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　　20世纪60年代起，计算机模型开始广泛用于流域水文模拟，至今已经发展了上百种流域水文模型。而城市雨洪模型则主要起步于20世纪70年代，最初由部分政府机构（如美国环保署）组织开展模型研发工作，目前已经发展了多种城市雨洪模型，由简单的概念性模型到复杂的水动力学模型，由统计模型到确定性模型。一般而言，模型都包括降雨径流模块、地表汇流模块和地下管网模块等。

　　纵观城市雨洪模型的发展，模型大致可以分成以下3类：①将水文学方法和水力学方法相结合，分别用于模拟城市地面产汇流过程及雨水在排水管网中的运动，该方法基本单元是水文概念上的集水区域，所以其计算结果仅能反映计算范围内关键位置或断面的洪涝过程；②采用一二维水动力学模型模拟城市内洪水的演进过程，该方法可以充分考虑城市地形和建筑物的分布特点，较好地模拟城区洪水的物理运动过程，并可详细提供洪水演进过程中各水力要素的变化情况；③利用GIS的数字地形技术分析洪水的扩散范围、流动路径，从而确定积水区域，该方法以水体由高向低运动的原理作为计算的基本依据，所提供计算结果仅能反映城市洪水运动的最后状态，不能详细描述洪水的运动过程。对比国内外城市雨洪模型的特点可知：在性能方面，国内自主开发的软件功能相对比较单一，主要围绕某个特定问题展开，而国外模型相对成熟且功能较强，集合水量水质模拟及排水防洪规划等多方面内容；在通用性方面，国内则突出重点地区的应用研发，通用性较差，国外模型则广泛用于城市排水设计、规划和管理等诸多工作，形成了一系列的商业性软件或工具，为成果推广应用提供可能。城市雨洪模型发展至今已经形成了较为完善的概念框架和流程。

　　总体上，城市雨洪模型框架主要包括数据收集与处理模块、城市雨洪计算分析模块和成果输出与综合可视化模块三大类，主要流程包括：①确定模型总体结构，一般含输入输出、模型运算和服务模块等；②确定模型微观结构，如降雨径流模块的计算结构、管网系统模块的计算组成以及各模块的耦合问题等；③整理数据，结合模型结构，确定数据集或建立相适应的数据库；④确定模型参数及边界条件，进行参数率定和验证；⑤成果输出与展示，结合GIS空间分析处理功能，耦合城市雨洪模型，实现成果可视化展示。

　　2.3模型参数优化与不确定性分析

　　模型参数优化与不确定性分析是数学模型应用的关键环节。模型的不确定性可能来源于模型结构，模型输入数据以及模型参数。特别是城市雨洪模型，由于模型结构相对于流域水文模型更为复杂，且资料的缺失或不全可能导致输入的不确定性，以及参数众多带来的参数不确定性问题，这些都成为城市雨洪模型应用过程中的主要难题之一。因此，模型率定、敏感性和不确定性分析是评估模型结果精度和可靠性的关键。目前，重点针对模型参数问题已经开展了诸多研究，如Barco等针对SWMM模型进行自动优化，Dotto等评估了MUSIC模型的参数敏感性，Thorndahl等探讨了MOUSE模型的参数优化及不确定性问题，Khu等分析了不同优化方法在BEMUS模型中的应用，Deletic等提出了全局不确定性评估框架，应用在水量水质耦合模型中。尽管在不确定性方面取得了一些共识，但在理论和实践方面仍存在诸多挑战和困难。随着城市水循环理论的不断完善，城市雨洪模型计算模块逐渐增多，数据资料需求难度增大，加之气候变化等外界因素干扰，致使模型复杂度急剧增加，不确定性问题更加凸显。因此，如何综合处理上述不确定性问题将成为今后模型研究和应用推广的一个重点方向。

