4］
［3］
温普遍比郊区气温高 ，“热岛效应” 和“雨岛效应” 凸显，使得城市暴雨洪涝更为集中，灾害形势
更为严峻 ［6-7］ 。近年来“城市看海”频发，如 2012 年北京“7·21”特大暴雨、2016 年武汉“7·6”大暴雨 ［8］
以及前不久发生的“5.22”广州特大暴雨。城市洪涝已成为我国城市发展的痼疾，严重制约了我国经济
社会的发展和人民生活水平的提高。
为解决城市洪涝问题，缓解城市水资源短缺的现状，改善城市水环境，修复城市水生态，2013
［9］
年，国家提出了“海绵城市”建设战略，以期实现雨水的“自然积存、自然渗透、自然净化” 。2014
年 11 月，《海绵城市建设技术指南》发布。从 2015 年初至 2016 年，分 2 批次遴选了全国 30 个海绵城市
建设试点城市。海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面有良好
的弹性，降雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时释水并加以利用。1970 年代，英国政府首次提出
可持续排水系统（SUstainable Discharge System，SUDS），提出了径流源头控制理念，美国环境保护署
提出了最佳管理措施（Best Management Practices，BMPs），强调终端治理以及工程类措施。1990 年代
美国暴雨管理专家提出了低影响开发（Low Impact Development，LID），澳大利亚提出了水敏感城市设
［10］
计（Water Sensitive Urban Design，WSUD） 。
在城市化及海绵城市建设的大背景下，城市暴雨洪涝模拟是防洪排涝、建设海绵城市的核心技
术之一。城市洪涝模拟涉及水文、水动力、遥感、地理信息系统、数学、计算机、人工智能等多个
领域；同时，其它领域新技术的发展也为洪涝模拟提供了巨大帮助，如遥感技术以及丰富的水文气

收稿日期：2020-07-16；网络首发时间：2021-01-19
网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.tv.20210118.1543.001.html
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFC1502701）
作者简介：徐宗学（1962-），教授，主要从事水文学及水资源研究，E-mail：zxxu@bnu.edu.cn
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