海绵城市防洪减涝效应评价模型及其应用
发布时间：2021-03-18 18:46
我国人口城镇化率接近60%,未来仍将长期处于持续性的城市化进程中。城市不透水地面占用了涵养水源的林草、湖泊和湿地,切断了地表水和地下水间的水力联系,挤占了洪涝灾害的调蓄空间,导致城市洪涝灾害频发。海绵城市建设秉持低影响开发理念,以恢复城市的自然水循环过程和洪涝灾害调蓄能力为目的。海绵设施与洪涝灾害间水文水动力过程复杂、时空异质性强,研发适用模型辨析海绵城市建设驱动下的城市产汇流规律,科学规划建设以避免或减少城市化导致的洪涝灾害已经成为城市化建设中亟待研究的热点和重要内容。本文构建分布式城市水文水动力模型,以江西省萍乡市为研究对象,采用情景模拟和敏感性分析技术,开展海绵城市建设措施防治洪涝灾害的效果评价和成因分析。主要研究结果如下:（1）分析了模型的功能性需求和原理,研发了分布式城市水文水动力模型,编写了具有自主知识产权的模型计算机代码程序。依据模型的功能性需求（海绵设施的产汇流过程和海绵设施-改造小区-区域不同空间尺度洪灾-涝灾过程耦合模拟）,构建了分布式城市水文水动力模型。模型中的产流模块采用可表征复杂地表场次雨洪关系的径流曲线数法（SCS-CN）和超渗产流模型;汇流模块采用可模拟洪...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)陕西省
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线图
第2章分布式城市水文水动力模型研发23图2.1SCS-CN曲线Fig.2.1SCS-CNcurves表2.1萍乡市不同地类产汇流参数参考值Table2.1Hydrological-hydrodynamicparametersfordifferentlandusetypesinthestudyarea地类CNfcn地类CNfcn水田10000.07广场9500.05旱地80280.2海绵体60240.2园地70500.4公路9800.08乔木林57700.45铁路80240.1灌木林81360.5河流10000.03草地79240.35水库10000.03采矿地9000.08裸土88480.01工矿仓储9500.08住宅94120.05公共管理9500.05注：CN、fc和n分别为SCS-CN曲线径流曲线数、稳渗率和地表糙率，fc单位是mmh-1。CN、fc和n参考值分别引自文献（Mockus，1969）、（桑非凡，2016；卫熹等，2011；徐勤学等，2018）和（Downeretal.，2008）。结合SCS-CN模型和地表超渗产流模型，预报净雨起讫时间、净雨时长、净雨总量、地表净雨总量、地下净雨总量、时段净雨量、时段地表净雨量和时段地
第2章分布式城市水文水动力模型研发31Matlab软件进行程序编译，采用线性内插方法获取模拟计算时间尺度上的累积暴雨量和时段暴雨量。统计研究时段内内插和实测暴雨量的和，计算两者间的相对误差，评价内插精度和采用线性方法内插时段雨量的方法适用性。（2）模型模拟计算时间尺度上的网格场次暴雨过程基于模型计算时间尺度上的雨量站场次暴雨过程，采用反距离权重插值法对过程在网格上进行逐时段插值，获取模型计算时间尺度上的网格场次暴雨过程。反距离权重插值法遵循地理学第一定律：空间距离接近的事物具有相似的属性，该属性随着空间距离增加而减校该方法认为距离插值点最近的样本对插值点属性值贡献最大，贡献和距离成反比，其计算公式如下（张继国等，2012；贾悦等，2016）：11snpiniipiidZZd===（2.22）其中：Z为估计值，Zi为第i（i=1,2,…,n）个样本值，di是距离，ns是样本容量，p为参数，代表距离的幂。基于模型计算时间尺度上雨量站场次暴雨过程，借助Matlab软件编译程序，采用反距离权重方法将测站暴雨过程逐时段插值到各模拟计算网格上，制定插值流程（见图2.3）。图2.3网格暴雨过程插值流程Fig2.3Interpolationflowchartforthegridprecipitation注：LIM代表线性内插方法；IDW代表反距离权重插值法。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海绵城市建设地下水补给计算研究进展[J]. 康宏志,陈亮,郭祺忠,练继建,侯杰. 地学前缘. 2019(06)
