破解城市内涝难题，数字孪生助力提升城市韧性

2021年7月17日，河南全省大部持续性出现大暴雨、特大暴雨强降水天气。7月18日8时至20日12时，河南全省降雨量超400毫米站点43处，超300毫米站点154处，超200毫米站点467处，超100毫米站点1426处。此次特大暴雨，致使河南省150个县（市、区）1478.6万人受灾，因灾死亡失踪398人，直接经济损失高达1200.6亿元。

2023年7月29日，受台风“杜苏芮”残余环流影响，北京市遭遇历史罕见特大暴雨。北京全区受灾人口约31万人，房屋倒损8418间、严重损坏26493间；城乡道路、电力、供排水、通信等基础设施大量损毁；全区有40个村需要重建。给人民生命财产带来了极大的损失。

城市内涝的原因

城市内涝是困扰我们已久的一个问题，而引发城市内涝产生的原因复杂多样，气候变化导致的极端降雨频发只是其中一个因素。

1.城市化过程中的大量人工硬化：随着城市化的快速发展，大量的房屋、道路和其他人工硬化表面使得雨水无法迅速渗透，形成了城市的“不透水区域”，导致降雨时无法有效地被地面吸收。

2.排水系统不畅：排水管道堵塞、下水道狭窄，都会妨碍雨水迅速流出，导致积水现象。

3.土地利用规划不当：不合理的土地利用规划会导致城市区域内涝问题。例如，低洼地区容易积水，而一些过度开发的区域可能没有足够的空间用于雨水的收集和排放。

4.城市经济活动引发的地表覆盖变化：例如大规模的土地开发和水泥化，减少了土地的透水性，使得雨水无法迅速渗透

海绵城市的提出

为科学解决城市内涝问题，2012年4月，在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中，“海绵城市”概念首次提出。海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为“水弹性城市”。

2017年3月5日中华人民共和国第十二届全国人民代表大会第五次会议上，李克强总理政府工作报告中提到：统筹城市地上地下建设，再开工建设城市地下综合管廊2000公里以上，启动消除城区重点易涝区段三年行动，推进海绵城市建设，使城市既有“面子”，更有“里子”。

城市内涝数字孪生系统的构成

数字孪生由物联网、信息化、大数据等技术发展而来，基于传感器实时感知系统运行状态，利用数字化和数值仿真技术复制三维物理实体，并在虚拟场景下模拟系统动态变化，实现对现实场景的还原、解释和推演，辅助优化决策和智慧调度措施。城市内涝数字孪生是将数字孪生技术应用于城市内涝的预估、预测、预警、预案上，为城市防洪排涝工作提供有力科学支撑。

数字孪生助力解决城市内涝

• 城市管网与资源信息可视化

基于二三维一体化地理信息系统（GIS），将城市的道路、排水系统、供水管网等基础设施的空间分布清晰地展示在地图上，并通过各种图表、图层叠加等手段将城市的资源信息进行可视化呈现。

• 城市内涝监测可视化

通过物联感知平台，实现对水位、闸位、流量等监测信息的实时化监控与预警。整合了各类传感器和设备，能够实时采集城市水的关键数据。

• 城市防涝预测模型精准化和调度科学化

通过先进的数据分析和模拟技术，整合气象、地形、排水系统等信息，结合历史洪涝事件数据，精细分析不同区域的内涝潜在风险，提前识别可能受影响的区域。与此同时，利用城市防涝预测模型输出城市内涝预测结果，优化排水系统的运行策略，包括合理开启水闸、调整泵站运行等，确保在极端天气条件下最大限度地减轻内涝压力。

数字孪生技术的应用为破解城市内涝难题提供了创新的解决方案。通过构建数字孪生城市，我们能够更好地理解城市内涝的复杂机理，并通过城市防涝预测模型及时采取有效的应对措施。在未来的城市规划和管理中，数字孪生技术将成为提升城市韧性的重要工具，为打造更具可持续性和抗灾能力的城市贡献力量。

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