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城市洪涝一维二维耦合模型与系统开发研究

发布时间:2018-01-31 14:48

  本文关键词: 城市洪涝模拟 模型集成 模型耦合 GIS技术 可视化系统 出处:《山东大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:伴随着我国不断加速的城市化进程和加剧的全球气候变化,城市排水系统规划发展已严重滞后,突发的强降雨频繁引发各大城市洪涝灾害,造成极其严重的经济损失及社会影响。城市洪涝数值模拟是城市排水系统规划和城市洪涝灾害管控的重要途径,因此,针对目前国内缺乏实时高效可靠的城市洪涝模型系统管理和模拟应用方面所进行的研究,对国内发展城市洪涝模型平台和城市防洪排涝问题的技术支持工作具有重要的意义。本文基于GIS技术平台,集成先进一维模型的优势模块并耦合自主开发的二维模型,构建能够完整模拟地下管流与地面径流的城市洪涝一维二维耦合模型程序应用系统。首先,集成HEC-1与EPA-SWMM模型,构建一维降雨径流管网集成模型。对HEC-1与S WMM模型进行模块分解及优势对比,通过源码调试、模型概化、模块控制、参数整合和接口编写,实现前者水文模块与后者一维水动力模块的集成,并应用模型对济南市广场西沟流域道路行洪问题进行模拟分析。其次,构建二维地表漫流水动力学模型。基于交替蛙跳格式有限差分法分项离散二维浅水方程,确定模型的初始条件以及波前能量传递、溢水、固壁等边界条件,考虑到了稳定性与误差问题,并以fortran语言和精简的数据存储格式,建立二维地表漫流模型,并通过济南市华山湖算例验证模型的可行性。最后,构建城市洪涝一维二维耦合模型,并重点进行模型程序系统开发。通过流量交换建立模型模块的连接,完成一维集成模型与二维模型的耦合。从系统总体结构和功能需求出发,基于ArcGIS平台进行可视化界面和数据库设计,开发耦合模型程序应用系统,并通过界面操作完成系统模拟应用。
[Abstract]:With the accelerating process of urbanization and increasing global climate change in China, urban drainage system planning development has been seriously lagging behind, sudden heavy rainfall frequently caused by flood disasters in major cities. The numerical simulation of urban flood is an important way of urban drainage system planning and urban flood disaster control. In view of the lack of real-time, efficient and reliable urban flood model system management and simulation application research. It is of great significance for the development of urban flood model platform and the technical support of urban flood control and drainage in China. This paper is based on GIS technology platform. Integrating the advantage module of advanced one-dimensional model and coupling the self-developed two-dimensional model, the application system of one-dimensional coupled model of urban flood and waterlogging can be constructed which can simulate the underground pipe flow and surface runoff completely. Integration of HEC-1 and EPA-SWMM model to build a one-dimensional rainfall runoff pipe network integration model. HEC-1 and SWMM model module decomposition and advantage comparison, through the source code debugging. Model generalization, module control, parameter integration and interface programming to realize the integration of the former hydrological module and the latter one-dimensional hydrodynamic module. The model is used to simulate and analyze the problem of road flood flow in Xigou Basin of Jinan City. Secondly, a two-dimensional surface overflowing income dynamic model is constructed. The two-dimensional shallow water equation is discretized by finite difference method based on alternating leapfrog scheme. The initial conditions of the model as well as the boundary conditions of wave front energy transfer, overflow and solid wall are determined. The stability and error problems are considered, and the fortran language and the simplified data storage format are used. A two-dimensional surface overflowing model is established, and the feasibility of the model is verified by an example of Huashan Lake in Jinan. Finally, a one-dimensional coupled model of urban flood and waterlogging is constructed. And the model program system development is emphasized. The connection of model module is established through traffic exchange, and the coupling of one-dimensional integrated model and two-dimensional model is completed. The system structure and function requirements are considered. The visual interface and database are designed based on ArcGIS platform, and the application system of coupling model program is developed, and the simulation application is completed by interface operation.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TU998.4

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本文编号:1479313

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