基于Infoworks ICM模型的典型城市内涝模拟及海绵减控效果研究

摘要

近年来,随着城市化的快速发展,城市水循环过程发生巨大改变,使得极端降雨事件频发、径流总量和径流系数增大、城市雨内涝风险增加等,城市内涝灾害问题已经成为制约中国经济社会可持续发展的突出瓶颈.因此,研究城市内涝灾害具有重要的意义和应用价值,可为灾害防治提科学依据. 本文以北市马草河流域为研究对象,通过收集分析以往研究资料,梳理总结城市内涝产生的原因,采用Infoworks ICM模型建立精细化洪涝模型,模拟流域内涝情况,评估内涝风险,结合北市地方标准《雨水控制与利用工程设计规范》(DB11/685-2013)中规定的海绵配套措,模拟海绵措改造后流域内涝情况,量化海绵措对城市内涝改善的贡献值.本文主要取得了一下研究成果: (1)收集分析内涝灾害研究的典型案例,梳理整合了中国内涝发生的主要原因:自然地理、人类活动影响、基础设建设及管理制度等,分析了典型案例中关于内涝风险的研究方法,整合得到了较为完善的内涝风险评估流程为:确定灾害影响范围-建立承灾体数据-风险等级划分.借鉴英国洪水管理方法,纳入用地类型对其进行修正,得到了一套基于危险性指数的内涝评估方法.并将其应用马草河流域内涝风险的评估. (2)整理修正了马草河流域的地理概况、排水管网资料、基础地形资料及水文资料,获得了用于构建城市精细化洪涝模型的基础数据.采用Infoworks JCM模型软件,构建了马草河流域的精细化洪涝模型,并用实测降雨径流进行了模型参数率定及验证,获得了可靠性较高的洪涝模型. (3)以不同重现期设计降雨为基础,设置模拟情景.通过模型模拟,对比分析了不同模拟情景下,马草河流域的节点溢流、积水深度等.结果表明:流域溢流和积水随重现期的增加而加剧,溢流和积水同时受降雨强度和降雨量影响,其中场次降雨中降雨量对其影响更为显著.影响马草河流域内涝的主要原因为:流域管网排水能力较为不足、积水区地势低洼及流域内不透水面积过大(占66.59%)等. (4)结合内涝模拟结果,采用内涝风险评估方法,评估了马草河流域的内涝风险并绘制得到内涝风险图.风险分析结果表明:研究区内涝风险随着重现期的增加而加剧,且高风险区扩大趋势显著.总体来讲,研究区域高风险区域较中、低风险区域分布广,且多集中在内环西路,樊羊路,京开路等主要道路上. (5)在马草河流域精细化洪涝模型中添加海绵措施,构建了马草河流域海绵减控模型,模拟结果表明:海绵措施能够有效控制流域溢流、积水情况.对比分析现状与海绵改造后区域内涝风险,结果表明:海绵改造能够有效控制内涝风险,且对低重现期减控效果显著;对低风险和中风险地区的减控效果优于高风险区.阐明了海绵措施改造对马草河流域内涝的减控作用.

目录

声明

1 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.1.1 研究的背景

1.1.2 研究的意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 城市雨洪模拟研究进展

1.2.2 自然风险评估研究进展

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2 研究区域概况

2.1 马草河流域地理概况

2.2 马草河流域资料概况

2.2.1 排水管网资料

2.2.2 基础下垫面资料

2.2.3 水文资料

2.3 本章小结

3 城市内涝的典型案例及成因分析

3.1 案例一---运城市暴雨内涝灾害分析

3.1.2 内涝灾害成因分析

3.1.3 内涝灾害研究方法

3.1.4 内涝风险结果分析

3.2 案例二---上海市城区暴雨内涝灾害分析

3.2.1 研究区域概况

3.2.2 内涝灾害成因分析

3.2.3 内涝灾害研究方法

3.2.4 内涝风险结果分析

3.3 案例三---上海市某小区暴雨内涝灾害分析

3.3.3 内涝灾害的研究方法

3.3.4 内涝风险结果分析

3.4 案例四---武汉市暴雨内涝灾害分析

3.4.1 研究区域概况

3.4.2 内涝灾害成因分析

3.4.3 内涝灾害的研究方法

3.4.4 内涝风险结果分析

3.5 内涝成因总结

3.6 本章小结

4 城市内涝精细化模拟模型的建立及求解

4.1 排水模型软件的综合比较

4.2Infoworks ICM模型水力计算方法

4.2.1 地表产流

4.2.2 地表汇流

4.2.3 管网汇流

4.2.4 河道汇流

4.2.5 二维地表漫流

4.3 模型构建

4.3.1 管网汇流模型

4.3.2 地表产汇流模型

4.3.3 河道汇流模型

4.3.4 二维地表漫流模型

4.3.5 多模型耦合

4.4 模型参数的率定与验证

4.5 城市内涝模拟结果分析

4.5.1 模拟情景设置

4.5.2 不同降雨情景的节点溢流分析

4.5.3 不同降雨情景的积水分析

4.5.4 基于模型结果的区域内涝成因分析

4.6 本章小结

5 城市内涝灾害风险评估

5.1 内涝灾害评估的理论

5.2 内涝风险评估方法

5.2.1 确定灾害影响范围

5.2.2 承灾体数据

5.2.3 风险等级划分

5.3 内涝风险评估结果分析

5.4 城市内涝风险控制改造方案

5.5 本章小结

6 基于海绵措施的城市内涝减控效果研究

6.1 海绵减控措施原理

6.2 海绵减控模型建立

6.3 海绵减控措施敏感性分析方法

6.3.1 敏感性分析结果

6.4 海绵减控效果分析

6.4.1 节点溢流减控效果分析

6.4.2 区域积水减控效果分析

6.4.3 内涝风险减控效果

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间主要研究成果