本书围绕空间信息科学技术与城市内涝数值模拟两个核心内容展开，从空间信息科学技术与城市内涝灾害的基本概念与关键技术出发，系统介绍了以地理信息系统、全球定位系统和遥感为代表的3S技术在城市内涝灾害数值模拟中的应用思路和方法，引导读者利用空间信息技术结合城市水文学知识解决数据采集预处理、计算单元划分、产汇流计算与内涝积水模拟等具体问题。本书可作为城市内涝灾害相关研究与实际应用的参考用书，也可以作为空间信息科学相关专业的教学与学习参考书。

沈计，男，1987年出生，中南财经政法大学信息与安全工程学院讲师，硕士生导师。毕业于华中科技大学水电与数字化工程学院，获空间信息科学与技术专业博士学位。长期从事空间信息科学技术相关研究，主要方向为空间信息科学技术在城市灾害管理中的应用，对城市内涝灾害的管理、建模与应急方面具有较深入的研究与认识。主持或参与国家科技支撑计划、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等多项课题研究，发表国内外高水平学术论文10余篇，获得软件著作权5项。

第一章 城市内涝与城市内涝管理
第一节 城市化与城市内涝灾害
第二节 城市内涝灾害对社会的影响
第三节 城市雨洪及内涝管理
第四节 本章小结
第二章 空间信息科学技术
第一节 空间信息科学技术概述
第二节 空间信息科学核心理论与关键技术
第三节 空间信息科学技术与城市管理
第四节 本章小结
第三章 城市内涝灾害数值模拟研究现状与问题
第一节 城市内涝灾害数值模拟研究现状
第二节 城市内涝灾害数值模拟存在的问题
第三节 基于空间信息科学技术的城市内涝灾害数值模拟方案
第四节 本章小结
第四章 基于空间信息科学的地形表达与预处理
第一节 数字地形表达基础
第二节 数字地形分析
第三节 城市内涝数值模拟中的地形预处理方法
第四节 本章小结
第五章 基于空间信息科学技术的计算单元构建
第一节 城市内涝计算单元构建方法概述
第二节 城市雨水多级网格基础理论
第三节 城市雨水多级网格构建方法
第四节 本章小结
第六章 基于空间信息科学技术的产汇流计算
第一节 SWMM模型概述
第二节 SWMM模型产汇流计算原理
第三节 SWMM模型产汇流计算存在的不足
第四节 城市雨水产汇流计算模型
第五节 本章小结
第七章 基于空间信息科学技术的内涝积水计算
第一节 城市内涝积水计算概述
第二节 基于空间信息科学技术的城市内涝积水算法
第三节 城市内涝积水计算模型
第四节 本章小结
第八章 应用案例与结果分析
第一节 研究区简介
第二节 实验环境与平台
第三节 数据获取及计算单元构建
第四节 雨水产汇流计算
第五节 内涝积水淹没计算
第六节 地形数据需求度分析
第七节 本章小结
参考文献
附录

