【摘 要】
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由于濒临海洋、地处华南湿润区域且城市化程度高,粤港澳大湾区沿海城市群的洪涝致灾机理往往比较复杂,易受到台风、暴雨、风暴潮、天文大潮等因素的共同影响,引发更为严重的复合型洪涝灾害。目前大部分研究停留在实现单/双因素洪涝模拟,而“台风-暴雨-风暴潮”复合型洪涝数值模拟涉及到大气、海洋、城市水文等多领域,相关研究较少。为探索台风-暴雨-风暴潮联合的复合型洪涝数值模拟,本文以粤港澳大湾区为例,基于一维管网
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由于濒临海洋、地处华南湿润区域且城市化程度高,粤港澳大湾区沿海城市群的洪涝致灾机理往往比较复杂,易受到台风、暴雨、风暴潮、天文大潮等因素的共同影响,引发更为严重的复合型洪涝灾害。目前大部分研究停留在实现单/双因素洪涝模拟,而“台风-暴雨-风暴潮”复合型洪涝数值模拟涉及到大气、海洋、城市水文等多领域,相关研究较少。为探索台风-暴雨-风暴潮联合的复合型洪涝数值模拟,本文以粤港澳大湾区为例,基于一维管网模型、元胞自动机模型构建了城市洪涝耦合模型,结合大气模式与海洋数值模型,探讨了城市化引起的降雨以及下垫面变化对“台风-暴雨”洪涝的放大效应,评估了海平面上升对“台风-暴雨-风暴潮”复合型洪涝的影响规律,总结出以下成果:（1）构建了城市雨水管理模型（SWMM）与元胞自动机模型（WCA2D）的耦合模型（SWMM/WCA2D）,以广州市长湴片区“20180607”场次暴雨为例,模型模拟结果与实测淹没范围、水深相近,表明WCA2D能与SWMM耦合,模拟精度较高,且计算效率是传统水动力模型的3-5倍,表明该模型具有更高的模拟效率,为复杂城市化地区暴雨洪涝快速模拟提供了一种新方法。（2）构建了研究区中尺度天气预报模式（WRF）,结合SWMM/WCA2D模型,研究了高度城市化引起的降雨以及下垫面变化对“台风-暴雨”洪涝的影响。结果表明,城市化后车陂涌流域遭遇“艾云尼”与“山竹”台风、坂田排水片区遭遇“艾云尼”与“彩虹”台风时的暴雨雨量明显增加。以车陂涌流域在“山竹”期间为例,城市化引起的暴雨增大以及下垫面不透水率增加导致积水总面积（d>0.05m）、高水深淹没面积（d>1m）、溢流总量将分别增加22.7倍、74倍、41倍,增幅远高于仅考虑下垫面不透水率增加的情景（3.6倍、7倍、4.8倍）。表明城市化也会导致降雨发生变化,在探讨城市化对“台风-暴雨”洪涝放大效应时应考虑降雨变化的影响。（3）在WRF模式以及SWMM/WCA2D耦合模型基础上,结合MIKE21构建了大气模式-海洋数值模型-城市洪涝模型相结合的复合型洪涝模拟模型,实现了“台风-暴雨-风暴潮”复合型洪涝数值模拟。结果表明,“台风-暴雨-风暴潮”复合型洪涝模拟情景最大淹没面积比“台风-暴雨”洪涝模拟情景增加约4.49倍,而比“台风-风暴潮”洪涝模拟情景增加约90%,且“台风-暴雨-风暴潮”情景的最大淹没面积要大于其他两种双因素洪涝模拟情景之和。表明所构建的复合型洪涝模拟模型能够表征台风、暴雨、风暴潮对洪涝的叠加效应,而仅考虑双因素洪涝模拟会明显低估复合型洪涝程度。（4）基于上述的复合型洪涝模拟模型,研究了4种海平面上升情景对研究区复合型洪涝的影响。模拟结果表明,2050年,海平面上升0.2m/0.5m,研究区遭遇“山竹”台风时的排水系统溢流总量、积水总面积（d>0.05m）、高水深淹没面积（d>1m）将是现状的1.25/1.60倍、1.48/2.75倍以及1.54/4.21倍;2100年,海平面上升0.4m/1.2m,研究区溢流总量、积水总面积、高水深淹没面积将是现状的1.52/2.46倍、2.53/4.35倍以及3.5/10倍。
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