　　3、城市雨洪管理与利用

　　雨水作为城市水循环系统中的重要环节，对调节地区水资源和改善生态环境极为关键。诸多研究证实城市雨洪管理是解决城市防洪排涝、减缓水污染、缓解水资源短缺、构建人水和谐城市景观的有效途径，然而不合理的城市发展与规划致使严重的城市水资源短缺和雨洪灾害问题。因此，如何有效开展城市雨洪管理与利用成为城市水文学研究的热点话题。在过去的几十年中，欧美部分发达国家已形成了较为完善的城市雨洪管理体系，如美国通过最佳管理措施（BMP）和低影响开发（LID）的应用大幅度削减了城市面源污染，英国利用可持续排水系统（SUDS）大大改善了城市水生态环境，澳大利亚实施的水敏感型城市设计（WSUD）也极大地缓减了城市供水紧张等问题。近年来，为综合应对未来城市发展挑战，坚持可持续发展的原则，中国也尝试开展城市雨洪管理体系研究与探索，如“十一五”期间北京和上海等特大城市率先开展城市雨水资源化利用研究与试点。虽然在一定程度上取得了良好效果，但尚未形成体系，缺乏综合有效的管理技术、相关法规及政策支持。因此，鉴于中国城市化发展现状及水资源安全问题，国内城市雨洪管理研究面临着重要的机遇及挑战，应结合实施的最严格水资源管理制度和水生态文明建设等相关政策，深入探讨中国城市雨水综合利用与管理技术，为建设生态文明城市及保障城市水安全提供技术支撑。

　　3.1城市雨洪管理目标

　　一般认为城市雨洪管理可分为水量管理、水质管理、水生态管理和可持续管理。从国外城市雨洪利用与管理体系分析，城市雨洪管理体系经历了传统排水管理体系和生态排水管理体系两个阶段。传统排水管理体系以管道快排快放，保障城镇和住区洪涝安全为主；生态排水管理体系则主要以生态收集与处理的技术措施为主，同时考虑雨水的资源化和降雨径流污染控制。Fletcher等总结了城市雨水管理的主要目标为：①以可持续的方式管理控制城市水循环过程；②尽可能地维持天然状态下的径流体制；③保护和修复水质环境；④保护和修复水体生态系统；⑤雨水资源化利用；⑥强化城市景观设计和基础设施建设。结合中国正在开展的城市排水（雨水）防涝综合规划编制工作，国内城市雨洪管理的基本目标主要是雨水径流量控制、雨水污染控制和雨水资源化利用。

　　3.2城市雨洪管理技术

　　城市雨洪管理技术主要包括两种：一是建立雨水集蓄利用系统，通过雨水集蓄设备收集雨水经处理后用作杂用水；二是修建雨水地表入渗系统，由入渗池、入渗井、绿地和透水路面等组成的系统进行导渗，使地下水得到补给。这些技术方案包括源头控制、中途控制和末端控制三类，其中源头控制是从雨水的源头上控制，如屋顶绿化、雨水花园、透水铺装和雨水收集器等；中途控制则主要围绕溢流污染控制和合流制改造等问题；末端控制包括了河道末端集中储存处理技术、人工湿地、生态堤岸和雨水塘等。总结国外诸多城市雨洪管理技术方案的主要特点。近年来，国内学者也结合现有的城市雨洪管理技术开展试点应用研究，如贾海峰等提出了城市降雨径流控制LIDBMPs规划方法体系，许萍等提出了中国低影响开发城市雨洪管理模式的推广策略，潘安君等提出了北京市城市雨洪管理的初步构想以实现防洪减灾、雨洪利用和改善环境的三大目标等。虽然国内已开展了诸多有益的尝试，但仍有很多工作需要深入探讨。

　　因此，在借鉴发达国家先进经验的基础上，结合中国城市降雨特征与城镇化快速发展的特点，逐步改变传统的雨水快排理念，基于经济和生态的角度构建“径流减排-污染控制-积蓄回用-生态处置”等多目标的科学管理系统，实现源头控制、中途控制和末端治理相结合的城市雨洪综合管理体系，需要加强以下工作：①统一以源头管理和生态处置技术为主，最大程度模仿自然的雨水生态排水管理理念；②加强法规和政策研究，从制度和机制上引导和保障雨水生态排水体系的建设和实施；③加快城市雨水排水方式转变，从规划层面构建城市雨水生态处理和可持续循环利用模式；④加大雨水生态收集处理技术和设施的本土化研究力度，通过建立一大批工程的示范效应，推广雨水生态排水方式的应用；⑤重视技术和设施的标准化建设工作，加快推进雨水生态排水技术的规模化应用进程。

