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基于情景模拟的城市暴雨内涝风险评估

作　者: 孙阿丽
导　师: 石纯；许世远
学　校: 华东师范大学
专　业: 自然地理学
关键词: 上海市排水系统情景模拟风险评估 ArcGIS SWMM
分类号: TU992
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 503次
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内容摘要

在气候变暖和快速城市化背景下,城市暴雨内涝风险日趋加剧。因此,为协调好人地关系,促进人与自然和谐发展,开展暴雨内涝风险评估显得尤为重要,可以为上海市暴雨内涝风险管理、应急预案和可持续发展提供理论基础和科学依据。在国家自然科学基金重点项目“沿海城市自然灾害风险应急预案情景分析(40730526)”和上海市科技启明星计划项目“基于情景分析的上海市自然灾害风险评估与区划研究(09QA1401800)”的资助下,本研究系统分析了上海暴雨内涝形成机理,运用SWMM水文模型,通过数值计算和水文分析相结合的方法,构建了上海市暴雨内涝模型,并结合暴雨内涝灾害风险评估理论,在情景模拟基础上,对城市主要承灾体-道路交通进行了风险评估,本研究的主要成果如下：(1)系统总结了国内外排水模型的现状与发展趋势,阐述了SWMM模型的概况与计算原理。分析了城市内涝风险评估的过程与方法,并在此基础上,首次提出了小尺度基于情景模拟的指标体系风险评估方法。(2)运用SWMM模型,在地形,土地利用类型,排水管网等数据的支持下,通过基础数据的导入、汇水区划分、参数预估与率定等过程构建了适合上海地区的城市暴雨内涝模型。根据上海市暴雨强度公式合成了4种情景的芝加哥降雨过程,并利用模型对4种降雨情景进行模拟计算。结果显示：在不同情景中,随着重现期增大,积水节点的个数逐渐增加,积水时间提前,积水历时显著增长,平均深度增加,节点径流洪峰流量和总流量增大,从而导致地面积水程度加重,并带来一定的内涝灾害。(3)选取城市道路作为承灾体,在情景模拟的基础上选取积水深度和积水历时指标,对承灾体道路交通选取车流量和车速两项指标,将情景模拟和指标体系方法相结合来开展暴雨内涝风险评估。结果显示：普善和华昌排水片因地势低洼,不能有效及时排除积水,结果导致永兴路、徐家宅路、育婴堂路、新路、新马路、京江支路等部分路段始终处于高风险值状态。在建模区北部和周围区域,因泵站在排水中发挥的作用,在四种情景中,潘家弯路、大统路、百禄路、七浦路、华星路、山西北路、乍浦路、海南路、北海宁路和余杭路等路段均处于低风险状态。(4)根据城市内涝风险评估结果,提出完善排水体系整体规划、规范排水管网设计标、完善泵站规划、加强排水管网的维护与管理等城市排水设施建议与对策。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
图目录  13-14
表目录  14-15
1 绪论  15-25
  1.1 研究背景  15-16
  1.2 国内外研究进展  16-21
    1.2.1 灾害风险评估研究进展  16-18
    1.2.2 灾害情景模拟研究进展  18-19
    1.2.3 暴雨内涝模型研究进展  19-21
  1.3 研究意义  21-22
    1.3.1 科学意义  21-22
    1.3.2 实践意义  22
  1.4 研究内容与技术路线  22-23
    1.4.1 研究内容  22-23
    1.4.2 技术路线  23
  1.5 创新点  23-25
2 暴雨内涝灾害风险理论研究  25-36
  2.1 暴雨内涝概念及组成要素  25-27
  2.2 暴雨内涝灾害成因  27-28
  2.3 暴雨内涝特征分析  28
  2.4 暴雨内涝风险评估方法理论  28-32
    2.4.1 基于指标体系评估方法  29-30
    2.4.2 基于历史灾情评估方法  30-31
    2.4.3 基于情景模拟评估方法  31-32
  2.5 暴雨内涝灾害风险评估过程  32-34
    2.5.1 暴雨内涝风险辨识  32-33
    2.5.2 暴雨内涝风险估计  33-34
    2.5.3 暴雨内涝风险评价  34
  2.6 本文内涝风险评估理论构建  34-35
  2.7 本章小结  35-36
3 SWMM模型建模理论基础  36-45
  3.1 SWMM模型概况  36-37
  3.2 SWMM模型计算原理  37-38
  3.3 SWMM模型中的排水管网  38-39
  3.4 SWMM模型实用性分析  39-40
  3.5 SWMM模型建模过程  40-44
    3.5.1 排水系统概化  40
    3.5.2 汇水区划分  40-41
    3.5.3 模型参数获取  41-42
    3.5.4 边界条件设置  42
    3.5.5 模型选项设置  42-43
    3.5.6 模型文件生成  43
    3.5.7 模型参数率定  43-44
  3.6 本章小结  44-45
4 建模区SWMM模型构建过程  45-65
  4.1 上海市概况  45-48
    4.1.1 自然条件概况  45-47
    4.1.2 社会经济概况  47
    4.1.3 历史灾害状况  47-48
    4.1.4 水利设施概况  48
  4.2 建模区概况  48-49
  4.3 模型构建过程  49-59
  4.4 模拟校正过程  59-64
    4.4.1 实测降雨模拟  60-63
    4.4.2 模型参数率定  63
    4.4.3 模型误差原因  63-64
  4.5 本章小结  64-65
5 建模区暴雨内涝情景模拟  65-76
  5.1 城市暴雨强度公式  65-66
  5.2 芝加哥降雨过程线的合成  66-69
  5.3 不同情景的降雨过程模拟  69-74
    5.3.1 10a一遇  69-70
    5.3.2 30a一遇  70-71
    5.3.3 50a一遇  71-72
    5.3.4 100a一遇  72-73
    5.3.5 积水点分析  73-74
  5.4 本章小结  74-76
6 建模区暴雨内涝风险评估  76-88
  6.1 暴雨内涝风险辨识  76-79
    6.1.1 历史灾情分析  76-78
    6.1.2 风险辨识过程  78-79
  6.2 暴雨内涝风险估计  79-83
    6.2.1 不同情景暴雨强度估计  79-81
    6.2.2 道路交通流量估计  81-83
  6.3 内涝风险评价  83-86
  6.4 本章小结  86-88
7 建模区暴雨内涝风险管理  88-92
  7.1 暴雨内涝风险管理理论  88
  7.2 暴雨内涝风险管理对策  88-91
    7.2.1 致灾因子管理对策  89-90
    7.2.2 承灾体管理对策  90-91
  7.3 本章小结  91-92
8 结论与展望  92-95
  8.1 主要结论  92-93
  8.2 展望  93-95
附录  95-99
参考文献  99-106
硕士期间发表的论文  106
参与科研项目  106-107
致谢  107

基于情景模拟的城市暴雨内涝风险评估

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