城市水文水动力耦合模型及其应用研究
发布时间：2021-07-14 15:14
在全球气候变化和快速城市化的大背景下,城市区域降雨特性、下垫面条件和承灾体特征发生显著变化,导致城市洪涝灾害频发,灾害损失加剧,引起社会各界广泛关注。城市洪涝数值模拟是城市洪涝灾害管理的重要技术手段,当前城市洪涝模型主要分为以水文学方法为主和以水动力学方法为主两大类,前者通常难以模拟地表淹没过程,而后者对城市洪涝过程的水文学机制考虑不足。本文在前人研究的基础上,解析了城市水文过程和水动力过程模拟原理,阐述了水文与水动力过程、一二维水动力过程间的耦合机制,研发了城市水文水动力耦合模型。基于城市水文水动力耦合模型分别构建了北京市中心城区城市雨洪模型和乐家花园片区海绵措施评估模型,基于模拟分别开展了城市雨洪风险评估和海绵措施综合评估等研究。主要研究成果如下:（1）阐述了城市水文过程和水动力过程模拟的基本原理,评估了TELEMAC-2D模块的适用性和单纯二维水动力城市雨洪模拟的局限性。提出了基于“自然-社会”二元信息的城市水文响应单元划分方法,在此基础上解析了城市地表产流、社会水循环排水量、地表汇流及绿色基础设施水文过程等的模拟方法;解析了城市水动力过程模拟的基本原理,分别阐述了 EXTRAN...
【文章来源】：中国水利水电科学研究院北京市
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１典型城市洪涝致灾场景（图片来源于网络）??１．２研究目的与意义??
１．３．１城市洪涝模拟研究的基本发展历程??城市洪涝模型本质上是水文模型或者水动力模型的一类，其基本发展历程与??传统水文或水动力模型发展历程基本一致［４５］。图１－２展示了城市洪涝模拟研宄??的基本发展历程，从模型发展的重点方向上划分，城市洪涝模拟研究历程可以分??为三个阶段，分别是经验探索阶段、算法创新阶段和综合集成阶段。??从１８８９年城市排水设计计算中引入推理公式开始，城市洪涝模拟研究基??本上处于对洪涝过程模拟基本方法的经验探索阶段，Ｈｏｒｔｏｎ产流理论、单位线、??芝加哥流量过程线等经典水文学理论方法的提出为城市洪涝模拟提供了理论依??据和关键方法［４＇这一阶段的研究重点是探索如何将水文学理论和公式有机地??整合运用到城市中，实现对城市水文过程的有效模拟，到１９７１年美国环境署（ＵＳ??ＥＰＡ）提出了一款半分布式的城市水文模型ＳＷＭＭ［４８］?（Ｓｔｏｒｍ?Ｗａｔｅｒ?Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ??Ｍｏｄｅｌ），该模型实现了对地表产流、地表汇流和管网汇流等城市三项基本水文过??程的集成模拟［４９］Ｍｌ是城市水文模拟研究转向成熟的一个重要标志。自ＳＷＭＭ??模型之后，城市洪涝的模拟进入了算法创新阶段，其研究重点是城市水文过程、??水动力过程模拟方法和算法的创新
?中国水利水电科学研宄院博士学位论文模拟，并解析其基本原理；基于数值实验分析ＴＥＬＭＡＣ－２Ｄ模型在城市洪涝模拟中的适用性及二维水动力模型在城市雨洪模拟中的局限性。??（３）城市水文水动力耦合模型集成研究。以城市水文过程模拟方法和水动力（一维和二维）模拟方法为基础，开展城市水文水动力过程耦合研究括耦合机制和耦合方法等，在厘清多模块耦合机制和耦合方法的基础上，集发城市水文水动力耦合模型。??（４）城市水文水动力耦合模型应用。将城市水文水动力耦合模型应用市洪涝模拟和海绵城市研究。建立北京市中心城区城市雨洪模型，进行不同条件下的城市雨洪风险评估；建立北京市通惠河流域乐家花园片区海绵措施模型，基于该案例探讨实施海绵措施的水文响应和成本效益演变规律。??１．５技术路线??本研究的技术路线如图１－３所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]北京城市洪涝问题与成因分析[J]. 宋晓猛,张建云,贺瑞敏,邹贤菊,张春桦. 水科学进展. 2019(02)
[2]遥感技术在城市洪涝模拟中的应用进展[J]. 徐宗学,程涛,洪思扬,王林霞. 科学通报. 2018(21)
[3]排水管网结构概化对城市暴雨洪水模拟的影响[J]. 吕恒,倪广恒,田富强. 水力发电学报. 2018(11)
[4]基于SWMM模型的城市洪涝过程模拟及风险评估[J]. 朱呈浩,夏军强,陈倩,侯精明. 灾害学. 2018(02)
[5]北京海绵城市雨水措施效益评估方法及案例分析[J]. 舒安平,田露,王梦瑶,高小虎,于洋. 给水排水. 2018(03)
