城市增长背景下济南市城区洪涝模拟研究

发布时间：2020-07-17 23:35

【摘要】：近年来,世界经济进入快速发展时期,城市区域面积急剧增长,当城市面临高强度降雨时,由于城市路面硬化,以及老城的排水管网老旧破损,导致城市洪涝灾害出现的频率也越来越高。济南市城区面积不断增长,且由于其特殊的地形地貌,会诱发更加严重的雨洪灾害,给济南市政府和人民带来严重的经济和生命财产损失。尤以2007年0718次洪最为严重。本文以济南市城区为研究对象,基于元胞自动机理论,选用SLEUTH模拟软件建立了研究区域城市动态增长预测模型;选用Caflood雨洪模拟软件建立了研究区域二维城市雨洪模拟模型,并将两者结合,进行未来济南城市增长背景下雨洪模拟研究。分别完成了济南城区2019-2035年城市面积动态增长模拟进程,Caflood模型建立以及验证,并基于二者模拟结果对流域内到2035年城区遭遇雨洪时不同情景进行综合分析评价。主要得到如下结论:(1)元胞自动机(CA)理论“自下而上”的计算理念适用于城市面积动态增长模拟以及城市雨洪模拟,SLEUTH模型能有效结合3S技术且CA算法简单透明;Caflood模型采用元胞自动机(CA)技术来替代传统的浅水波方程求解,极大提高计算效率。(2)采用SLEUTH模型对济南城区2019-2035年城市面积的动态增长进行预测。首先在数据收集与处理的基础上组织模型所需数据集,然后经粗校准、精校准、终校准三段校准过程,校准结果较好;并对研究区域历史年进行空间增长模拟分析,模拟结果与城区的真实发展趋势大体相同,可以显现出济南城区的主体增长状况,表明SLEUTH模型对于济南城区的模拟适用性较好,可用于济南城市的未来城区动态增长预测。(3)在SLEUTH模型校准结果的基础上按照不同土地利用类型建立自由增长、基本保护、严格保护三种不同城市发展情景,并对城区增长进行预测模拟,结果表明,未来济南城区面积仍处于不断增长的状态,增长速率不断降低,且随着对各类用地的保护概率不断增大,增长面积幅度在不断减小,且三种情景下的增长系数变化趋势大致相同,都由蔓延系数占主导作用,繁殖与道路引力系数为辅的效果。三种情景预测结果均顺应济南“南控、西进、东拓、中优”规划政策,预测结果可验证SLEUTH模型精度并为济南城区规划提供理论依据。(4)分析济南市暴雨洪水灾害成因并建立Caflood二维雨洪淹没模拟模型。选取8场城市典型暴雨洪水场次对模型进行率定,率定结果各指标相对误差较小,误差较大处主要由几个异常点决定,但总体看来,模拟水深与实测最大淹没水深吻合较好,各参数满足模型精度要求,适用于进一步模拟分析。(5)在Caflood模型率定基础上对“20070718”次洪进行模拟,并对模拟结果进行可视化,采用不同精度DEM数据进行计算并与MIKE21计算结果做出对比,以验证模型的效率与精度。可视化模拟结果与实际情况基本符合,重点积水地区在中北部地区,英雄山路,建设路,玉函路,二环东路等道路均出现马路行洪,印证了济南暴雨后“南水北淹”的说法;数值计算结果显示,选取22个实测点,以10m分辨率DEM作为模型输入的Caflood模拟最大水深平均误差为0.21m,30m的模拟的平均误差为0.33m,但30m分辨率DEM运行时间仅为10m分辨率DEM的1/15。而MIKE21模拟的平均误差0.27m。结果验证了该模型运行可靠、精度较高、能较好的反映洪水的运动特性,与其它分布式雨洪模型对比具有计算时间短、建模条件较低且适应性较好的特点,更适合城市洪水预警与应急预案。(6)在基于SLEUTH模型预测的济南城区2019-2035年城区范围增长基础上,结合Caflood模型,预测未来情景下城区雨洪时空分布状态。选取基础保护情景下的2035年城区预测未来状态进行城市增长下雨洪模拟研究。雨型方案选取0718、0826两次实际雨型以及3小时、24小时设计雨型,在此基础上进行未来不同情景雨型模拟分析,模拟结果表明,对于短历时强降雨重现期到达50年以后,济南城区内涝分布相对稳定,面积增长幅度较小,但最大水深变大;长历时强降雨造成的洪水灾害淹没损失更为严重;以“20070718”雨型为例,预测2035年模拟淹没情景与2007年淹没情景基本类似,但2035年淹没水深峰值提前,高危险性区域面积增加,且洪涝损失风险等级图体现2035年暴雨后“南水北淹”情景更为严重。研究结果在一定程度上反应出城市增长对雨洪淹没的影响。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP301.1;TU992
【图文】：

地理位置,理条,硕士学位论文,大陆性

济南大学硕士学位论文第二章研究区域概况理条件位置位于山东省中部，地理位置介于东经 116°11 ~117°4属暖温带大陆性季风气候，全年降雨较为集中，主要集 600mm 以上[105]。全市总面积 8177km2。本研究区域主要重的城区部分（包括市中、历城、历下、天桥、槐荫、长体位置见图 2.1。

分布情况,小清河,洛河,水系

2.1.3 气候条件研究区属暖温带半湿润大陆性季风气候，多年平均气温 14.8℃，近 37 年来总体平均气温线性增长率为 0.061℃/10a，气温升高趋势不显著，无霜期 210 天，全年降雨较为集中，主要集中在 7、8 月份，年均降雨量约 692.8mm 以上，近 37 年以来济南市年降雨量呈现逐年增长趋势，降雨倾向率为 47.69/10a[108]。具体气候背景见图 2.3。2.1.4 水文水系研究区域内小清河水系主要有小清河、腊山河、兴济河、工商河、西洛河、东洛河、柳行河、全福河、南太平河、北太平河等支流以及大明湖[109]。研究区河流水系及流域分布情况如图 2.4 所示。2.1.5 土地利用状况

气候背景,硕士学位论文,状态

研究区气候背景

【相似文献】