1、课题来源与背景：本课题来源于广东省水利科技创新重点项目"城市暴雨内涝实时监控与预警预报技术研究”（编号：2016-32）。面对日益严峻的城市洪涝灾害，模拟和预报城市洪水是防洪减灾措施中重要甚至是必不可少的非工程措施，同时也是当前城市水文学研究的前沿课题之一。因此，为了减少城市洪涝灾害造成的损失和提升对突发性强暴雨洪水事件作出快速反应和应急处置的水平，对城市洪涝监控与模拟技术进行系统深入地探讨，建立一套高效、稳定的数学模型用以模拟计算城市暴雨洪水过程，分析城市洪涝灾害的特点十分必要。本课题对城市洪涝数值模拟技术进行深入研究，并基于水动力方法建立一套完整的城市洪水数值模型，能够模拟计算城市地表产汇流过程，城市河道以及地下排水管网的水流演进过程，开发城市暴雨内涝监测和预警预报系统，为城市洪涝灾害防控提供决策依据。

     2、技术原理及性能指标：本课题主要通过多学科理论方法的交叉，建立城市内涝数学模型，开发城市内涝监测和预警预报系统。根据研究问题特点，研究中解决了如下关键技术问题：（1）智慧城市的实现建立在传感器网络监测应用之上，智慧排水作为智慧城市一部分同样如此。但目前传感器资源类型多样，监测机理各异，数量巨大，它们呈现出封闭、孤立和自治性。面对复合的城市应急事件时，基于互联网的城市异构传感器资源管理低效，导致城市应急响应的实时可靠数据来源匮乏与决策低效，严重阻碍了城市应急响应的“智慧化”。本课题构建了面向智慧排水应急响应的异构传感器资源集成共享框架，通过将城市内涝监测及排水系统的异构传感器资源统一化描述，然后基于标准的网络目录服务进行传感器资源互联网注册与按需发现，构建了城市内涝监测及排水异构传感器资源集成共享平台。（2）城市下垫面特征非常复杂，城市地表产流与一般流域有很大区别，主要表现在城市地表特性复杂、产流不均匀；产流时间短，产流量大；城市地表降雨损失、产流和滞时差异较大；产流计算一般不考虑蒸发和地下径流等。针对城市地区实际情况，有针对性地提出城市产流计算方法。（3）城市地区地形复杂，各种建筑物、防洪工程措施对暴雨径流影响较大，传统的网格剖分技术，如矩形网格或拟一致的三角形网格已不太适合城市区域概化。为更好地反映城市暴雨径流特点，模型应用有限体积法思想，采用无结构不规则网格设计计算区域。针对城市地区复杂的下垫面条件，设计成三边形、四边形或五边形等计算网格。（4）城市内涝模拟模型可描述复杂的城市雨洪过程，模型将城市地区概化为路网和排水管网，模型实现了地表径流、管网流动以及河网流动的动态联接，在复杂的城市地区，将上述这些过程通过一维或二维水流方程连接起来。

    3、技术的创造性与先进性：（1）提出了面向智慧排水应急响应的异构传感器资源集成共享框架，通过将城市内涝监测及排水系统的异构传感器资源统一化描述，然后基于标准的网络目录服务进行传感器资源互联网注册与按需发现．构建了城市内涝监测及排水异构传感器资源集成共享平台。（2）针对城市下垫面及洪水流态均较为复杂等特点，将空气动力学中常用的双时间步方法引入到水动力学实际城市内涝模拟计算中，建立隐式的二维有限体积法模型，与传统方法相比，该模型更加高效和稳定，更能够适应城市复杂下垫面和局部网格精细化处理等问题。（3）为了适应城市规模庞大的排水管网以及排水系统中各种复杂水流，将最初针对明渠流提出的节点水位迭代法加以改进后推广到城市内涝数值模拟中，建立隐式的一维明满流模型，该模型既保留了隐式算法稳定性方面的优势，又避免了求解大型稀疏矩阵。（4）城市内涝模拟模型将纵横连接的街道（路网）和地下管网作为双层排水系统考虑，它们之间通过雨水井相连，可以实现上下两层的动态水力联系，该模型能够模拟不同降雨条件下地面产汇流、管道排水和河道洪水演进情况。针对城市地区地表条件复杂的特征，采用基于无结构网格的有限体积法离散地面水流控制方程，有效地模拟城市内涝洪水过程。

    4、技术的成熟程度，适用范围和安全性：本课题所研发的城市暴雨内涝监测与预警预报技术具有较高的成熟度，适用于粤港澳大湾区城市暴雨内涝监测和预警预报工作，也可为城市洪涝灾害防控规划设计和管理提供技术支撑。

    5、应用情况及存在的问题；本课题所得到的研究成果已应用于广州市城市暴雨内涝预警预报、城市雨洪利用、排水管网规划设计等工作中，为广州市防洪排涝工作提供一定参考。由于本成果应用性较强，今后努力将其进一步推广到粤港澳大湾区应急管理部门和水务规划设计等单位，为粤港澳大湾区城市洪涝灾害防控提供技术支撑。

    6、历年获奖情况：目前本课题未获奖。