[6]城市雨水管理模型中关键问题探讨（三）——低影响开发模拟[J]. 陶涛,颜合想,信昆仑,李树平. 给水排水. 2018(03)
[7]A new strategy for integrated urban water management in China:Sponge city[J]. WANG Hao,MEI Chao,LIU JiaHong,SHAO WeiWei. Science China（Technological Sciences）. 2018(03)
[8]城市雨洪模型研究综述[J]. 夏军,张印,梁昌梅,刘洁. 武汉大学学报(工学版). 2018(02)
[9]气候变化与城市化效应对中国超大城市极端暴雨的影响[J]. 丁一汇. 中国防汛抗旱. 2018(02)
[10]城市洪涝灾害风险区划研究[J]. 杜康宁,梁忠民,王军,李彬权. 水电能源科学. 2018(01)
博士论文
[1]应对气候变化和城市发展的城市雨洪管控模式研究[D]. 王墨.福建农林大学 2017
[2]城市雨洪放大效应及分布式城市雨洪模型研究[D]. 刘佳明.武汉大学 2016
[3]基于空间信息多级网格的城市雨洪计算模型与方法研究[D]. 沈计.华中科技大学 2015
[4]城市洪涝数值模拟技术研究[D]. 喻海军.华南理工大学 2015
[5]多功能浅水模型的建立及其应用研究[D]. 黄玉新.大连理工大学 2014
[6]变化环境下渭河流域水循环分布式模拟与演变规律研究[D]. 刘佳嘉.中国水利水电科学研究院 2013
[7]浅水方程高分辨率算法的研究[D]. 柏禄海.大连理工大学 2013
[8]城市洪水风险管理及应用技术研究[D]. 李帅杰.中国水利水电科学研究院 2013
[9]多尺度自然灾害情景风险评估与区划[D]. 刘耀龙.华东师范大学 2011
[10]水信息技术在城市雨洪系统中的应用研究[D]. 马立山.天津大学 2011
硕士论文
[1]分布式城市需水预测模型研究及应用[D]. 栾勇.中国水利水电科学研究院 2017
[2]武汉市暴雨内涝灾害风险评估和预警机制[D]. 安喆.武汉大学 2017
[3]基于SNA的“武汉暴雨事件”政府网络舆情治理研究[D]. 贾慧真.华中师范大学 2017
[4]低影响开发雨水利用技术及其评估研究[D]. 吴海春.华南理工大学 2017
[5]复杂下垫面城区多元雨洪消纳措施模拟研究[D]. 付潇然.河北工程大学 2016
[6]北京中心城合流制排水系统改造研究[D]. 张娟.北京工业大学 2016
[7]城市排水管网水力模拟及内涝风险评估[D]. 黄维.华南理工大学 2016
[8]洪水风险分析模型的改进与耦合研究及其应用[D]. 付成威.天津大学 2014
[9]基于并行计算的管道排水模型研究及其应用[D]. 唐兵.中国水利水电科学研究院 2013
本文编号：3284388
【文章来源】：中国水利水电科学研究院北京市
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１典型城市洪涝致灾场景（图片来源于网络）??１．２研究目的与意义??
１．３．１城市洪涝模拟研究的基本发展历程??城市洪涝模型本质上是水文模型或者水动力模型的一类，其基本发展历程与??传统水文或水动力模型发展历程基本一致［４５］。图１－２展示了城市洪涝模拟研宄??的基本发展历程，从模型发展的重点方向上划分，城市洪涝模拟研究历程可以分??为三个阶段，分别是经验探索阶段、算法创新阶段和综合集成阶段。??从１８８９年城市排水设计计算中引入推理公式开始，城市洪涝模拟研究基??本上处于对洪涝过程模拟基本方法的经验探索阶段，Ｈｏｒｔｏｎ产流理论、单位线、??芝加哥流量过程线等经典水文学理论方法的提出为城市洪涝模拟提供了理论依??据和关键方法［４＇这一阶段的研究重点是探索如何将水文学理论和公式有机地??整合运用到城市中，实现对城市水文过程的有效模拟，到１９７１年美国环境署（ＵＳ??ＥＰＡ）提出了一款半分布式的城市水文模型ＳＷＭＭ［４８］?（Ｓｔｏｒｍ?Ｗａｔｅｒ?Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ??Ｍｏｄｅｌ），该模型实现了对地表产流、地表汇流和管网汇流等城市三项基本水文过??程的集成模拟［４９］Ｍｌ是城市水文模拟研究转向成熟的一个重要标志。自ＳＷＭＭ??模型之后，城市洪涝的模拟进入了算法创新阶段，其研究重点是城市水文过程、??水动力过程模拟方法和算法的创新
