發(fā)布時間：2020-11-22 06:04

　　 洪澇是全球發(fā)生次數最多的自然災害之一,隨著城市化進展加快以及資源往城市愈發(fā)集中,城市洪澇造成的經濟和財產損失也逐漸增多。由于城市洪澇的危害性以及頻發(fā)性,城市洪澇已經成為當前研究的熱點,而城市洪澇管理更是成為洪澇研究的焦點問題。隨著計算機技術和數值計算技術的發(fā)展,數值模型已經成為研究城市洪澇問題的重要手段。國內外學者在城市洪澇方面做了相當多的研究工作,不斷促進著城市洪澇管理的發(fā)展與進步。本文在深入剖析前人研究的基礎上,總結出目前研究的一些不足之處和值得后人解決的問題,構建了能夠完整模擬城市洪澇過程的一、二維耦合城市洪澇模型,利用該模型研究城市洪澇的形成與發(fā)展,深入分析洪澇管理手段的優(yōu)點和不足,得到了一些有價值的結論。(1)本文在深入研究SWMM模型與SWM模型計算原理的基礎上探討SWMM模型與SWM模型的耦合方法,提出了基于dll文件的模型便捷耦合策略,成功搭建了基于SWMM模型與SWM模型的一、二維耦合模型。采用三個理論案例和三個實際研究區(qū)域對模型進行驗證,結果表明耦合模型在驗證案例中具有良好的表現,模擬結果與現有的商業(yè)軟件模擬結果一致,本文模型具有較高的精度以及穩(wěn)定性。(2)模型模擬了在不同類型降雨情景下管網系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及地表積水的情況,研究管網運行狀態(tài)和地表積水的變化過程,挖掘兩者之間的潛在關系,探索降雨強度和雨型對城市洪澇形成與發(fā)展造成的影響,分析城市洪澇形成與發(fā)展機理。通過闡述雨型-地下管網-地表淹沒三者之間的關系,揭示了其內在原因,雨峰出現時間越晚,雨峰到來時管網排水能力越不足,造成的內澇越嚴重。結合我國設計暴雨雨峰系數取值規(guī)范進行分析,本文認為我國的設計暴雨雨峰系數取值較為合理。(3)利用耦合模型構建研究區(qū)域的暴雨內澇模型,分析其現狀降雨內澇情況,結合深隧的運行工況及管網改造方案,模擬兩者對該區(qū)域洪澇的控制效果,從中深入分析深隧、管網改造等灰色基礎設施在城市洪澇管理中的優(yōu)點和不足。結果表明,深隧建設和管網升級改造都可以緩解城市內澇,但深隧僅能緩解由水位頂托作用造成的內澇淹沒,而管網升級改造只能緩解由于管網能力不足造成的內澇淹沒。排水管網升級改造會給下游帶來更多的雨水,從而增加下游的防洪排澇壓力。在洪澇管理過程中,源頭控制、泵站能力提升等措施都對其洪澇控制有非常重要的作用。(4)結合海綿城市建設手段,利用數值模型對研究區(qū)域綠色基礎設施的水文特征進行深入研究,分析綠色基礎設施對城市降雨徑流的控制作用。結果表明綠色基礎設施在降雨量較小的場次降雨中能夠有效削減徑流量以及徑流量峰值,隨著降雨量增大,徑流削減效果逐漸減弱。在降雨量相差不大的場次降雨中,降雨時間較長、降雨強度較小的場次降雨中綠色基礎設施對徑流量和徑流峰值的控制效果更好。通過對未來情景進行分析,生物滯留池和濕塘的建設數量需要增加,綠色屋頂和植草溝的數量需要減少,而透水鋪裝和雨水罐的建設數量變化不大。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TU998.4;TU992
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 氣候變化與城市化
        1.1.2 城市洪澇災害頻發(fā)
        1.1.3 海綿城市的提出
    1.2 研究意義
    1.3 國內外研究現狀
        1.3.1 城市洪澇模型
        1.3.2 城市洪澇模擬
        1.3.3 存在的一些問題
    1.4 主要研究內容
    1.5 本章小結
第二章 城市洪澇水文水動力耦合模型構建
    2.1 SWMM模型
        2.1.1 SWMM模型概述
        2.1.2 SWMM模型計算原理
    2.2 SWM模型
        2.2.1 二維淺水方程
        2.2.2 數值離散方法
        2.2.3 邊界條件
        2.2.4 動邊界處理
    2.3 模型耦合
        2.3.1 水平方向耦合
        2.3.2 垂直方向耦合
        2.3.3 模型耦合實現方式
    2.4 本章小結
第三章 城市洪澇水文水動力耦合模型驗證
    3.1 引言
    3.2 垂向連接算例
    3.3 正向連接算例
    3.4 側向連接算例
    3.5 排水小區(qū)算例
        3.5.1 歷史暴雨內澇分析
        3.5.2 排水口流量過程分析
        3.5.3 管網運行情況分析
    3.6 流域雨洪算例一
        3.6.1 設計暴雨
        3.6.2 內澇淹沒分析
        3.6.3 出水口流量過程
    3.7 流域雨洪算例二
        3.7.1 歷史暴雨洪澇
        3.7.2 河道流量分析
        3.7.3 內澇積水分析
        3.7.4 節(jié)點溢流分析
    3.8 本章小結
第四章 城市洪澇對設計暴雨雨型響應分析
    4.1 引言
    4.2 研究區(qū)域
    4.3 研究方法與資料
        4.3.1 研究方法
        4.3.2 地形資料
        4.3.3 排水系統(tǒng)資料
        4.3.4 歷史降雨洪澇資料
        4.3.5 設計暴雨資料
    4.4 結果與討論
        4.4.1 模型率定與驗證
        4.4.2 不同雨型下的淹沒結果
        4.4.3 淹沒水量與滿管比例相關性分析
        4.4.4 不同雨型情景下的滿管比例
        4.4.5 我國雨峰系數合理性分析
        4.4.6 城市洪澇管理
    4.5 本章小結
第五章 灰色基礎設施對城市洪澇的緩解作用
    5.1 引言
    5.2 研究區(qū)域
    5.3 研究方法與資料
        5.3.1 研究方法
        5.3.2 降雨資料
        5.3.3 排水系統(tǒng)資料
        5.3.4 地形資料
    5.4 結果分析
        5.4.1 模型率定與驗證
        5.4.2 洪澇空間分布
        5.4.3 溢流點分布
    5.5 討論分析
        5.5.1 洪澇成因分析
        5.5.2 深隧對洪澇的緩解作用
        5.5.3 管網改造的負面效果
        5.5.4 城市洪澇管理
    5.6 本章小結
第六章 綠色基礎設施對城市雨洪的控制作用
    6.1 引言
    6.2 研究區(qū)域
    6.3 模型及資料
        6.3.1 模型介紹
        6.3.2 降雨資料
        6.3.3 土地利用分類
        6.3.4 子流域劃分
        6.3.5 排水管網設置
        6.3.6 降雨徑流設置
        6.3.7 集合式LID措施
        6.3.8 情景設置
    6.4 結果與討論
        6.4.1 歷史降雨徑流模擬結果
        6.4.2 未來情景分析
    6.5 本章小結
結論與展望
參考文獻
攻讀博士學位期間取得的研究成果
致謝
附件

