基于GAST-SWMM模型的西安市中心城区内涝灾害模拟及风险评估.pdf
《基于GAST-SWMM模型的西安市中心城区内涝灾害模拟及风险评估.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于GAST-SWMM模型的西安市中心城区内涝灾害模拟及风险评估.pdf(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷 第 期 人民珠江 年 月 :/.:/基金项目:国家自然科学基金项目(、)中德合作交流项目()陕西省科技创新团队()收稿日期:作者简介:张文晴()男硕士主要从事城市及流域洪水管理研究 :.张文晴侯精明王汉岗等.基于 模型的西安市中心城区内涝灾害模拟及风险评估.人民珠江():.基于 模型的西安市中心城区内涝灾害模拟及风险评估张文晴侯精明王汉岗王 晨陆品品徐 辉(.西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西 西安.珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东 广州.中规院(北京)规划设计有限公司北京.陕西渭河生态集团有限公司陕西 西安)摘要:为有效治理城市内涝灾害基于数值模型的城市内涝过程模拟与
2、基于多源融合信息的城市内涝风险评估已经逐渐成为了重要的非工程措施 以西安市中心城区为研究区域基于 模型模拟了、降雨工况下的内涝过程并结合模拟所得的相关水力要素构建了以自然因子 社会因子为内涝风险评估框架的多指标评估体系 结果表明:研究区域的内涝高风险区域主要分布于城市中心道路上各降雨工况下多指标综合内涝风险评估与单一内涝积水深度指标的低风险区面积占比差值范围在 中风险区面积占比差值范围在 因此基于多源融合信息进行城市内涝灾害风险评估具有重要意义关键词:城市内涝灾害 模型风险评估西安市中图分类号:文献标识码:文章编号:().人民珠江 年第 期中国经济的蓬勃发展使得中国城市化进程的发展愈发快速快速
3、发展的城市化进程在推动中国人口、经济、教育、医疗等基础民生问题稳步前行的同时也给城市的安全管理带来了巨大的挑战 在城市的安全管理问题中当属自然灾害给城市造成的危害及影响最为持久和庞大 而在自然灾害事件中又以城市内涝灾害最为频发给城市居民造成的人员及经济财产损失最为严重 如 年西安的“”特大暴雨事件、年广州的“”特大暴雨事件、年郑州的“”特大暴雨事件均导致当地发生了严重的内涝并产生了巨大的人员及财产损失对社会造成了较为严重的负面影响因此为使得城市在较为安全环境中逐步发展需要采取相应措施降低城市内涝灾害造成的影响城市的防涝措施主要可分为工程措施与非工程措施 常见的工程措施主要通过建设相关的实体工程
4、设施通过排除或暂存的方式减少地表积水如雨水管道、调蓄设施、抽水泵站等常见的非工程措施主要通过预测、评估或方案优选的方式指导工程措施的建设与高危区域的有效规避如内涝风险评估、内涝预报预警、防涝物资的应急调度等 通过工程措施的建设可以使得城市的内涝问题被有效地解决但针对特大暴雨仍然无法做到彻底的根治 因此为使城市内涝问题尽可能被彻底地治理需要采取工程措施措施与非工程措施协同治理的内涝防治方法城市内涝灾害模拟与风险评估是城市防涝体系非工程措施中重要的手段之一有效地对城市内涝灾害进行模拟和评估可以指导防涝非工程措施的建设并且在灾害来临之前对高风险区进行合理的规避减少城市内涝灾害带来的经济财产损失甚至人
5、员伤亡 基于此类方法 朱颖蕾等通过构建 和 耦合模型评估了调蓄设施及强排泵站的效果对岳阳市地下管网与地表漫流状况进行了模拟得到不同暴雨场景下岳阳市内涝特征为湖区平原城市内涝防治提供了工作参考吴彦成等基于 模型建立了区一维、二维耦合水动力学模型评估了陕西省咸阳市主城区的排水系统能力和内涝风险 刘力丹等利用层次分析法、模糊综合评价法构建洪涝灾害评估模型根据“”郑州特大暴雨 降雨量、河南省年平均降雨量、河网分布、高程相对标准差、绝对高程等 个指标评估了郑州“”郑州特大暴雨的内涝风险 等基于 模型对澳大利亚墨尔本市某区域在不同城市发展水平和气候变化情景下进行洪涝风险评估上述研究中或直接采用模型模拟结果