[2]不同汇流关系LID降雨控制方式分析检验[J]. 申红彬,徐宗学,张书函,李其军. 水利学报. 2019(05)
[3]海绵城市建设对区域地下水资源的补给效应[J]. 杜新强,贾思达,方敏,冶雪艳. 水资源保护. 2019(02)
[4]海绵城市——理念与方法[J]. 俞孔坚. 建设科技. 2019(Z1)
[5]城市水管理与海绵城市建设之理论基础——城市水文学研究进展[J]. 徐宗学,程涛. 水利学报. 2019(01)
[6]气候变化背景下城市应对极端降水的适应性方案研究——以西宁海绵城市试点区为例[J]. 马冰然,曾逸凡,曾维华,崔丹,胡雯,陈岩,何跃君. 环境科学学报. 2019(04)
[7]海绵城市低影响开发设施多目标优化设计[J]. 陶涛,肖涛,王林森,颜合想. 同济大学学报(自然科学版). 2019(01)
[8]低影响开发措施的内涝削减效果研究——以济南市海绵试点区为例[J]. 李娜,孟雨婷,王静,俞茜,张念强. 水利学报. 2018(12)
[9]基于海绵城市理论的下沉式绿地选址及设计要点研究[J]. 吴胜兰,文斌,周晨,周兵. 安徽农业科学. 2018(31)
[10]基于SCS-CN模型确定山区小流域蓄水容量研究[J]. 王好芳,赵天宇,解明月,张金存. 农业工程学报. 2018(S1)
博士论文
[1]城市水文水动力耦合模型及其应用研究[D]. 梅超.中国水利水电科学研究院 2019
[2]城市洪涝数值模拟技术研究[D]. 喻海军.华南理工大学 2015
[3]流域洪水演进建模方法与河网糙率反分析研究[D]. 程伟平.浙江大学 2004
硕士论文
[1]基于文化框架改进粒子群算法的河湖联控防洪排涝调度模型研究[D]. 丑天驰.华中科技大学 2019
[2]基于多功能效应的成都市海绵城市规划设计目标研究[D]. 李巧自.西南交通大学 2019
[3]北京市城市蒸散发研究[D]. 周琳.清华大学 2015
[4]城市透水铺装材料与结构设计研究[D]. 赵亮.长安大学 2010
本文编号：3088757
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)陕西省
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线图
第2章分布式城市水文水动力模型研发23图2.1SCS-CN曲线Fig.2.1SCS-CNcurves表2.1萍乡市不同地类产汇流参数参考值Table2.1Hydrological-hydrodynamicparametersfordifferentlandusetypesinthestudyarea地类CNfcn地类CNfcn水田10000.07广场9500.05旱地80280.2海绵体60240.2园地70500.4公路9800.08乔木林57700.45铁路80240.1灌木林81360.5河流10000.03草地79240.35水库10000.03采矿地9000.08裸土88480.01工矿仓储9500.08住宅94120.05公共管理9500.05注：CN、fc和n分别为SCS-CN曲线径流曲线数、稳渗率和地表糙率，fc单位是mmh-1。CN、fc和n参考值分别引自文献（Mockus，1969）、（桑非凡，2016；卫熹等，2011；徐勤学等，2018）和（Downeretal.，2008）。结合SCS-CN模型和地表超渗产流模型，预报净雨起讫时间、净雨时长、净雨总量、地表净雨总量、地下净雨总量、时段净雨量、时段地表净雨量和时段地
