基于情景分析的城市暴雨内涝模拟研究

摘要

在全球复杂的气候变化和城市化加快发展的背景下，城市极端暴雨天气事件频发，已经严重威胁到人们的正常生活和安全。对不同情景下城市暴雨内涝过程的模拟研究，为有关部门釆取有效的城市防涝排洪措施提供重要的科学依据。本文以西安市碑林区某区域为研究对象，利用ArcGIS软件分析研究区域的地形数据，绘制排水管网概化图，基于SWMM模型建立地区城市内涝模拟模型，设计不同情景条件的城市内涝过程模拟，分析不同情景下城市内涝过程的流量变化过程和积水情况，为城市内涝应对机制的建立提供决策服务。本文主要研究成果如下：
　　（1）建立了城市暴雨内涝模型。通过ArcGIS分析、实地调研和排水管网分布图等方法获取基础资料，基于SWMM模型建立内涝模拟模型。以一年一遇降雨模拟结果与实际区域路段的积水情况进行比较，发生内涝积水的路段与实际情况基本一致，验证模型具有良好的合理性。
　　（2）基于情景分析的研究区城市内涝模拟。文中设计不同降雨重现期、不同降雨雨型和不同城市化水平三种情景，其中重现期的选取包括0.5a、1a、2a、5a以及10a等5种类型。从不同降雨重现期情景角度分析，径流系数随着降雨重现期增加呈现明显增大趋势，发生内涝的危险性增加；分析不同降雨重现期情景排水出口流量过程，重现期越长，洪峰流量越大且历时延长。选取雨峰系数r为0.3、0.4和0.5等3种不同情形的芝加哥雨型，结果表明雨峰系数越大会引起径流系数增大；相同的降雨重现期，三种不同雨型的管道超载情况基本一致；不同城市化水平情景下，城市化水平的增加速率和径流系数增加率相差不大。
　　（3）不同降雨重现期情景下积水点模拟分析。模拟1a、2a、5a和10a四种重现期情景管网节点的溢流情况，五年一遇重现期甚至更高重现期情景的节点溢流流量更大；分析积水点流量和深度分布可知，主干路段内涝积水最严重；选择主要积水路段的典型积水点，分析发现，排水能力与管道的最大满流流量以及历时相关，可采取相应的措施改善管网。
　　（4）基于综合集成平台的城市内涝模拟过程可视化。以知识图可视化、业务组件化和综合集成平台等为技术支撑，通过绘制研究区域排水管网知识图，实现管网中多个对象信息在线展示，并绘制相关流量变化曲线图，为用户提供决策服务。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容与技术路线

2 SWMM模型构建的原理及方法

2.1 SWMM模型概述

2.2 主要计算原理

2.3 模型的构建过程

2.4 本章小结

3 模型参数率定

3.1 研究区域概况

3.2 基于ArcGIS地形数据分析

3.3 排水管网数据获取

3.4 不同情景的降雨设计

3.5 本章小结

4 基于情景的研究区域城市内涝模拟分析

4.1 研究区域城市内涝模型建立

4.2 不同重现期降雨情景的城市内涝过程模拟

4.3 不同雨型情景下的城市内涝过程模拟

4.4 不同城市化发展水平情景分析

4.5 积水点模拟分析

4.6 本章小结

5 基于综合集成平台的城市内涝情景模拟可视化

5.1 综合集成平台架构

5.2 关键技术支撑

5.3 可视化模拟过程实例应用

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

附录A硕士期间发表论文

附录B硕士期间参与的科研项目