?中国水利水电科学研宄院博士学位论文模拟，并解析其基本原理；基于数值实验分析ＴＥＬＭＡＣ－２Ｄ模型在城市洪涝模拟中的适用性及二维水动力模型在城市雨洪模拟中的局限性。??（３）城市水文水动力耦合模型集成研究。以城市水文过程模拟方法和水动力（一维和二维）模拟方法为基础，开展城市水文水动力过程耦合研究括耦合机制和耦合方法等，在厘清多模块耦合机制和耦合方法的基础上，集发城市水文水动力耦合模型。??（４）城市水文水动力耦合模型应用。将城市水文水动力耦合模型应用市洪涝模拟和海绵城市研究。建立北京市中心城区城市雨洪模型，进行不同条件下的城市雨洪风险评估；建立北京市通惠河流域乐家花园片区海绵措施模型，基于该案例探讨实施海绵措施的水文响应和成本效益演变规律。??１．５技术路线??本研究的技术路线如图１－３所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]北京城市洪涝问题与成因分析[J]. 宋晓猛,张建云,贺瑞敏,邹贤菊,张春桦. 水科学进展. 2019(02)
[2]遥感技术在城市洪涝模拟中的应用进展[J]. 徐宗学,程涛,洪思扬,王林霞. 科学通报. 2018(21)
[3]排水管网结构概化对城市暴雨洪水模拟的影响[J]. 吕恒,倪广恒,田富强. 水力发电学报. 2018(11)
[4]基于SWMM模型的城市洪涝过程模拟及风险评估[J]. 朱呈浩,夏军强,陈倩,侯精明. 灾害学. 2018(02)
[5]北京海绵城市雨水措施效益评估方法及案例分析[J]. 舒安平,田露,王梦瑶,高小虎,于洋. 给水排水. 2018(03)
[6]城市雨水管理模型中关键问题探讨（三）——低影响开发模拟[J]. 陶涛,颜合想,信昆仑,李树平. 给水排水. 2018(03)
[7]A new strategy for integrated urban water management in China:Sponge city[J]. WANG Hao,MEI Chao,LIU JiaHong,SHAO WeiWei. Science China（Technological Sciences）. 2018(03)
[8]城市雨洪模型研究综述[J]. 夏军,张印,梁昌梅,刘洁. 武汉大学学报(工学版). 2018(02)
[9]气候变化与城市化效应对中国超大城市极端暴雨的影响[J]. 丁一汇. 中国防汛抗旱. 2018(02)
[10]城市洪涝灾害风险区划研究[J]. 杜康宁,梁忠民,王军,李彬权. 水电能源科学. 2018(01)
博士论文
[1]应对气候变化和城市发展的城市雨洪管控模式研究[D]. 王墨.福建农林大学 2017
[2]城市雨洪放大效应及分布式城市雨洪模型研究[D]. 刘佳明.武汉大学 2016
[3]基于空间信息多级网格的城市雨洪计算模型与方法研究[D]. 沈计.华中科技大学 2015
[4]城市洪涝数值模拟技术研究[D]. 喻海军.华南理工大学 2015
[5]多功能浅水模型的建立及其应用研究[D]. 黄玉新.大连理工大学 2014
[6]变化环境下渭河流域水循环分布式模拟与演变规律研究[D]. 刘佳嘉.中国水利水电科学研究院 2013
[7]浅水方程高分辨率算法的研究[D]. 柏禄海.大连理工大学 2013
[8]城市洪水风险管理及应用技术研究[D]. 李帅杰.中国水利水电科学研究院 2013
[9]多尺度自然灾害情景风险评估与区划[D]. 刘耀龙.华东师范大学 2011
[10]水信息技术在城市雨洪系统中的应用研究[D]. 马立山.天津大学 2011
硕士论文
[1]分布式城市需水预测模型研究及应用[D]. 栾勇.中国水利水电科学研究院 2017
[2]武汉市暴雨内涝灾害风险评估和预警机制[D]. 安喆.武汉大学 2017
[3]基于SNA的“武汉暴雨事件”政府网络舆情治理研究[D]. 贾慧真.华中师范大学 2017
[4]低影响开发雨水利用技术及其评估研究[D]. 吴海春.华南理工大学 2017
[5]复杂下垫面城区多元雨洪消纳措施模拟研究[D]. 付潇然.河北工程大学 2016
[6]北京中心城合流制排水系统改造研究[D]. 张娟.北京工业大学 2016
[7]城市排水管网水力模拟及内涝风险评估[D]. 黄维.华南理工大学 2016
[8]洪水风险分析模型的改进与耦合研究及其应用[D]. 付成威.天津大学 2014
[9]基于并行计算的管道排水模型研究及其应用[D]. 唐兵.中国水利水电科学研究院 2013
本文编号：3284388
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/3284388.html
