極端條件下城市山洪災害的形成機理與模擬方法研究項目摘要

全球變暖導致極端氣象事件頻繁發(fā)生，使我國洪水災害發(fā)生頻率、強度和區(qū)域分布規(guī)律愈加復雜和難以把握。隨著山地丘陵區(qū)城市（以下簡稱為城市）化進程的加快和地震等自然災害事件的發(fā)生，變化了的降雨特征和地表環(huán)境將深刻改變城市山洪原有的形成與傳播特征，為山洪災害防治帶來了前所未有的困難。本項目從山洪災害的直接誘發(fā)因素- - 暴雨出發(fā)，圍繞暴雨-山洪（滑坡泥石流）-災害的致災過程，研究暴雨山洪和城市洪水的形成機理及預報方法、城區(qū)洪水傳播、淹沒的動力學規(guī)律及模擬方法、城市暴雨滑坡泥石流形成的物理機制和臨界條件等關鍵科學問題，通過模型試驗、原型監(jiān)測和數值模擬等綜合手段，研究揭示極端條件下城市山洪災害的新機理、新特征，建立極端條件下的城市洪水預報方法、城市洪水的水動力學模型和滑坡泥石流起動模型，將能為城市山洪災害預警和短臨預報提供基礎理論和模型，為山洪災害的預防和風險管理提供有效的科學和技術支撐。

全球變暖導致極端氣象事件頻繁發(fā)生，使我國洪水災害發(fā)生頻率、強度和區(qū)域分布規(guī)律愈加復雜和難以把握。隨著山地丘陵區(qū)城市（以下簡稱為城市）化進程的加快和地震等自然災害事件的發(fā)生，變化了的降雨特征和地表環(huán)境將深刻改變城市山洪原有的形成與傳播特征，為山洪災害防治帶來了前所未有的困難。本項目從山洪災害的直接誘發(fā)因素——暴雨出發(fā)，圍繞暴雨-山洪（滑坡泥石流）-災害的致災過程，研究暴雨山洪和城市洪水的形成機理及預報方法、城區(qū)洪水傳播、淹沒的動力學規(guī)律及模擬方法、城市暴雨滑坡泥石流形成的物理機制和臨界條件等關鍵科學問題。主要新進展包括： （1）針對城市水流傳輸的多層多系統(tǒng)特點，建立分布式立體化城市洪水模型；探討了改進雷達測雨數據精度的卡爾曼濾波方法和優(yōu)化Z-R關系，為分布式城市洪水模型提供了高分辨率降雨數據。建立了考慮場次降雨地表污染物殘余的城市暴雨徑流非點源污染累積與沖刷模型，提高了傳統(tǒng)指數模型的模擬精度。 （2）分析城市洪水的水動力學特征和影響因素，提出了人工滲透法處理干濕邊界、提出了單元內非守恒格式-界面守恒格式的組合方法處理復雜底坡源項，建立基于Godunov二階格式的平面二維水動力學模型；提出汊點水位迭代法，實現(xiàn)一、二維模型的高效耦合，耦合模型應用于城市防洪計算。 （3）通過系列降雨離心模型試驗，探討了均質土坡、含軟弱夾層土坡、含裂縫土坡的變形和破壞規(guī)律，揭示了雨強、入滲流量和裂縫形式對邊坡變形過程和破壞的影響機制。基于塑性余能的結構穩(wěn)定性理論，提出結構失穩(wěn)程度的標量度量——余能范數，建立巖質邊坡穩(wěn)定分析新方法——余能范數曲線法。 （4）研究城市洪水和滑坡泥石流災害的防治理論，提出了實時水庫防洪風險調度理論，揭示了階梯-深潭穩(wěn)定河床、控制泥石流發(fā)生的機制。提出了極端洪水條件下哈爾濱市防洪措施、汶川地震災區(qū)泥石流運動的生態(tài)固源治理措施，總結了昆明東川城區(qū)泥石流溝治理的經驗。 總之，項目研究完成任務。發(fā)表期刊論文44篇，其中SCI論文21篇、EI論文16篇（不含SCI論文）、國內核心期刊22篇。傅旭東教授于2011年獲得第十二屆中國青年科技獎；培養(yǎng)博士生12名、碩士生10名。 2100433B

作為一種典型的淺表層輕型工程，膨脹土路基在正常的自然氣候條件下會對建設在其上的路基和構筑物產生較大的危害。而近年來全球變暖使極端氣候頻發(fā)，修筑在膨脹土地區(qū)的路基發(fā)生水毀災害的情況也越來越多。目前，膨脹土路基水毀災害的研究主要集中在膨脹土地質災害、膨脹土脹縮脹縮機理、非飽和土力學強度理論及膨脹土邊坡的數值模擬等研究上。本項目采用理論分析、室內試驗、模型試驗和現(xiàn)場試驗相結合的方法，借助于目前日益發(fā)展的全球氣候系統(tǒng)模式研究極端氣候下膨脹土路基水毀損害特征和規(guī)律；把線性或非線性統(tǒng)計變換、隨機模擬、Markov鏈、粗糙神經網絡、概念格理論等智能計算技術引入到膨脹土路基水毀災害的預測當中。研究工作及有關成果將為膨脹土路基的地理分布與極端氣候耦合時的水毀預測提供了一種可擴展的算法和模型，并可望應用于極端氣候條件下的其他災害預測。

《晉中山洪防治與研究》通過對晉中市山洪災害研究數據分析對比，闡述晉中山洪現(xiàn)狀及防治方向，為晉中市山洪災害預防提供了有力的數據和技術支撐。《晉中山洪防治與研究》內容主要包括：晉中市概況、晉中市雨洪特征、晉中市山洪災害、山區(qū)暴雨分析、山區(qū)洪水分析、晉中市洪災分析、晉中市洪災預警指標、晉中市洪災防治措施和結論與展望等內容。