本文關(guān)鍵詞：基于MIKE FLOOD的濟(jì)南市雨洪模擬及其應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：濟(jì)南市是山東省省會(huì)所在地，也是山東省的重要社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化中心，作為著名的泉水景觀城市，濟(jì)南擁有悠久的水文化。近年來，隨著城市的不斷擴(kuò)大，人口增多，環(huán)境不斷惡化，水資源日趨緊張，同時(shí)，受城市地形及降雨分布特點(diǎn)的影響，城市強(qiáng)降雨事件屢有發(fā)生，，且發(fā)生的頻率不斷增大，破壞力不斷增強(qiáng)。1987年，國家防汛總指揮部把濟(jì)南定為全國二十五座重點(diǎn)防洪城市之一。在1840年至1948年的109年中，共發(fā)生有記錄的洪澇災(zāi)害16次，建國后的41年里共發(fā)生洪澇災(zāi)害27次，以1942年、1960年、1963年、1964年、1987、2007年六個(gè)年，份受災(zāi)最重，防洪壓力較大。 對城市雨洪災(zāi)害的預(yù)防與治理離不開對市域內(nèi)雨洪水運(yùn)行規(guī)律及匯聚淹沒區(qū)域的研究。目前對于城市雨洪水的研究，最為科學(xué)、流行的方法是通過建模的模擬途徑得以實(shí)現(xiàn)。通過模型模擬能夠重現(xiàn)歷史洪水災(zāi)害的行災(zāi)過程，更能夠?qū)ξ磥砜赡馨l(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防，并根據(jù)模擬結(jié)果提出減災(zāi)相關(guān)策略。本研究經(jīng)過對比諸多研究城市雨洪水的模型，選取了建立在對水動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行離散求解的MIKE相關(guān)模型，利用模型的一維、二維及其耦合建模對研究區(qū)內(nèi)的主城區(qū)部分雨洪水進(jìn)行了模擬。并在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上對區(qū)域的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了劃分，對區(qū)域防洪減災(zāi)作了規(guī)劃。 本研究在第一章主要介紹了選題的背景、意義和國內(nèi)外城市雨洪水的研究進(jìn)展。第二章介紹了研究區(qū)的概況，包含自然地理狀況和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況。在獲取研究區(qū)的地形、水文、氣象資料的基礎(chǔ)上，在第三章對研究區(qū)的河網(wǎng)及流域劃分，摸清其水文、地形特征。文章在第四章簡要介紹了研究所選用的模型。在第五章建立了一維的降雨徑流模型和非連續(xù)流模型，對區(qū)域內(nèi)降雨產(chǎn)生的徑流進(jìn)行模擬，并進(jìn)一步模擬了河道的水文狀況。在建立區(qū)域三維地形后，對區(qū)域內(nèi)的二維漫流的產(chǎn)流過程進(jìn)行了模擬，并與一維模型相耦合，較為真實(shí)的模擬了區(qū)域在較大降雨條件下，城市所面臨的淹沒狀態(tài)。在第六章結(jié)合區(qū)域的人口、經(jīng)濟(jì)狀況，做出了區(qū)域的雨洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖，能夠較為直觀的展現(xiàn)出在城市中某處所處的雨洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。結(jié)合對研究區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)劃分，在第七章從建立城市水體景觀的視角提出相關(guān)治理與規(guī)劃策略。 本研究的主要結(jié)論如下： （1）利用MIKE11RR模型，對區(qū)域內(nèi)的降雨徑流狀況進(jìn)行了模擬，較好呈現(xiàn)了一維徑流狀況。本研究通過建立MIKE11RR模型，利用區(qū)域內(nèi)的六個(gè)雨量站的2008至2012年的逐日降雨數(shù)據(jù)，對降雨形成的徑流進(jìn)行了模擬。將研究區(qū)擬定為一個(gè)流域，通過對區(qū)域的流量、水位進(jìn)行模擬，將模擬所得到的水文數(shù)據(jù)與區(qū)域出口處黃臺(tái)水文站的實(shí)測水文資料進(jìn)行比對驗(yàn)證，模擬結(jié)果較為合理。因?yàn)檎麄�(gè)流域出口處有水文站實(shí)測水文數(shù)據(jù)控制，對于整個(gè)研究區(qū)來說，建立的模型較為可靠。率定后的模型可進(jìn)行流域地表水、淺層地下水資源量模擬計(jì)算，以及對區(qū)域內(nèi)沿所有河道形成的洪水開展預(yù)報(bào)的有效工具。對于研究區(qū)域內(nèi)較小的次級(jí)流域，因具有類似的下墊面及地形條件，雖沒有實(shí)測水文資料，但可以通過本模型對研究區(qū)的模擬，進(jìn)行區(qū)域的水文模擬分析和估算。 （2）利用MIKE11HD模型，對區(qū)域內(nèi)的河道進(jìn)行了一維模擬，比較直觀可靠的呈現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)河道的水文狀況。根據(jù)模型需要，對區(qū)域內(nèi)的河道進(jìn)行了概化，除去對模擬影響較小的部分河道，選擇對模型模擬影響較大的河網(wǎng)建立了河網(wǎng)模型。根據(jù)所掌握的濟(jì)南河道資料及歷年河道整治的圖件，對概化河道設(shè)置了113個(gè)斷面，建立了模擬所需要時(shí)間序列文件，共完善1826個(gè)雨量數(shù)據(jù)，對相關(guān)模擬參數(shù)進(jìn)行了初始設(shè)置。通過MIKE11HD模型與NAM耦合對區(qū)域水文狀況的模擬，較好地呈現(xiàn)出2008年1月1日0時(shí)到2012年12月31日24時(shí)的區(qū)域內(nèi)河道水文情況。模擬結(jié)果較好的復(fù)原了區(qū)域內(nèi)這個(gè)時(shí)間段的河道的水文狀況。利用模型對未來一定降雨強(qiáng)度情景下的河道水文狀況進(jìn)行了模擬，并利用1987年和2007年兩個(gè)典型高強(qiáng)度降雨事件對模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果較為理想。 （3）針對區(qū)域內(nèi)硬化面不透水情況，對區(qū)域內(nèi)建筑情況及道路情況進(jìn)行了梳理，結(jié)合模擬區(qū)域的地形，建立了模擬區(qū)域的三維模型，對修正后的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行了屬性設(shè)置。選擇2007年7月18日的降雨逐時(shí)雨量數(shù)據(jù)建立時(shí)間序列文件，設(shè)置1秒為模擬的時(shí)間步長，對區(qū)域的二維漫流進(jìn)行了模擬，濟(jì)南市水文局暴雨災(zāi)害情況調(diào)查記錄的25個(gè)積水區(qū)在模擬結(jié)果中都有體現(xiàn)，且積水深度基本一致。模擬結(jié)果與災(zāi)后的調(diào)查結(jié)果的一致，說明所建立的二維漫流模型可以對區(qū)域降雨形成的漫流進(jìn)行有效模擬，能夠較為真實(shí)地復(fù)原已經(jīng)發(fā)生的暴雨洪災(zāi)，也能對區(qū)域各種降雨強(qiáng)度情景下可能發(fā)生的雨洪災(zāi)害及災(zāi)情進(jìn)行模擬，為區(qū)域的暴雨洪澇災(zāi)害的預(yù)報(bào)、災(zāi)情評(píng)估及救災(zāi)和災(zāi)后重建提供支持。 （4）在二維模型的模擬中，部分河道附近的實(shí)際淹沒范圍與單純使用二維模擬的結(jié)果不相符合，根據(jù)二維模型的模擬結(jié)果，部分區(qū)域淹沒范圍或者淹沒程度較小，而在現(xiàn)實(shí)調(diào)查淹沒情況較為嚴(yán)重。如模擬的泉城廣場北側(cè)護(hù)城河南岸淹沒結(jié)果較實(shí)際調(diào)查情況要輕，分析表明在于河道出現(xiàn)的漫流。通過對二維模型與一維模型進(jìn)行耦合后，問題得到了解決。說明對于主要通過河道進(jìn)行排洪的區(qū)域模擬研究，一維模型與二維模型的耦合是必要的，可以更為合理地真實(shí)再現(xiàn)區(qū)域的雨洪水情況。 （5）城市雨洪水災(zāi)情是區(qū)域洪水的淹沒范圍及其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等多方面因素的綜合影響。通過綜合考慮淹沒區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況才能更為有效地厘清一次降雨過程后給區(qū)域帶來的破壞程度，這對區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別有著重要意義。通過對不同降雨強(qiáng)度下區(qū)域內(nèi)的雨洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的分析和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，按照風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的分類，將區(qū)域的雨洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)劃分為四級(jí)，為區(qū)域的抗災(zāi)、救災(zāi)提供了可靠依據(jù)。通過對風(fēng)險(xiǎn)圖的分析發(fā)現(xiàn)，在降雨強(qiáng)度達(dá)到災(zāi)害級(jí)別后，市區(qū)中由經(jīng)十路向北直至小清河的區(qū)域，風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別具有逐漸增高的趨勢，尤其以下幾個(gè)區(qū)域隨著降雨強(qiáng)度的增大，級(jí)別明顯增加。