6、对内涝风险进行评估或在构建的城市内涝灾害指标体系中未考虑水深及流速等重要的水力要素因此得到的城市内涝风险评估结果均无法满足较为精细的评估结果要求 为解决更精细化的评估结果要求部分学者开始将模型的模拟结果作为综合城市内涝风险评估中的重要指标再结合其他关注要素更加综合、精细化地评估城市的内涝灾害风险 如黄国如等以危险性 易损性为风险评估框架模型模拟结果中的淹没水深、淹没历时作为部分指标构建了城市内涝灾害风险多指标评估体系评估了广州东濠涌流域的内涝风险 冯文强等以模型模拟结果中的最大深度、积水时间、最大流速结合其他指标评估了海口市海甸岛的城市内涝风险 该系列城市内涝风险评估方法中将模型模拟结果与多指
7、标评估体系进行了有效的结合可以更加精细、综合地得到研究区域城市内涝风险的空间区域划分 然而在该系列指标体系的构建中对于指标性质的划分即风险评估框架的确定多沿袭了风险管理学科的评估框架该评估框架虽然能从表象到根本阐述风险发生的机理但无法直观地表示城市内涝现象的特征因此为有效遏制西安市中心城区内涝灾害的发展本研究基于 模型构建西安市中心城区内涝灾害模型模拟不同降雨场景下城市的内涝过程以模型模拟的相关水力要素为基础再结合其他信息源构建多指标城市内涝灾害风险评估体系多方位评估西安市中心城区的内涝灾害风险研究结果可以为城市内涝灾害防治提供科学合理的技术方案人民珠江 年第 期 材料与方法.研究区域概况本文
8、研究区域位于陕西省西安市雁塔区属于西安市的中心区域区域总面积为.研究区域内建筑分布密集土地利用类型复杂路网分布交错纵横地形高程剧烈起伏城市化特征较为明显 年 月 日该区域遭遇特大暴雨降雨量重现期超过 年一遇造成小寨十字路口及周边多个街道发生严重内涝造成了较大的社会影响和经济损失 因此选用该区域进行城市内涝灾害模拟及风险评估代表性较为显著图 研究区域概况.研究方法.基于 模型的城市雨洪过程模拟方法本研究选 用 ()()对 城 市 雨 洪 过 程 进 行 模 拟 模型通过求解二维浅水方程方式较为准确地得到地表雨水的汇流演进过程模型通过均匀结构网格划分计算域区域进行网格化离散时为尽可能提升计算精度采
9、用 格式的有限体积法进行空间离散 并采用 近似黎曼求解器处理计算单元界面上质量通量与动量通量的急变流与非连续问题对于水动力模型常见的在干湿边界处的负水深问题通过静水重构的方法将容易失稳的二阶格式在水深低于或流速高于一定值时转换为稳定的一阶计算格式以此保证模型计算时的稳定性 摩阻源项使用改进的分裂点隐式法来提高计算稳定性采用二阶显式 方法来保证时间积分的二阶精度同时引入图形处理器()加速计算技术在保证计算精度的同时下大幅提升计算效率本研究中对管道水力特征的模拟计算以二维地表 模型为基础在 平台上通过调用 模型动态链接库(文件)的形式实现对一维管网的模拟计算 由于地表与地下管网之间的水量交换过程较
10、为复杂为获得较为准确的管道水力计算结果在模型耦合计算时一维排水管网的汇流演算方法选用动力波法 运动波法通过求解连续方程的动量方程得到管网的水力特征数值离散方法采用有限差分法 模型的地表模块与 模型的管网模块通过雨水井交换水量因此耦合方式主要涉及垂向耦合 根据实际情况地表与雨水井的水量交换主要可分为涉及 种情形与 种计算方式 当节点水深高于地表水深时产生节点溢流此时通过孔流公式计算地表 节点交换的水量当节点水位小于地表水深但大于地表高程此时地表水量在水头作用下进入管网亦采用孔流公式当节点水深低于地表水深时产生地表回流此时通过堰流公式计算地表 节点交换的水量 堰流与孔流的主要计算公式见式()、()
11、:/()式中 地 表 水 汇 入 管 网 的 流 量/堰流系数 雨水井入口的周长 地表水位高程与节点水位高程的差值()式中 从雨水井溢流至地表的溢流流量/孔流系数 雨水井入口截面面积.基于多源融合信息的城市内涝灾害风险评估方法基于多源融合信息的城市内涝风险评估主要可分为以下步骤:城市内涝灾害风险评估指标体系的确定城市内涝灾害风险评估指标权重的确定人民珠江 年第 期城市内涝灾害风险评估指标风险等级的划分多源信息的融合)城市内涝灾害风险评估指标体系的确定为较为综合、全面地评估城市内涝灾害风险采用多层级的指标梯度结构模型来对不同指标进行详细分类描述方便对风险评估结果的中高风险区域进行溯因分析准确得到
