基于“内涝点”的城市防洪模式研究
发布时间：2017-04-30 16:06
本文关键词：基于“内涝点”的城市防洪模式研究，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：日益严重的城市洪涝灾害已成为我国城市化经济建设与发展无法回避的重要问题之一,然而目前我国的城市防洪理论体系还欠完善,薄弱的防洪设施体系也已无法满足当下城市发展对其防洪能力的要求。因此,为完善我国城市洪涝灾害防治的理论体系,有必要针对城市洪涝成灾的特点,探索科学合理的城市防洪理念与防洪模式。在前人研究的城市雨洪计算模型的基础上,针对以暴雨为主成灾的城市,基于以下基本事实:一场超标的暴雨,不等于整个城市的各个区域都会形成“涝灾”;一场不超标的暴雨,也可能在城市的某些点区域形成“涝灾”;所谓“涝灾”应该指的是淹没区域的“损失”,该损失既可能是有形的可量化的经济损失,也可能是无形的社会损失,而决定这些损失大小的不应只是该区域的淹没水深,至少还应包含淹没区域的积水历时。据此,本文提出了对“内涝点”重点治理的城市防洪理念,并进行了基于“内涝点”的城市防洪模式研究,取得以下主要成果:(1)分析我国城市防洪存在的问题,结合城市洪涝成灾的特点,指出我国城市防洪规范文件中只按城市的等级或类型统一设定的防洪设施建设标准在可操作性上存在一定缺陷,并提出对“内涝点”重点治理的城市防洪理念,以对现行规范性文件进行补充,从而对我国城市防洪建设提供较强的可定点操作的指导。(2)在研究国内外地表产、汇流计算方法的基础上,结合城市地表产、汇流特点,本文尝试将综合径流系数法和初损后损法结合起来计算城市地表平均产流量;而对于城市地表汇流,本文在流域等流时线原理的基础上,提出城市“内涝点”的等流时线观点,并建立了一种改进的等流时线汇流计算方法,其中主要考虑了“城市地表汇流损失”,使得城市地表汇流计算更加符合实际情况。(3)对于“城市地表汇流损失”计算,提出根据马路雨水口的实际使用情况,采用雨水口综合截流有效系数来计算单个雨水口的有效截流量,进而计算城市地表汇流损失量。其中雨水口综合截流有效系数由雨水口截流系数和雨水口截流效率两部分组成。(4)在上述研究的基础上,建立基于“内涝点”的城市防洪模式,并对其各组成部分进行系统的研究。该模式的主要组成如下:(i)城市“内涝点”的定义。针对我国《室外排水设计规范〈gb50014-2006〉》(2014年修改版)中对城市内涝定义上存在的缺陷,研究指出城市内涝灾害定义应包括内涝积水深与积水历时两部分内容。提出在考虑淹没损失的基础上,在规定的设计暴雨等条件下,当城市某个点区域的积水深和积水历时均超过其阈值,才可说暴雨在此处造成了内涝灾害,并将此淹没区域定义为城市“内涝点”。(ii)“内涝点”的研究价值。根据前述对城市暴雨的成灾特点分析以及“内涝点”的定义,结合我国城市防洪排涝的工程体系,可看出短时间内彻底改造、更换一个城市的排水管网、工程系统是不现实的。因此,研究“内涝点”旨在为城市内涝定义提供新的理论支持;为城市防洪排涝带来新的理念;为城市防洪标准带来新的研究方向以及为城市防洪的针对性措施及方案提供决策依据。(iii)基于单个“内涝点”的城市积水计算模型。它包括城市地表产流计算、城市地表汇流计算,城市地表汇流损失计算,城市“内涝点”积水深计算及积水历时计算等。(iv)基于多个“内涝点”混联模式下积水计算模型。根据实际情况可知,城市有多个“内涝点”,每个“内涝点”均可看作一个微小型水库,这些微小型水库之间通过马路以串联、并联以及混联的形式组成一个库群系统,各微小型水库对地理位置下游水库具有一定的调蓄作用,因此在单个“内涝点”的城市积水计算模型的基础上,增加了“内涝点”间径流调蓄时间计算以及地理位置最低处“内涝点”的积水计算。(v)基于“内涝点”的城市内涝成灾判断。针对城市内涝新定义,计算“内涝点”的最大积水深和积水历时,然后建立城市内涝成灾判断公式。并提出城市遭遇某场暴雨,只有“内涝点”的最大积水深和积水历时都超过均超过其阈值,方可说暴雨在此处造成了内涝灾害的成灾判断模式。本文以太原理工大学迎西校区为试验区域,以太原市两次典型降雨为算例,分别对基于“内涝点”的城市积水计算模型进行验证与应用,并与当日实测的积水深度和积水历时进行对比。结果表明:使用模型计算所得的结果与实测资料相符,由此验证了模型结构的合理性。论文研究结果,不仅为城市内涝的定义提供新的理论支持,而且还为城市防洪理念与防洪模式提供了新的思想;不仅在城市防洪减灾方面有广泛应用前景和实际推广价值,而且对于城市洪水安全方案的制定、城市排涝系统的更新改造以及城市淹没损失评估有着重要的借鉴意义。
