本书在系统分析城市化及其发展进程的基础上，剖析城市化水文过程，构建城市水文效应分析理论框架和体系；结合城市特点，提出城市水文响应单元划分方法；基于机器学习算法，分析城市水文模型参数的敏感性并提出快速识别的思路和方法；以滚动修正的降雨预报数据，驱动城市洪涝实时校正模型，实现城市洪涝过程动态预报。本书以郑州市为典型研究对象，开展不同时空尺度的理论和应用研究。本书的研究方法及成果对于丰富城市水文、城市规划、海绵城市及低影响开发措施研究领域的科学内容和促进其理论发展具有积极作用。
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2000-09至2004-06，武汉大学，水文水资源系，博士，导师：郭生练
1995-09至1998-03，武汉水利电力大学，河流系，硕士，导师：雒文生
1987-09至1991-06，武汉水利电力学院，河流泥沙与治河工程系，学士
2011-01至现在，郑州大学，水利与交通学院，教授
2004-06至2010-12，郑州大学，水利与环境学院，讲师、副教授
河南省气象协会副理事长
中国自然资源学会水资源专业委员会委员
国际水文科学协会中国委员会地表水专业委员会委员
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 城市发展历程 1
1.2 城市洪涝现象及危害 2
1.3 城市水文效应及洪涝动态模拟研究现状 4
1.3.1 城市水文效应研究现状 4
1.3.2 城市洪涝动态模拟研究现状 6
1.4 城市水文效应及洪涝动态模拟研究不足 9
1.5 本书研究思路及结构 10
1.6 研究区概况 12
1.6.1 研究区范围 12
1.6.2 地形地貌 12
1.6.3 气候条件 13
1.6.4 河流水系 13
1.6.5 社会经济及自然灾害 13
1.7 研究数据基础 14
1.7.1 经济社会数据 14
1.7.2 遥感、土壤及高程数据 15
1.7.3 站网分布 15
1.7.4 降雨径流数据 16
第2章 城市化水文效应 17
2.1 城市化及其结构要素 17
2.1.1 城市化定义 17
2.1.2 城市化阶段化发展特征 18
2.1.3 城市化结构形态 19
2.2 城市河湖水系 20
2.3 水文过程对城市化响应的表现形式 22
2.3.1 雨岛效应 23
2.3.2 水循环过程的变化 24
2.4 城市化雨岛效应定量评估框架及理论方法 24
2.5 土地利用变化对水文过程的影响评估方法 26
2.6 郑州市水文过程变化分析 27
2.6.1 降雨时空分布特点 27
2.6.2 雨岛效应趋势分析 30
2.6.3 雨岛效应周期分析 33
2.6.4 雨岛效应量化评估 35
2.6.5 径流时间变化特点 36
2.6.6 土地利用变化对水文过程的影响 40
2.7 本章小结 46
第3章 城市暴雨洪涝预报模型基础理论及积水过程动态预报研究框架 48
3.1 城市化水文单元精细化划分 48
3.1.1 产流模式辨析依据 48
3.1.2 产流计算方法 51
3.1.3 城市水文响应单元划分方法 53
3.2 SWMM模型原理 54
3.2.1 发展历程 54
3.2.2 模型功能 55
3.2.3 模型结构 55
3.2.4 SWMM模型参数及其变化特征 58
3.2.5 “子汇水区-城市功能区-模型参数”规律驱动机制 63
3.3 精细化城市暴雨洪涝模拟预报模型构建方法 64
3.3.1 缺资料地区暴雨洪水模型构建方法 64
3.3.2 精细化暴雨洪水模拟预报方法 66
3.4 模型评价方法 73
3.5 城市洪涝积水形成过程分析 74
3.5.1 城市洪涝积水形成过程 74
3.5.2 城市洪涝积水过程的特点 76
3.6 城市洪涝风险防控与积水过程预报 77
3.6.1 城市洪涝风险防控的内容 77
3.6.2 城市洪涝风险防控与洪涝积水形成过程的关系 78
3.6.3 城市洪涝风险防控对洪涝积水过程预报的要求 79
3.7 城市洪涝积水过程动态预报的基础 79
3.7.1 城市洪涝积水过程动态预报的理论基础 79
3.7.2 城市洪涝积水过程动态预报的数据基础 80
3.7.3 城市洪涝积水过程动态预报的模型基础 81
3.8 基于模型参数实时校正的城市洪涝积水过程动态预报研究框架 81
3.8.1 城市洪涝积水过程动态预报流程 82
3.8.2 城市洪涝积水过程动态预报关键技术 83
3.9 本章小结 84
第4章 精细化城市暴雨洪涝模拟预报 85
4.1 积水体积等效概化法验证结果 85
4.2 先验样本参数规律挖掘法验证结果 87
4.3 降雨分级检验评定结果 92
4.4 地面-雷达-降雨融合预报结果检验 94
4.5 研究区SWMM模型构建 96
4.5.1 郑州市中心城区SWMM模型子汇水区划分 98
4.5.2 郑州市中心城区SWMM模型参数取值 98
4.5.3 郑州市中心城区SWMM模型构建结果 99
4.6 本章小结 101
第5章 城市洪涝模型敏感性参数快速识别及实时校正 102
5.1 SWMM模型敏感性参数快速识别的BP神经网络法 102
5.1.1 模型参数敏感性的影响因素分析 103
5.1.2 改进Morris筛选法的参数敏感性分析 104
5.1.3 城市洪涝模型敏感性参数识别的BP神经网络构建 107
5.1.4 SWMM模型敏感性参数识别方法验证 110
5.2 城市洪涝模型参数实时校正概念 114
5.2.1 城市洪涝模型参数实时校正定义 114
5.2.2 城市洪涝模型参数实时校正原则 114
5.2.3 城市洪涝模型参数实时校正流程 116
5.3 SWMM模型参数实时校正方法 117
5.3.1 节点积水深度误差判定 117
5.3.2 误差超限时刻子汇水区敏感性参数识别 118
5.3.3 子汇水区敏感性参数实时校正 119
5.4 SWMM模型参数实时校正方法验证 122
5.4.1 参数实时校正方法验证数据 122
5.4.2 节点积水深度误差判定结果 124
5.4.3 误差超限时刻子汇水区敏感性参数识别结果 126
5.4.4 子汇水区敏感性参数实时校正结果 126
5.5 本章小结 137
第6章 基于模型参数实时校正的城市洪涝积水过程动态预报方法 139
6.1 城市洪涝积水过程动态预报概念与流程 139
6.1.1 城市洪涝积水过程动态预报概念 139
6.1.2 城市洪涝积水过程动态预报流程 139
6.2 城市洪涝积水过程动态预报方法 140
6.2.1 降雨洪涝的时空尺度匹配 141
6.2.2 降雨预报数据的实时采集与滚动修正 142
6.2.3 洪涝积水数据的实时采集方法 144
6.2.4 洪涝预报结果动态更新方法 145
6.2.5 城市洪涝积水过程动态预报结果的评价方法 147
6.3 城市洪涝积水过程动态预报案例研究 149
6.3.1 研究区降雨洪涝数据实时采集与处理 149
6.3.2 研究区洪涝模型参数实时校正 151
6.3.3 研究区洪涝积水过程预报结果动态更新 155
6.4 城市洪涝积水过程动态预报结果评价 167
6.4.1 动态更新的洪涝积水过程预报精度和时效性评价 167
6.4.2 城市洪涝积水过程动态预报与静态预报对比分析 170
6.5 本章小结 171
第7章 结语 173
参考文献 174
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