　　4、面临的主要挑战及关键问题

　　综观近年来国内外研究成果，尽管城市雨洪模拟及管理的理论和实践研究已取得了长足的进步，研究方法也不断完善，但仍面临着诸多挑战和困难，特别是全球气候变化和城市化进程的不断加快，使得全球范围城市洪涝灾害问题突出。因此，当前城市雨洪模拟与管理研究还应该加强以下3个方面工作：

　　（1）城市暴雨洪水监测与预测预警技术方法城市暴雨洪水监测与预测预警技术方法研究是城市雨洪模拟的关键，也是城市水文学研究的主要难题之一。需要探讨城市水文站网布设与城市排水系统监测网络的规划设计，实现城市暴雨洪水过程全方位多角度监测，并开展多源信息技术集合应用和临近降雨定量预报研究；强化城市雨洪模拟技术和模型方案的系统研究，耦合随机性模型与确定性模型，集合水文学和水动力学方法，结合一维和二维模型，基于理论分析、试验研究和数值模拟技术建立能够模拟城市地区水循环规律和下垫面变化条件下的产汇流特征以及城市管网水流运动规律的城市雨洪模型，实现地表-地下水耦合以及地面汇流与管网汇流的耦合演进；并系统开展缺资料或无资料信息条件下的城市雨洪模型参数优化与不确定性评估，形成城市雨洪模型集合预报方案，减小模型预测结果的不确定性，提高预报精度及可靠性；耦合地面观测、气象雷达、遥感卫星、地形地貌、排水管网及城市发展等多源信息，基于GIS的空间分析和可视化模块，构建城市暴雨洪水监测与预测预警综合系统，为城市防洪减灾和应急应对提供决策依据。

　　（2）城市雨洪管理和资源化利用技术城市雨洪管理是城市水文学研究的一个前沿与热点问题，特别是对于城市化快速发展的发展中国家和地区，正面临着越来越多的城市洪涝灾害和水资源危机，如何有效应对城市洪涝灾害，管理城市雨洪，控制雨水污染、实现资源化利用，成为变化环境下城市雨洪管理的重点。

　　在管理理念上，坚持以可持续性发展、接近自然状态和多功能的城市雨洪管理理念为基本原则，改变单独的排洪蓄涝模式，形成以防洪减灾、污染控制和预防、水生态系统修复和保护以及城市环境美化与水资源综合利用等多功能管理模式；在技术层面上，加强源头控制技术和预防措施的研究和实践，结合工程性措施和非工程性措施，建立长期监测与评估技术，保证城市雨洪管理技术的有效性和适应性以提高城市雨洪管理水平；在法律政策方面，构建高效的城市雨水管理体制，制定城市雨水利用和管理的法律法规和条例，调整城市雨洪协调管理模式，改变“多龙治水，无人负责”的混乱管理局面，实施水务一体化建设，保证可持续的城市雨洪管理技术方案的实施和推广；在应用与规划方面，根据城市综合规划，协调人口、经济、资源和生态环境之间的发展，综合考虑城市自然条件、土地利用、基础设施建设和经济发展水平等因素，建立合适的城市雨洪管理技术方案，以应对变化环境下的城市雨洪问题。

　　（3）变化环境下的城市洪涝风险与水安全研究城市水问题成为影响城市发展的主要瓶颈，如城市水资源短缺、水质污染和洪涝干旱灾害等。此外由于气候变化和城市化快速发展使得城市供水安全、水质安全和防洪安全面临巨大挑战，因此，开展变化环境下城市水安全研究是城市水文学关注的焦点。需要结合分布式水文模型、管网水力模型、河道水力学模型的相互响应关系与耦合建立集成模型，建立洪涝灾害损失评估与风险分析模型，并基于风险管理理念开展城市雨洪优化管理与利用；考虑气候变化和城市化的发展对城市水安全的影响机制，开展城市水安全的影响驱动因素定量评估分析，明确变化环境下城市水安全问题的主要成因，探讨可持续性城市水安全应对措施；基于洪涝风险和水安全研究，分析建立城市综合水资源管理系统，保证城市水安全和水生态文明建设，促进城市人水和谐发展。

　　5、结论与展望