【关键词】：城市“内涝点” 城市防洪模式 “内涝点”积水深 “内涝点”积水历时 城市内涝成灾判断
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU998.4;TU992
【目录】：
- 摘要3-7
- ABSTRACT7-15
- 第一章 绪论15-29
- 1.1 研究的背景及意义15-17
- 1.1.1 研究的背景15-16
- 1.1.2 研究的意义16-17
- 1.2 国内外研究现状17-21
- 1.2.1 雨洪模型研究现状17-18
- 1.2.2 产流计算研究现状18-19
- 1.2.3 汇流计算研究现状19
- 1.2.4 城市内涝积水研究现状19-21
- 1.3 我国城市内涝灾害特点及成因21-23
- 1.3.1 内涝灾害特点21-22
- 1.3.2 内涝灾害成因22-23
- 1.4 我国城市防洪存在的问题23-26
- 1.5 主要研究内容及技术路线26-29
- 1.5.1 主要研究内容26-28
- 1.5.2 研究技术路线28-29
- 第二章 城市地表产、汇流计算29-57
- 2.1 城市地表产、汇流过程及特点29-31
- 2.1.1 城市地表产流过程及特点29-30
- 2.1.2 城市地表汇流过程及特点30-31
- 2.2 城市地表产、汇流计算模型31-46
- 2.2.1 城市地表产流计算模型31-38
- 2.2.2 城市地表汇流计算模型38-46
- 2.3 城市地表产、汇流计算方法及选择46-57
- 2.3.1 城市地表产流计算方法及选择46-52
- 2.3.2 城市地表汇流计算方法及选择52-57
- 第三章 城市地表汇流损失计算57-63
- 3.1 城市地表汇流损失57
- 3.2 城市地表汇流损失计算57-63
- 3.2.1 雨水口截流系数确定57-62
- 3.2.2 雨水口截流效率确定62
- 3.2.3 雨水口综合截流有效系数62
- 3.2.4 城市地表汇流损失量计算62-63
- 第四章 基于“内涝点”的城市防洪模式63-81
- 4.1 城市“内涝点”的定义63
- 4.2 “内涝点”的研究价值63-65
- 4.3 基于单个“内涝点”的城市积水计算模型65-75
- 4.3.1 城市地表产流计算65-68
- 4.3.2 城市地表汇流计算68-71
- 4.3.3 城市地表汇流损失计算71-73
- 4.3.4 城市“内涝点”积水深计算73-74
- 4.3.5 城市“内涝点”积水历时计算74-75
- 4.4 基于多个“内涝点”混联模式下积水计算模型75-79
- 4.4.1 城市“内涝点”的径流调蓄时间计算77
- 4.4.2 基于串联模式下下游“内涝点”的积水计算77-78
- 4.4.3 基于混联模式下地理位置最低处“内涝点”的积水计算78-79
- 4.5 基于“内涝点”的城市内涝成灾判断79-81
- 4.5.1 城市“内涝点”最大积水深度计算79-80
- 4.5.2 城市“内涝点”积水历时计算80
- 4.5.3 城市内涝成灾判断80-81
- 第五章 模型的验证与应用81-99
- 5.1 研究区域概况81-82
- 5.2 模型验算82-93
- 5.2.1 地表产流验算82-84
- 5.2.2 地表汇流损失验算84-86
- 5.2.3 地表汇流验算86-90
- 5.2.4 “内涝点”积水量验算90-91
- 5.2.5 “内涝点”积水深验算91-92
- 5.2.6 “内涝点”积水历时验算92-93
- 5.3 模型应用93-99
- 5.3.1 地表产流应用计算93-94
- 5.3.2 汇流损失应用计算94
- 5.3.3 地表汇流应用计算94-97
- 5.3.4 “内涝点”积水量应用计算97
- 5.3.5 “内涝点”积水深应用计算97-98
- 5.3.6 “内涝点”积水历时应用计算98-99
- 第六章 结论与展望99-101
- 6.1 结论99-100
- 6.2 存在的问题与展望100-101
- 参考文献101-107
- 附录107-112
- 致谢112-113
- 攻读硕士学位期间发表的学术论文113
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