第2章分布式城市水文水动力模型研发31Matlab软件进行程序编译，采用线性内插方法获取模拟计算时间尺度上的累积暴雨量和时段暴雨量。统计研究时段内内插和实测暴雨量的和，计算两者间的相对误差，评价内插精度和采用线性方法内插时段雨量的方法适用性。（2）模型模拟计算时间尺度上的网格场次暴雨过程基于模型计算时间尺度上的雨量站场次暴雨过程，采用反距离权重插值法对过程在网格上进行逐时段插值，获取模型计算时间尺度上的网格场次暴雨过程。反距离权重插值法遵循地理学第一定律：空间距离接近的事物具有相似的属性，该属性随着空间距离增加而减校该方法认为距离插值点最近的样本对插值点属性值贡献最大，贡献和距离成反比，其计算公式如下（张继国等，2012；贾悦等，2016）：11snpiniipiidZZd===（2.22）其中：Z为估计值，Zi为第i（i=1,2,…,n）个样本值，di是距离，ns是样本容量，p为参数，代表距离的幂。基于模型计算时间尺度上雨量站场次暴雨过程，借助Matlab软件编译程序，采用反距离权重方法将测站暴雨过程逐时段插值到各模拟计算网格上，制定插值流程（见图2.3）。图2.3网格暴雨过程插值流程Fig2.3Interpolationflowchartforthegridprecipitation注：LIM代表线性内插方法；IDW代表反距离权重插值法。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海绵城市建设地下水补给计算研究进展[J]. 康宏志,陈亮,郭祺忠,练继建,侯杰. 地学前缘. 2019(06)
[2]不同汇流关系LID降雨控制方式分析检验[J]. 申红彬,徐宗学,张书函,李其军. 水利学报. 2019(05)
[3]海绵城市建设对区域地下水资源的补给效应[J]. 杜新强,贾思达,方敏,冶雪艳. 水资源保护. 2019(02)
[4]海绵城市——理念与方法[J]. 俞孔坚. 建设科技. 2019(Z1)
[5]城市水管理与海绵城市建设之理论基础——城市水文学研究进展[J]. 徐宗学,程涛. 水利学报. 2019(01)
[6]气候变化背景下城市应对极端降水的适应性方案研究——以西宁海绵城市试点区为例[J]. 马冰然,曾逸凡,曾维华,崔丹,胡雯,陈岩,何跃君. 环境科学学报. 2019(04)
[7]海绵城市低影响开发设施多目标优化设计[J]. 陶涛,肖涛,王林森,颜合想. 同济大学学报(自然科学版). 2019(01)
[8]低影响开发措施的内涝削减效果研究——以济南市海绵试点区为例[J]. 李娜,孟雨婷,王静,俞茜,张念强. 水利学报. 2018(12)
[9]基于海绵城市理论的下沉式绿地选址及设计要点研究[J]. 吴胜兰,文斌,周晨,周兵. 安徽农业科学. 2018(31)
[10]基于SCS-CN模型确定山区小流域蓄水容量研究[J]. 王好芳,赵天宇,解明月,张金存. 农业工程学报. 2018(S1)
博士论文
[1]城市水文水动力耦合模型及其应用研究[D]. 梅超.中国水利水电科学研究院 2019
[2]城市洪涝数值模拟技术研究[D]. 喻海军.华南理工大学 2015
[3]流域洪水演进建模方法与河网糙率反分析研究[D]. 程伟平.浙江大学 2004
硕士论文
[1]基于文化框架改进粒子群算法的河湖联控防洪排涝调度模型研究[D]. 丑天驰.华中科技大学 2019
[2]基于多功能效应的成都市海绵城市规划设计目标研究[D]. 李巧自.西南交通大学 2019
[3]北京市城市蒸散发研究[D]. 周琳.清华大学 2015
[4]城市透水铺装材料与结构设计研究[D]. 赵亮.长安大学 2010
本文编号：3088757
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