發(fā)布時(shí)間：2020-11-22 06:04

　　 洪澇是全球發(fā)生次數(shù)最多的自然災(zāi)害之一,隨著城市化進(jìn)展加快以及資源往城市愈發(fā)集中,城市洪澇造成的經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)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(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn),而城市洪澇管理更是成為洪澇研究的焦點(diǎn)問題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,數(shù)值模型已經(jīng)成為研究城市洪澇問題的重要手段。國內(nèi)外學(xué)者在城市洪澇方面做了相當(dāng)多的研究工作,不斷促進(jìn)著城市洪澇管理的發(fā)展與進(jìn)步。本文在深入剖析前人研究的基礎(chǔ)上,總結(jié)出目前研究的一些不足之處和值得后人解決的問題,構(gòu)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(diǎn)和不足,得到了一些有價(jià)值的結(jié)論。(1)本文在深入研究SWMM模型與SWM模型計(jì)算原理的基礎(chǔ)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(gè)理論案例和三個(gè)實(shí)際研究區(qū)域?qū)δＰ瓦M(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明耦合模型在驗(yàn)證案例中具有良好的表現(xiàn),模擬結(jié)果與現(xiàn)有的商業(yè)軟件模擬結(jié)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(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及地表積水的情況,研究管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和地表積水的變化過程,挖掘兩者之間的潛在關(guān)系,探索降雨強(qiáng)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(jī)理。通過闡述雨型-地下管網(wǎng)-地表淹沒三者之間的關(guān)系,揭示了其內(nèi)在原因,雨峰出現(xiàn)時(shí)間越晚,雨峰到來時(shí)管網(wǎng)排水能力越不足,造成的內(nèi)澇越嚴(yán)重。結(jié)合我國設(shè)計(jì)暴雨雨峰系數(shù)取值規(guī)范進(jìn)行分析,本文認(rèn)為我國的設(shè)計(jì)暴雨雨峰系數(shù)取值較為合理。(3)利用耦合模型構(gòu)建研究區(qū)域的暴雨內(nèi)澇模型,分析其現(xiàn)狀降雨內(nèi)澇情況,結(jié)合深隧的運(yùn)行工況及管網(wǎng)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(wǎng)改造等灰色基礎(chǔ)設(shè)施在城市洪澇管理中的優(yōu)點(diǎn)和不足。結(jié)果表明,深隧建設(shè)和管網(wǎng)升級改造都可以緩解城市內(nèi)澇,但深隧僅能緩解由水位頂托作用造成的內(nèi)澇淹沒,而管網(wǎng)升級改造只能緩解由于管網(wǎng)能力不足造成的內(nèi)澇淹沒。排水管網(wǎng)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(jié)合海綿城市建設(shè)手段,利用數(shù)值模型對研究區(qū)域綠色基礎(chǔ)設(shè)施的水文特征進(jìn)行深入研究,分析綠色基礎(chǔ)設(shè)施對城市降雨徑流的控制作用。結(jié)果表明綠色基礎(chǔ)設(shè)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(shí)間較長、降雨強(qiáng)度較小的場次降雨中綠色基礎(chǔ)設(shè)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(jìn)行分析,生物滯留池和濕塘的建設(shè)數(shù)量需要增加,綠色屋頂和植草溝的數(shù)量需要減少,而透水鋪裝和雨水罐的建設(shè)數(shù)量變化不大。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(zāi)害頻發(fā)
        1.1.3 海綿城市的提出
    1.2 研究意義
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)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(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
第二章 城市洪澇水文水動(dòng)力耦合模型構(gòu)建
    2.1 SWMM模型
        2.1.1 SWMM模型概述
        2.1.2 SWMM模型計(jì)算原理
    2.2 SWM模型
        2.2.1 二維淺水方程
        2.2.2 數(shù)值離散方法
        2.2.3 邊界條件
        2.2.4 動(dòng)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(shí)現(xiàn)方式
    2.4 本章小結(jié)
第三章 城市洪澇水文水動(dòng)力耦合模型驗(yàn)證
    3.1 引言
    3.2 垂向連接算例
    3.3 正向連接算例
    3.4 側(cè)向連接算例
    3.5 排水小區(qū)算例
        3.5.1 歷史暴雨內(nèi)澇分析
        3.5.2 排水口流量過程分析
        3.5.3 管網(wǎng)運(yùn)行情況分析
    3.6 流域雨洪算例一
        3.6.1 設(shè)計(jì)暴雨
        3.6.2 內(nèi)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(nèi)澇積水分析
        3.7.4 節(jié)點(diǎn)溢流分析
    3.8 本章小結(jié)
第四章 城市洪澇對設(shè)計(jì)暴雨雨型響應(yīng)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(shè)計(jì)暴雨資料
    4.4 結(jié)果與討論
        4.4.1 模型率定與驗(yàn)證
        4.4.2 不同雨型下的淹沒結(jié)果
        4.4.3 淹沒水量與滿管比例相關(guān)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(shù)合理性分析
        4.4.6 城市洪澇管理
    4.5 本章小結(jié)
第五章 灰色基礎(chǔ)設(shè)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(jié)果分析
        5.4.1 模型率定與驗(yàn)證
        5.4.2 洪澇空間分布
        5.4.3 溢流點(diǎn)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(wǎng)改造的負(fù)面效果
        5.5.4 城市洪澇管理
    5.6 本章小結(jié)
第六章 綠色基礎(chǔ)設(shè)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(wǎng)設(shè)置
        6.3.6 降雨徑流設(shè)置
        6.3.7 集合式LID措施
        6.3.8 情景設(shè)置
    6.4 結(jié)果與討論
        6.4.1 歷史降雨徑流模擬結(jié)果
        6.4.2 未來情景分析
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2894246