12、内涝致灾的主要因子 城市内涝灾害多层次指标梯度结构模型见图 一般根据各层级的因子性质分为目标层、决策层、指标层图 城市内涝风险评估指标梯度模型)城市内涝灾害风险评估指标权重的确定本研究中通过层次分析法得到城市内涝灾害风险评估体系中各层级指标的权重 层次分析法()是美国运筹学家.于 世纪 年代初提出的一种基于层次梯度结构的权重决策分析方法 该方法不需要指标因子的样本数据仅需决策者熟悉各指标因子之间的相对重要性倍比即可展开评估 法确定评价指标权重的步骤如下:建立指标层次结构模型构造基于 标度法的两两判断矩阵各两众元素间的相对重要性程度进行量化计算指标主观权重对一致性进行检验)城市内涝灾害风险评估指
13、标风险等级的划分 本研究中将指标的风险度定为、共四级数值越大表示风险程度越高 对于城市内涝灾害风险评估指标风险程度的划分方法可根据本文所构建指标的性质分为 种类型:风险等级划分已有明确界定标准的指标指标样本数较少可以依据实际情况推理分析出合适风险等级的指标无明确风险等级界定方法且样本数较多的指标 指标样本数复杂需要对样本采用相关数据统计方法后才能合理划分风险等级的指标 对于第三类无明确风险等级界定方法且样本数较多的指标该类指标由于样本数量较多无法通过简单的实例推理分析得到准确的风险等级划分因此对此类指标通过采用相关数据分析的方法得到指标的风险等级划分)多源信息的融合 本研究中城市内涝灾害风险评
14、估指标融合方法采用线性加权综合评价方法 采用线性加权综合评价法作为综合评价模型可以对多个系统指标进行综合评价 线性加权法评估的指标体系应具有指标间的信息相互独立的特点若指标间的信息不完全独立则会导致各指标间的信息重复使得评价结果无法客观地反映实际情况 线性加权函数见式():()式中 第 个指标的权重 第 个指标的风险值.基础数据.城市内涝模型构建本研究采用 模型模拟研究区域的内涝过程模型所需的基本输入数据主要包括:降雨数据、地形数据、土地利用类型数据、管网数据、下渗及其他相关参数数据降雨数据主要包括实测降雨数据和设计降雨数据 实测降雨数据用于模型验证及参数校准选取西安市 年 月 日的场次降雨该
15、场次降雨总时长为 总降雨量达.属于大雨级别的降雨量详细降雨过程见图 图 年 月 日实测降雨数据设计降雨数据用于评估不同设计降雨情景下研究区域的内涝情况 芝加哥降雨数据由其数据的易获性和作用于雨洪内涝效果评估的准确性、数据的人民珠江 年第 期精确性已在相关领域内获得了广泛应用 因此设计降雨数据采用具有西安市当地特征降雨参数的芝加哥降雨数据暴雨强度公式见式()为较为详细地模拟西安市中心城区的内涝过程及评估内涝风险选取、的芝加哥降雨数据作为主要的设计降雨数据见图 .(.)(.).()图 不同设计降雨重现期降雨过程地形数据采用无人机航测技术对研究区的地形高程进行巡航测算通过 技术处理无人机测算结果并按
16、实际情况修正明显的地形误差后得到输入的矩形网格精度为 的()数据研究区域地形高程模型见图 图 研究区域地形高程土地利用数据来源于研究区域高清的卫星影像图通过 软件采用极大似然法将卫星影像图的不同色块进行分类在最终将研究区域划分房屋、综合透水区、绿地、裸土、道路共 种不同的土地利用类型 研究区域土地利用类型见图 图 研究区域土地利用类型本研究的管网数据来源于研究区域内雨水管网的设计图纸通过对设计资料进行合理处理最终将研究区域管网概化成 段雨水管道、个雨水井及 个排水口 因实际资料有限并且城市管网非本文的主要研究对象因此假设研究区域内管道属于无淤堵和损坏的健康状态由此设研究区域内管道的曼宁系数为.
17、节点和排口的高程信息管道的长度按照设计图纸构建最终得到管网的拓扑结构见图 图 研究区域管网数据本研究采用霍顿模型来表征各土地利用的在各场次降雨场景下的下渗过程 霍顿入渗模型因其参数具有广泛的灵活性一般能与实际观测资料配合较好故被广泛采用 本研究中城市内涝过程的模拟仅涉及短历时降雨因此为提升计算精度的同时简化计算降雨下渗过程不考虑各土地利用类型下渗能力的恢复 霍顿入渗模型具体见式():()()人民珠江 年第 期式中 入渗率/稳定入渗率/初始入渗率/时间 与土壤特性有关的入渗衰减指数用二维浅水方程中的摩阻项表征水体在不同土地利用类型受到摩擦阻力后的流动状态因此模型的构建还需要每种土地利用类型的霍顿
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 GAST SWMM 模型 西安市 中心 城区 内涝 灾害 模拟 风险 评估
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。