這幾個(gè)區(qū)域是：二環(huán)西路與濟(jì)齊路、緯六路、與京滬鐵路所包圍的區(qū)域；順河高架以東，濼源大街以北，大明湖路以南，歷山路以西所包圍的區(qū)域；北園路以北的濟(jì)濼路以東，順河高架路以西區(qū)域；歷山北路與小清河北路面狀區(qū)域；全福立交橋以東的工業(yè)北路兩側(cè)；南全福區(qū)域與洪家樓區(qū)域。 （6）根據(jù)城市內(nèi)暴雨洪水災(zāi)害的成因，依據(jù)區(qū)域的地形變化、降雨徑流情況，以及城市建設(shè)狀況，提出將市域范圍劃分為三個(gè)區(qū)域進(jìn)行治理規(guī)劃。對南部山地丘陵區(qū)生態(tài)及水源涵養(yǎng)景觀區(qū)以保護(hù)生態(tài)為主題的規(guī)劃與治理。包括小流域治理、發(fā)展生態(tài)觀光農(nóng)業(yè)等策略。對中部山前傾斜過度平原區(qū)域進(jìn)行以保護(hù)泉群為主題的生態(tài)水體景觀治理，將河道的景觀化、湖區(qū)的公園化、雨水的資源化，將市區(qū)建成一個(gè)親水的城市，恢復(fù)濟(jì)南的“泉城”美譽(yù)。對北部沿黃低平平原區(qū)域提出了蓄洪人工湖泊建設(shè)的建議。通過在有限的區(qū)域內(nèi)合理設(shè)置人工水體，即能達(dá)到美化和生態(tài)城市的建設(shè)目的，又能對市區(qū)的洪水進(jìn)行調(diào)蓄，達(dá)到減災(zāi)和水資源科學(xué)利用的雙重效果。 本研究主要的創(chuàng)新點(diǎn)如下： （1）利用區(qū)域數(shù)字高程數(shù)據(jù)，對區(qū)域內(nèi)的水文進(jìn)行了分析，完善了區(qū)域內(nèi)的河網(wǎng)分布狀況。在數(shù)字高程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過對區(qū)域的水文分析，能夠較好對區(qū)內(nèi)河網(wǎng)進(jìn)行梳理，對已經(jīng)進(jìn)行了人工改造的河道進(jìn)行強(qiáng)迫校正，以求得到真實(shí)可靠的區(qū)內(nèi)河網(wǎng)數(shù)據(jù)。在梳理河網(wǎng)的同時(shí)，對分水區(qū)進(jìn)行了劃分，能為防洪規(guī)劃和水利工程建設(shè)提供依據(jù)。 （2）構(gòu)建了濟(jì)南市主城區(qū)的雨洪數(shù)據(jù)庫。本文較為系統(tǒng)的構(gòu)建了濟(jì)南主城區(qū)的雨洪數(shù)據(jù)庫，包括空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。空間數(shù)據(jù)庫主要有通過對區(qū)域內(nèi)的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到了分辨率為10m的地形數(shù)據(jù)。對市區(qū)內(nèi)的建筑、道路進(jìn)行矢量化得到了較為完整的建筑、道路圖層，與地形數(shù)據(jù)時(shí)行疊加，得到了區(qū)域的較為精確的地形數(shù)據(jù)。利用GIS相關(guān)工具獲取了區(qū)域內(nèi)的行政區(qū)劃圖、氣象水文站點(diǎn)圖、河網(wǎng)概化圖等。建立了區(qū)域的雨洪屬性數(shù)據(jù)庫，包括氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、河道的斷面數(shù)據(jù)、蒸發(fā)量數(shù)據(jù)。率定了與區(qū)域水文有關(guān)的徑流系數(shù)、地表儲(chǔ)水層最大含水量、土壤層最大含水量、坡面流系數(shù)、庫朗數(shù)、渦粘系數(shù)、曼寧系數(shù)等，為區(qū)域的雨洪災(zāi)害研究提供了基礎(chǔ)。 （3）對區(qū)域內(nèi)的雨洪運(yùn)行進(jìn)行了建模并分析了區(qū)域的雨洪風(fēng)險(xiǎn)。從兩個(gè)維度，利用三個(gè)模型對區(qū)域的雨洪模擬進(jìn)行建模。利用一維與二維模型耦合對區(qū)域內(nèi)的降雨洪水情況進(jìn)行了模擬并進(jìn)行了率定，建立了區(qū)域雨洪研究的動(dòng)態(tài)模型，為區(qū)域的雨洪災(zāi)害預(yù)報(bào)、救災(zāi)提供了更為量化的支持。將不同的降雨強(qiáng)度作為輸入數(shù)據(jù)，模擬出了四個(gè)不同降雨強(qiáng)度下區(qū)域內(nèi)的淹沒及洪水發(fā)展情況，結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)劃分出區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，相關(guān)防災(zāi)救災(zāi)決策提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：城市雨洪 MIKE模型 濟(jì)南市 規(guī)劃策略
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P426.616
【目錄】：

• 圖目錄6-9
• 表目錄9-10
• 中文摘要10-14
• Abstract14-18
• 1 緒論18-39
• 1.1 選題背景和研究意義18-25
• 1.1.1 選題背景18-21
