城市内涝是对人类社会影响最为严峻的自然灾害之一。城市化进程引起自然地表水文系统特别是产流机制和汇流网络的巨大变化。复杂的不透水面和城市绿地分布、地表水利工程和地下排水管网，导致城市暴雨-内涝过程变得更加复杂。同时，城市内涝不仅与城市暴雨有关，还受流域水文过程影响；我国70%以上的严重城市内涝与流域洪水有关。例如北京“7·21”特大暴雨、河南郑州“7·20”特大暴雨等，地表径流远超城乡排洪能力，同时河道水库水位猛涨，导致大面积淹没积涝，造成重大人员伤亡和财产损失，对现有的洪涝预报预警和灾害防控体系造成巨大压力。全球气候变暖进一步加剧了城市-流域极端暴雨事件的发生，而目前国内外对城市内涝过程和流域洪水过程通常采用不同的模型或方法分别独立的模拟，或通过松散集成模拟，因此导致外洪内涝模拟缺乏耦合，预报不准预警不灵。在流域和城市空间高度重合，二者水文气象相互作用复杂的区域，如粤港澳大湾区主要城市群地处珠江流域下游，受季风强降水、台风和风暴潮等多重影响，城市外洪内涝威胁严峻，实现流域和城市水文水动力过程的耦合模拟是提升外洪内涝监测预警能力的必要手段。

图1 城市外洪内涝耦合模型（DRIVE-Urban）概念图

针对上述问题，我实验室海洋-陆地-大气相互作用与全球效应创新团队吴欢教授研发了一套跨尺度耦合流域-城市外洪内涝数值模型（DRIVE-Urban，图1）。DRIVE-Urban在可变入渗产流与主导路径汇流耦合模型DRIVE基础上，进一步耦合城市产汇流过程，通过城市管网排水/溢流、自然河道洪水漫溢二维水动力模拟，双向耦合不同尺度的流域汇流和城市排水过程，实现流域-城市跨尺度至街道级地表水文和水动力过程精细化模拟。DRIVE-Urban在当前国内外水文模型发展中，面向城市外洪内涝，率先实现了对流域-城市水文系统联合建模，流域-城市跨尺度水文水动力过程双向耦合，能够模拟江河洪水引发的城市外洪、城市强降雨引发的城市内涝，以及流域-城市暴雨共同引发的外洪内涝。基于DRIVE-Urban建设的海口、长沙等城市内涝监测和预警系统实时运行验证，对以上不同类型的城市外洪内涝监测和预警的街道淹没命中率（POD）达75%以上，是城市暴雨-外洪内涝灾害应急响应和联防联控的重要技术支撑。而基于DRIVE-Urban模型，通过对海口市2014年台风“海鸥”事件的回溯模拟，揭示了加入江河/海潮影响的城市内涝模拟结果与实际受灾情况更符合。海洋-陆地-大气相互作用与全球效应创新团队将持续推进该模型的研发、应用与发展，为城市防洪减灾、未来城市洪涝预测等方面提供可靠的科技支撑。

图2. 海口市2014年9月16日台风“海鸥”事件内涝过程，(a) 未考虑江河/海潮影响的模型结果；(b) 考虑了江河/海潮影响的模型结果；(1)-(8) 事件中实际淹没的现场照片

研究成果已于2022年10月17日发表在水文学国际权威期刊美国地球物理协会旗下期刊Water Resources Research 上，题目为“A Coupled River Basin-urban Hydrological Model (DRIVE-Urban) for Real-time Urban Flood Modeling”。创新团队核心成员吴欢教授为文章的通讯作者，中山大学博士研究生陈唯天为文章的第一作者。

原文链接：https://doi.org/10.1029/2021WR031709