降雨事件联合概率分析及其在城市内涝风险评估中的应用

摘要

城市内涝是由于强降水或是连续性降水超过了城镇排水能力而导致城市内产生积水的灾害现象。近年来，随着城市化的快速发展和全球气候的变化，城市暴雨内涝事件频繁发生而且强度不断变大，已经成为了影响城市安全和发展的主要自然灾害现象。本文在总结前人对于降雨特征和洪涝灾害研究的基础上，借助排水系统计算机模型的模拟，考虑峰值雨强对于城市内涝的影响，采用闽值分析的方法对降雨事件进行了概率描述，并提出了一种用于城市区域尺度上内涝风险评估的新方法。主要研究内容如下:
　　(1)以浙江省某市的城中片区域为研究对象，对内涝风险评估的方法进行了应用验证。选择该市近30年的降雨数据进行整理，以合适的时间间隔划分独立的降雨事件，在次降雨事件的基础上，选择合适的阈值标准筛选出可能的致灾降雨事件。利用建立的城市排水系统水力模型模拟不同降雨事件下管网的运行情景，根据模拟分析的结果，定义内涝指数i来界定城市内涝标准，对降雨特征参数进行敏感性分析，证明了峰值雨强对于城市内涝问题有很大的影响，并选择平均雨强和峰值雨强作为描述降雨事件的主要特征参数。
　　(2)在分析了平均雨强和峰值雨强的边缘分布和相关性结构的基础下，采用Frank Copula函数构建两变量的联合概率分布模型，为降雨事件的不确定性分析提供了理论基础。在此基础上，根据内涝情景模拟结果对城市内涝风险概率进行了估算。
　　(3)考虑实际雨峰出现的位置可能对缓冲式排水系统的影响，增加峰前雨量比这一参数，联合平均雨强和峰值雨强建立降雨特征参数的三维联合概率分布，并构建了一种双矩形雨型用来描述降雨时程分配的不均匀性，对随机降雨事件的概率描述具有重要意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 洪涝灾害风险研究进展

1．2．2 降雨概率分析的研究进展

1．3 论文的主要研究内容

1．3．1 研究方法

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 敏感性降雨特征参数的确定

2．1 城市排水系统模型的建立

2．1．1 研究区域概况

2．1．2 排水系统模型的建立

2．1．3 排水系统模型的验证

2．2 降雨数据的处理

2．3 模拟运行结果

2．4 降雨特征参数的敏感性分析

2．4．1 相关分析

2．4．2 回归分析

2．5 本章小结

3 基于降雨特征参数联合概率分布的城市内涝风险的评估

3．1 Copula函数

3．1．1 概述

3．1．2 Copula函数的类型

3．1．3 Copula函数的参数估计

3．1．4 Copula函数拟合优度评价

3．2 二维联合概率分布

3．2．1 边缘分布函数的确定

3．2．2 联合分布的参数估计

3．2．3 联合分布的拟合优度评价

3．2．4 二维联合概率分布模型

3．3 城市内涝风险概率评估

3．3．1 失效域的确定

3．3．2 风险概率估算

3．4 本章小结

4 三维降雨特征参数的联合概率分析

4．1 双矩形雨型的建立

4．2 三维联合概率分布

4．2．1 相依性度量

4．2．2 三维联合概率分布模型

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

作者简历