發(fā)布時間：2020-07-17 23:35

【摘要】：近年來,世界經(jīng)濟進入快速發(fā)展時期,城市區(qū)域面積急劇增長,當城市面臨高強度降雨時,由于城市路面硬化,以及老城的排水管網(wǎng)老舊破損,導致城市洪澇災(zāi)害出現(xiàn)的頻率也越來越高。濟南市城區(qū)面積不斷增長,且由于其特殊的地形地貌,會誘發(fā)更加嚴重的雨洪災(zāi)害,給濟南市政府和人民帶來嚴重的經(jīng)濟和生命財產(chǎn)損失。尤以2007年0718次洪最為嚴重。本文以濟南市城區(qū)為研究對象,基于元胞自動機理論,選用SLEUTH模擬軟件建立了研究區(qū)域城市動態(tài)增長預(yù)測模型;選用Caflood雨洪模擬軟件建立了研究區(qū)域二維城市雨洪模擬模型,并將兩者結(jié)合,進行未來濟南城市增長背景下雨洪模擬研究。分別完成了濟南城區(qū)2019-2035年城市面積動態(tài)增長模擬進程,Caflood模型建立以及驗證,并基于二者模擬結(jié)果對流域內(nèi)到2035年城區(qū)遭遇雨洪時不同情景進行綜合分析評價。主要得到如下結(jié)論:(1)元胞自動機(CA)理論“自下而上”的計算理念適用于城市面積動態(tài)增長模擬以及城市雨洪模擬,SLEUTH模型能有效結(jié)合3S技術(shù)且CA算法簡單透明;Caflood模型采用元胞自動機(CA)技術(shù)來替代傳統(tǒng)的淺水波方程求解,極大提高計算效率。(2)采用SLEUTH模型對濟南城區(qū)2019-2035年城市面積的動態(tài)增長進行預(yù)測。首先在數(shù)據(jù)收集與處理的基礎(chǔ)上組織模型所需數(shù)據(jù)集,然后經(jīng)粗校準、精校準、終校準三段校準過程,校準結(jié)果較好;并對研究區(qū)域歷史年進行空間增長模擬分析,模擬結(jié)果與城區(qū)的真實發(fā)展趨勢大體相同,可以顯現(xiàn)出濟南城區(qū)的主體增長狀況,表明SLEUTH模型對于濟南城區(qū)的模擬適用性較好,可用于濟南城市的未來城區(qū)動態(tài)增長預(yù)測。(3)在SLEUTH模型校準結(jié)果的基礎(chǔ)上按照不同土地利用類型建立自由增長、基本保護、嚴格保護三種不同城市發(fā)展情景,并對城區(qū)增長進行預(yù)測模擬,結(jié)果表明,未來濟南城區(qū)面積仍處于不斷增長的狀態(tài),增長速率不斷降低,且隨著對各類用地的保護概率不斷增大,增長面積幅度在不斷減小,且三種情景下的增長系數(shù)變化趨勢大致相同,都由蔓延系數(shù)占主導作用,繁殖與道路引力系數(shù)為輔的效果。三種情景預(yù)測結(jié)果均順應(yīng)濟南“南控、西進、東拓、中優(yōu)”規(guī)劃政策,預(yù)測結(jié)果可驗證SLEUTH模型精度并為濟南城區(qū)規(guī)劃提供理論依據(jù)。(4)分析濟南市暴雨洪水災(zāi)害成因并建立Caflood二維雨洪淹沒模擬模型。選取8場城市典型暴雨洪水場次對模型進行率定,率定結(jié)果各指標相對誤差較小,誤差較大處主要由幾個異常點決定,但總體看來,模擬水深與實測最大淹沒水深吻合較好,各參數(shù)滿足模型精度要求,適用于進一步模擬分析。(5)在Caflood模型率定基礎(chǔ)上對“20070718”次洪進行模擬,并對模擬結(jié)果進行可視化,采用不同精度DEM數(shù)據(jù)進行計算并與MIKE21計算結(jié)果做出對比,以驗證模型的效率與精度。可視化模擬結(jié)果與實際情況基本符合,重點積水地區(qū)在中北部地區(qū),英雄山路,建設(shè)路,玉函路,二環(huán)東路等道路均出現(xiàn)馬路行洪,印證了濟南暴雨后“南水北淹”的說法;數(shù)值計算結(jié)果顯示,選取22個實測點,以10m分辨率DEM作為模型輸入的Caflood模擬最大水深平均誤差為0.21m,30m的模擬的平均誤差為0.33m,但30m分辨率DEM運行時間僅為10m分辨率DEM的1/15。而MIKE21模擬的平均誤差0.27m。結(jié)果驗證了該模型運行可靠、精度較高、能較好的反映洪水的運動特性,與其它分布式雨洪模型對比具有計算時間短、建模條件較低且適應(yīng)性較好的特點,更適合城市洪水預(yù)警與應(yīng)急預(yù)案。(6)在基于SLEUTH模型預(yù)測的濟南城區(qū)2019-2035年城區(qū)范圍增長基礎(chǔ)上,結(jié)合Caflood模型,預(yù)測未來情景下城區(qū)雨洪時空分布狀態(tài)。選取基礎(chǔ)保護情景下的2035年城區(qū)預(yù)測未來狀態(tài)進行城市增長下雨洪模擬研究。雨型方案選取0718、0826兩次實際雨型以及3小時、24小時設(shè)計雨型,在此基礎(chǔ)上進行未來不同情景雨型模擬分析,模擬結(jié)果表明,對于短歷時強降雨重現(xiàn)期到達50年以后,濟南城區(qū)內(nèi)澇分布相對穩(wěn)定,面積增長幅度較小,但最大水深變大;長歷時強降雨造成的洪水災(zāi)害淹沒損失更為嚴重;以“20070718”雨型為例,預(yù)測2035年模擬淹沒情景與2007年淹沒情景基本類似,但2035年淹沒水深峰值提前,高危險性區(qū)域面積增加,且洪澇損失風險等級圖體現(xiàn)2035年暴雨后“南水北淹”情景更為嚴重。研究結(jié)果在一定程度上反應(yīng)出城市增長對雨洪淹沒的影響。
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP301.1;TU992
【圖文】：

濟南大學碩士學位論文第二章 研究區(qū)域概況理條件位置位于山東省中部，地理位置介于東經(jīng) 116°11 ~117°4屬暖溫帶大陸性季風氣候，全年降雨較為集中，主要集 600mm 以上[105]。全市總面積 8177km2。本研究區(qū)域主要重的城區(qū)部分（包括市中、歷城、歷下、天橋、槐蔭、長體位置見圖 2.1。

2.1.3 氣候條件研究區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，多年平均氣溫 14.8℃，近 37 年來總體平均氣溫線性增長率為 0.061℃/10a，氣溫升高趨勢不顯著，無霜期 210 天，全年降雨較為集中，主要集中在 7、8 月份，年均降雨量約 692.8mm 以上，近 37 年以來濟南市年降雨量呈現(xiàn)逐年增長趨勢，降雨傾向率為 47.69/10a[108]。具體氣候背景見圖 2.3。2.1.4 水文水系研究區(qū)域內(nèi)小清河水系主要有小清河、臘山河、興濟河、工商河、西洛河、東洛河、柳行河、全福河、南太平河、北太平河等支流以及大明湖[109]。研究區(qū)河流水系及流域分布情況如圖 2.4 所示。2.1.5 土地利用狀況

研究區(qū)氣候背景

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本文編號：2760076