【參考文獻】

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1 吳亞男;熊家晴;任心欣;王曉昌;;深圳鵝頸水流域SWMM模型參數敏感性分析及率定研究[J];給水排水;2015年11期

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3 章林偉;;海綿城市建設概論[J];給水排水;2015年06期

4 黃國如;張靈敏;雒翠;黃紀萍;劉金鵬;;SWMM模型在深圳市民治河流域的應用[J];水電能源科學;2015年04期

5 車伍;趙楊;李俊奇;王文亮;王建龍;王思思;宮永偉;;海綿城市建設指南解讀之基本概念與綜合目標[J];中國給水排水;2015年08期

6 仇保興;;海綿城市(LID)的內涵、途徑與展望[J];城鄉(xiāng)建設;2015年02期

7 史蓉;龐博;趙剛;杜龍剛;鐘一丹;左萍;;SWMM模型在城市暴雨洪水模擬中的參數敏感性分析[J];北京師范大學學報(自然科學版);2014年05期

8 張建云;宋曉猛;王國慶;賀瑞敏;王小軍;;變化環(huán)境下城市水文學的發(fā)展與挑戰(zhàn)——I.城市水文效應[J];水科學進展;2014年04期

9 賈海峰;姚海蓉;唐穎;YU Shawlei;;城市降雨徑流控制LID BMPs規(guī)劃方法及案例[J];水科學進展;2014年02期

10 張勝杰;宮永偉;李俊奇;;暴雨管理模型SWMM水文參數的敏感性分析案例研究[J];北京建筑工程學院學報;2012年01期

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2 耿艷芬;城市雨洪的水動力耦合模型研究[D];大連理工大學;2006年

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1 夏威;基于LID的非點源污染調控效果研究[D];西安理工大學;2018年

2 逯琳;數據驅動的暴雨洪澇災害過程模擬方法[D];武漢大學;2017年

3 余江順;城市雨洪數值模擬研究與應用[D];大連理工大學;2017年

4 吳海春;低影響開發(fā)雨水利用技術及其評估研究[D];華南理工大學;2017年

5 陳鵬宇;城市洪澇一維二維耦合模型與系統(tǒng)開發(fā)研究[D];山東大學;2016年

6 熊劍智;城市雨洪模型參數敏感性分析與率定[D];山東大學;2016年

7 張靈敏;排水管網水力計算及暴雨積水模擬方法研究[D];華南理工大學;2015年

8 陳海鑫;二維淺水流動數值模擬研究及其應用[D];大連理工大學;2013年

9 黃晶;基于GIS的廣州市新河浦社區(qū)城市雨洪模型研究[D];華南理工大學;2011年

本文編號：2894246