• 1.1.2 研究意義21-25
• 1.2 研究綜述25-36
• 1.2.1 國外城市雨洪災(zāi)害研究進(jìn)展26-30
• 1.2.2 國內(nèi)城市雨洪災(zāi)害研究進(jìn)展30-33
• 1.2.3 濟(jì)南市雨洪災(zāi)害研究進(jìn)展33-36
• 1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線36-39
• 1.3.1 研究內(nèi)容36-37
• 1.3.2 技術(shù)路線37-39
• 2 研究區(qū)概況39-54
• 2.1 濟(jì)南市地理位置及概況39-40
• 2.2 自然地理概況40-52
• 2.2.1 氣候40-41
• 2.2.2 構(gòu)造與地層41-42
• 2.2.3 地貌42-43
• 2.2.4 水文水系43-47
• 2.2.5 湖泊、沼澤、洼地47-49
• 2.2.6 地下水49-51
• 2.2.7 植被51-52
• 2.3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況52-54
• 2.3.1 人口52
• 2.3.2 工、農(nóng)、服務(wù)業(yè)52-54
• 3 基于 DEM 的河網(wǎng)提取及流域劃分54-65
• 3.1 構(gòu)建格網(wǎng) DEM54-59
• 3.1.1 流向分析54-55
• 3.1.2 洼地填充55-59
• 3.2 河網(wǎng)提取分析59-64
• 3.2.1 河網(wǎng)生成59-61
• 3.2.2 河網(wǎng)矢量化61
• 3.2.3 河網(wǎng)平滑61-62
• 3.2.4 河網(wǎng)強(qiáng)迫校正62-64
• 3.3 子匯流域劃分64-65
• 4 水動(dòng)力學(xué)模型原理65-74
• 4.1 模型概況及模塊65
• 4.2 一維非連續(xù)流模型原理65-69
• 4.2.1 MIKE 11 RR66-68
• 4.2.2 MIKE 11 HD68-69
• 4.3 城市管網(wǎng)模型原理69-70
• 4.4 二維漫流模型原理70-72
• 4.5 一、二維模型耦合原理72-74
• 5 濟(jì)南市主城區(qū)暴雨雨洪模擬與分析74-115
• 5.1 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建74-88
• 5.1.1 空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建74-82
• 5.1.2 屬性數(shù)據(jù)庫構(gòu)建82-88
• 5.2 雨洪災(zāi)害模擬及模型率定88-113
• 5.2.1 一維非連續(xù)流模型模擬與率定88-100
• 5.2.2 二維漫流模型模擬與率定100-110
• 5.2.3 一維與二維模型耦合110-113
• 5.3 本章小結(jié)113-115
• 6 雨洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別115-152
• 6.1 不同降雨強(qiáng)度淹沒分析115-140
• 6.1.1 降雨強(qiáng)度為中雨的淹沒分析116-121
• 6.1.2 降雨強(qiáng)度為大雨的淹沒分析121-125
• 6.1.3 降雨強(qiáng)度為暴雨的淹沒分析125-129
• 6.1.4 降雨強(qiáng)度為大暴雨的淹沒分析129-132
• 6.1.5 降雨強(qiáng)度為特大暴雨的淹沒分析132-136
• 6.1.6 四種降雨強(qiáng)度模擬結(jié)果對比分析136-140
• 6.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況140-141
• 6.2.1 人口分布狀況140
• 6.2.2 區(qū)內(nèi)企業(yè)狀況140-141
• 6.3 災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)可視化141-150
• 6.3.1 風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)圖層的統(tǒng)一142-145
• 6.3.2 風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別劃分145-150
• 6.4 本章小結(jié)150-152
• 7 減災(zāi)與區(qū)域治理規(guī)劃152-160
• 7.1 南部生態(tài)及水源涵養(yǎng)景觀區(qū)153-156
• 7.2 中部排水河道水體景觀建設(shè)區(qū)156-159
• 7.3 北部沿黃泄洪濕地保護(hù)區(qū)159-160
• 8 結(jié)語160-165
• 8.1 結(jié)論160-162
• 8.2 創(chuàng)新點(diǎn)162-163
• 8.3 不足與展望163-165
• 參考文獻(xiàn)165-172
• 致謝172-174
• 論文發(fā)表情況174

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：409549