极端条件下城市山洪灾害的形成机理与模拟方法研究项目摘要

全球变暖导致极端气象事件频繁发生，使我国洪水灾害发生频率、强度和区域分布规律愈加复杂和难以把握。随着山地丘陵区城市（以下简称为城市）化进程的加快和地震等自然灾害事件的发生，变化了的降雨特征和地表环境将深刻改变城市山洪原有的形成与传播特征，为山洪灾害防治带来了前所未有的困难。本项目从山洪灾害的直接诱发因素- - 暴雨出发，围绕暴雨-山洪（滑坡泥石流）-灾害的致灾过程，研究暴雨山洪和城市洪水的形成机理及预报方法、城区洪水传播、淹没的动力学规律及模拟方法、城市暴雨滑坡泥石流形成的物理机制和临界条件等关键科学问题，通过模型试验、原型监测和数值模拟等综合手段，研究揭示极端条件下城市山洪灾害的新机理、新特征，建立极端条件下的城市洪水预报方法、城市洪水的水动力学模型和滑坡泥石流起动模型，将能为城市山洪灾害预警和短临预报提供基础理论和模型，为山洪灾害的预防和风险管理提供有效的科学和技术支撑。

全球变暖导致极端气象事件频繁发生，使我国洪水灾害发生频率、强度和区域分布规律愈加复杂和难以把握。随着山地丘陵区城市（以下简称为城市）化进程的加快和地震等自然灾害事件的发生，变化了的降雨特征和地表环境将深刻改变城市山洪原有的形成与传播特征，为山洪灾害防治带来了前所未有的困难。本项目从山洪灾害的直接诱发因素——暴雨出发，围绕暴雨-山洪（滑坡泥石流）-灾害的致灾过程，研究暴雨山洪和城市洪水的形成机理及预报方法、城区洪水传播、淹没的动力学规律及模拟方法、城市暴雨滑坡泥石流形成的物理机制和临界条件等关键科学问题。主要新进展包括： （1）针对城市水流传输的多层多系统特点，建立分布式立体化城市洪水模型；探讨了改进雷达测雨数据精度的卡尔曼滤波方法和优化Z-R关系，为分布式城市洪水模型提供了高分辨率降雨数据。建立了考虑场次降雨地表污染物残余的城市暴雨径流非点源污染累积与冲刷模型，提高了传统指数模型的模拟精度。 （2）分析城市洪水的水动力学特征和影响因素，提出了人工渗透法处理干湿边界、提出了单元内非守恒格式-界面守恒格式的组合方法处理复杂底坡源项，建立基于Godunov二阶格式的平面二维水动力学模型；提出汊点水位迭代法，实现一、二维模型的高效耦合，耦合模型应用于城市防洪计算。 （3）通过系列降雨离心模型试验，探讨了均质土坡、含软弱夹层土坡、含裂缝土坡的变形和破坏规律，揭示了雨强、入渗流量和裂缝形式对边坡变形过程和破坏的影响机制。基于塑性余能的结构稳定性理论，提出结构失稳程度的标量度量——余能范数，建立岩质边坡稳定分析新方法——余能范数曲线法。 （4）研究城市洪水和滑坡泥石流灾害的防治理论，提出了实时水库防洪风险调度理论，揭示了阶梯-深潭稳定河床、控制泥石流发生的机制。提出了极端洪水条件下哈尔滨市防洪措施、汶川地震灾区泥石流运动的生态固源治理措施，总结了昆明东川城区泥石流沟治理的经验。 总之，项目研究完成任务。发表期刊论文44篇，其中SCI论文21篇、EI论文16篇（不含SCI论文）、国内核心期刊22篇。傅旭东教授于2011年获得第十二届中国青年科技奖；培养博士生12名、硕士生10名。 2100433B

作为一种典型的浅表层轻型工程，膨胀土路基在正常的自然气候条件下会对建设在其上的路基和构筑物产生较大的危害。而近年来全球变暖使极端气候频发，修筑在膨胀土地区的路基发生水毁灾害的情况也越来越多。目前，膨胀土路基水毁灾害的研究主要集中在膨胀土地质灾害、膨胀土胀缩胀缩机理、非饱和土力学强度理论及膨胀土边坡的数值模拟等研究上。本项目采用理论分析、室内试验、模型试验和现场试验相结合的方法，借助于目前日益发展的全球气候系统模式研究极端气候下膨胀土路基水毁损害特征和规律；把线性或非线性统计变换、随机模拟、Markov链、粗糙神经网络、概念格理论等智能计算技术引入到膨胀土路基水毁灾害的预测当中。研究工作及有关成果将为膨胀土路基的地理分布与极端气候耦合时的水毁预测提供了一种可扩展的算法和模型，并可望应用于极端气候条件下的其他灾害预测。

《晋中山洪防治与研究》通过对晋中市山洪灾害研究数据分析对比，阐述晋中山洪现状及防治方向，为晋中市山洪灾害预防提供了有力的数据和技术支撑。《晋中山洪防治与研究》内容主要包括：晋中市概况、晋中市雨洪特征、晋中市山洪灾害、山区暴雨分析、山区洪水分析、晋中市洪灾分析、晋中市洪灾预警指标、晋中市洪灾防治措施和结论与展望等内容。