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山前平原型城市雨洪模型构建及应用研究

作　者: 胡伟贤
导　师: 黄国如
学　校: 华南理工大学
专　业: 水力学及河流动力学
关键词: 城市雨洪模拟 SWMM模型山前平原型城市济南市
分类号: P333
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高强度降雨所形成的城市雨洪灾害不同于溃坝或河道排洪能力不足引起的水灾害,除了损失重、影响大之外,还有突发性强、灾害损失和城市发展同步增长等特点。山前平原型城市与一般城市相比,还存在着山洪灾害问题,面对高强度降雨,其受灾更加频繁,灾害损失更大,其城市雨洪的预防和整治更是一项紧急的任务。因此,对城市尤其是山前平原型城市雨洪进行深入研究有着十分重要的应用价值。论文在前人理论研究和科学实践的基础上,对城市雨洪模拟技术进行了较为系统的归纳和整理,据此提出了本文的研究意义和主要研究内容。主要研究成果如下:在剖析SWMM模型构建原理的基础上,应用地表产汇流模拟、明满过渡流模拟、大坡度情况下管道水力模拟、有回水情况下管网水力模拟、双层排水系统模拟、一维管网精度验证以及一维河网精度验证等7个算例验证该模型在水文水动力模拟方面的能力及精度,证明了SWMM模型应用于山前平原型城市的可行性,并结合已有研究成果总结下垫面离散程度及模型参数对模型模拟结果的影响。在深入研究济南市产汇流特性的基础上,运用双层排水系统思想基于SWMM模型构建济南市城市雨洪模型,经过15场量级较大暴雨洪水校验,证明了模型良好的可靠性以及运用双层排水系统思想基于SWMM构建的城市雨洪模型在山前平原型城市的良好适用性。提出在量级差别较大的降雨情景下进行雨洪模拟宜采用排水通道变糙率法。利用本文所构建的SWMM模型对济南市城市雨水排水系统进行排水盲点标识,并对济南市应对突发性暴雨防灾减灾规划的合理性进行剖析,以检验本文所提出模型在城市雨洪防灾减灾分析评价以及规划实践中的应用效果,从而进一步证明模型的可靠性以及阐明城市雨洪模型在城市防洪排涝规划实践中的重要作用。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
第一章绪论  10-21
  1.1 研究背景  10-12
    1.1.1 城市化及其水文效应  10
    1.1.2 济南“7·18”特大洪水  10-12
  1.2 研究的主要目的及意义  12
  1.3 城市暴雨径流模拟的研究进展  12-19
    1.3.1 城市雨洪产汇流计算方法  12-15
    1.3.2 城市雨洪模型的建模方法  15-16
    1.3.3 代表性城市雨洪模型评述  16-19
  1.4 本文研究的主要内容  19-21
第二章 SWMM雨洪模型研究  21-47
  2.1 引言  21
  2.2 SWMM模型概述  21-22
    2.2.1 模型结构  21
    2.2.2 模型功能  21-22
  2.3 SWMM模型构建原理  22-28
    2.3.1 地表产汇流计算  23-26
    2.3.2 流量传输计算  26-28
    2.3.3 地表积水模拟  28
  2.4 模型模拟能力及精度验证  28-42
    2.4.1 降雨产汇流模拟  28-30
    2.4.2 明满过渡流模拟  30-31
    2.4.3 大坡度情况下管道水力模拟  31-32
    2.4.4 有回水情况下管网水力模拟  32-34
    2.4.5 双层排水系统模拟  34-38
    2.4.6 一维管网模拟精度验证  38-40
    2.4.7 一维河网模拟精度验证  40-42
  2.5 下垫面离散程度及模型参数对模拟结果的影响  42-45
    2.5.1 子汇水区的划分对模型模拟结果的影响  42-43
    2.5.2 模型参数对模拟结果的影响  43-45
  2.6 本章小结  45-47
第三章济南市城区雨洪模型的建立及验证  47-83
  3.1 引言  47
  3.2 济南市概况  47-54
    3.2.1 地理位置  47
    3.2.2 地形地貌  47
    3.2.3 气候特征  47-48
    3.2.4 河流水系  48
    3.2.5 洪涝灾害  48-49
    3.2.6 洪涝灾害成因  49
    3.2.7 研究区域防洪体系  49-54
  3.3 模型建立的基本步骤  54-55
  3.4 模型基础数据准备  55-70
    3.4.1 下垫面信息提取及概化  55-62
    3.4.2 降雨径流资料选取及预处理  62-68
    3.4.3 模型参数取值预估  68-70
  3.5 模型建立  70-73
    3.5.1 下垫面属性数据输入  70-71
    3.5.2 降雨径流资料输入  71-72
    3.5.3 模型参数输入  72-73
    3.5.4 初始条件及边界条件确定  73
  3.6 模型参数率定  73-76
    3.6.1 模型参数率定方案介绍  73-74
    3.6.2 模型参数率定结果分析  74-76
  3.7 模型参数校核  76-78
  3.8 结果分析  78-82
  3.9 本章小结  82-83
第四章济南市城区雨洪模型的应用  83-95
  4.1 引言  83
  4.2 济南市城市雨水排水系统排水盲点标识  83-88
    4.2.1 济南市城市雨水排水系统  83
    4.2.2 济南市城市设计暴雨雨型及瞬时暴雨强度计算  83-84
    4.2.3 不同降雨重现期排水系统流量模拟  84-87
    4.2.4 济南市城市雨水排水系统排水盲点标识  87-88
  4.3 济南市应对突发性暴雨防灾减灾规划合理性分析  88-93
    4.3.1 腊山分洪工程  89-91
    4.3.2 小清河干流治理工程  91
    4.3.3 小李家滞洪区工程  91
    4.3.4 南部山区治理工程  91-92
    4.3.5 防灾减灾规划合理性分析  92-93
  4.4 本章小结  93-95
结论  95-97
参考文献  97-102
攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果  102-103
致谢  103

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