随着我国经济的发展和
城市化进程的加快，当城市
发生高强度降雨时，由于排
水管网系统设计标准和排水
能力的不足，城区部分地区
往往会被淹没，造成严重的
内涝问题。城市暴雨内涝灾
害发生频次高低及造成危害
大小与城市化发展进程密切
相关。城市化的建设一方面
导致城市热岛效应加剧，不
断诱发高强度的降水；另一
方面使城市透水地表、湖泊
、河流等天然蓄水面积大幅
降低，导致暴雨径流量增大
、峰值提前、洪峰流量升高
；此外城市地下停车场、下
凹式立交桥和地铁的大量修
建，为城市区域带来了新的
内涝潜在风险点。近年来，
城市暴雨内涝灾害日趋严重
，严重危害了城市居民的生
命和财产安全，一定程度上
制约了城市经济和社会的发
展。对城市内涝灾害进行数
值模拟与预测，可以依据特
定研究区域的水文与物理资
料，对某一降雨过程可能引
发的内涝灾害影响范围、内
涝积水深度和历时等信息进
行模拟计算，从而为内涝灾
害的管理与应急决策提供十
分关键的参考资料。近年来
，关于城市内涝灾害数值模
拟与预测的研究众多，其相
关理论与算法思想均取得了
长足发展，并逐步走向成熟
。然而，现有的模型与方法
在部分城市区域的应用仍存
在一定的问题。
城市内涝灾害数值模拟
的本质是对雨水在城市地表
下垫面环境及地下管网中的
时空演进过程进行计算，涉
及大量空间位置相关的信息
和数据，这为空间信息科学
技术的应用创造了良好环境
。以3S为代表的空间信息
科学技术能够解决与地球空
间信息有关的数据获取、存
储、传输、管理、分析与应
用等方面的问题，其强大的
空间分析与处理工具已被广
泛地应用于城市管理与决策
中。鉴于此，本书以空间信
息科学技术与城市内涝灾害
数值模拟为核心内容，从当
前内涝数值模拟方法与模型
存在的问题与难点出发，系
统地介绍了空间信息科学技
术在城市内涝灾害数值模拟
中的应用手段和案例。利用
空间信息多级网格、空间叠
加分析、遥感影像处理与分
类等空间信息科学领域的工
具与方法解决城市内涝灾害
数值模拟中的实际问题，进
而构建基于空间信息科学技
术的内涝灾害数值模拟方案
。一方面对现有的模型和方
法进行优化和改进，为城市
内涝灾害管理与应急决策提
供可靠的数据资料；另一方
面为空间信息科学相关技术
和工具的专题应用研究提出
具体的思路与实例，扩展其
在城市灾害领域的应用范围
。
本书的内容围绕空间信
息科学技术与城市内涝数值
模拟这两个中心展开，共分
为八章。第一章主要介绍城
市内涝灾害与城市内涝管理
的基本概念，包括城市化与
城市内涝的关系、城市雨洪
及内涝管理方法等；第二章
对空间信息科学技术的基本
概念和关键技术工具进行系
统介绍，并重点阐述了空间
信息科学技术在城市管理中
的应用途径；第三章主要对
城市内涝灾害数值模拟的研
究现状进行分析，从数据获
取、数据预处理、计算单元
构建、产汇流及内涝积水计
算等各个方面总结了现有模
型和方法存在的问题，并提
出了基于空间信息科学技术
的城市内涝灾害数值模拟整
体方案；第四章至第七章则
根据整体方案的框架结构分
别展开，描述了基于空间信
息科学技术的地形预处理、
计算单元构建、产汇流计算
与内涝积水计算的理论与方
法，并具体介绍了空间信息
科学相关技术和工具的应用
手段；第八章则通过对相关
理论和方法的实际应用与对
比分析，验证了本书介绍的
城市内涝数值模拟方案的有
效性。
除上述内容外，本书还
涉及各类空间信息科学技术
方法的基础概念与应用案例
，包括空间信息获取、空间
数据模型、空间叠置分析、
缓冲区分析、统计分析、水
文分析、数字地形分析、空
间数据渲染与可视化表达等
，还介绍了包括ArcGIS、
ERDAS、SWMM和
LISFLOOD-FP在内的一系列
空间信息技术与水文学相关
的软件平台与工具的使用方
法。
本书可以作为空间信息
科学技术相关领域的研究者
或工作人员的参考用书，也
可以作为空间信息或水文学
相关专业或课程的教材或参
考资料使用。通过本书的学
习，读者将对空间信息科学
技术的相关概念和方法及其
在城市内涝灾害数值模拟中
的应用途径有一个系统的了
解，并能够利用3S技术构
建用于内涝灾害数值模拟的
模型与系统，从而结合研究
区实际水文与物理资料对暴
雨内涝灾害进行情景分析，
为其解决相关领域中的实际
问题打下基础。
本书主要研究内容依托
湖北省自然科学基金面上类
项目“DEM分辨率不足条件
下的城市内涝积水数值模拟
研究”（2020CFB134）开展
，由中南财经政法大学出版
基金、中央高校基本科研业
务费专项资金（项目批准号
：2722020PY041）资助出
版。尽管作者对本书的内容
进行了反复地优化和完善，
但由于水平和时间有限，书
中疏漏之处在所难免，敬请
读者提出宝贵意见，以便修
订时更正。
作者
2021年9月