【摘 要】
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在全球气候变化的大背景下,随着城镇化的发展和人类活动对环境影响的日益加剧,近些年城市洪涝灾害频频发生,对城市的正常运转和人们的生产生活造成了严重的影响,已经成为制约城市进一步建设发展的主要问题。得益于计算机技术的快速发展,数值模拟越来越成为研究城市洪涝问题的重要技术手段,在城市防洪、排涝、预警等领域发挥着不可替代的作用。面对愈发严重的城市洪涝灾害问题,本研究立足于城市洪涝治理的实际需求,建立了城市
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在全球气候变化的大背景下,随着城镇化的发展和人类活动对环境影响的日益加剧,近些年城市洪涝灾害频频发生,对城市的正常运转和人们的生产生活造成了严重的影响,已经成为制约城市进一步建设发展的主要问题。得益于计算机技术的快速发展,数值模拟越来越成为研究城市洪涝问题的重要技术手段,在城市防洪、排涝、预警等领域发挥着不可替代的作用。面对愈发严重的城市洪涝灾害问题,本研究立足于城市洪涝治理的实际需求,建立了城市洪涝对交通影响评价的研究框架。首先本文构建了能够完整模拟城市洪涝淹没过程的一二维耦合的水动力模型,在模型研究的基础上,基于模拟结果,采用开放街道地图和百度API的大数据方法和技术分析了极端设计降雨条件下的道路积水对交通的影响,并取得了一些有价值的研究成果,可以为城市防灾减灾决策提供一定的技术支撑。主要研究成果如下:(1)介绍了城市洪涝水动力模型的基本原理,对模型的计算精度和模拟效果进行了算例验证。基于TELEMAC-2D模块和EXTRAN模块,分别介绍了城市洪涝水动力模型的降雨产流模块、地表汇流模块和管网汇流模块的基本原理,以及耦合模型的实现方法,构建了城市洪涝一二维耦合的水动力模型。为了验证模型的计算精度,采用水动力学领域的一个通用理论算例进行分析,结果表明本文构建的城市洪涝水动力模型表现良好,节点水深和耦合点流量这两个模拟结果指标与文献中相同算例的模拟结果基本一致,本文构建的模型具有良好的稳定性和收敛性。(2)基于等效排水方法和道路管网方法研究了无管网资料区域的城市洪涝过程。深入分析了等效排水方法和道路管网方法在排水管网概化方面的作用,并基于这两种方法构建了城市洪涝模型。通过与网络新闻报道的积水点位置进行对比,验证了模型的模拟效果和精度。将模拟过程划分为降雨进行阶段和降雨结束阶段,以积水总量和积水面积为指标,厦门岛案例的结果分析表明:道路管网方法相比于等效排水方法,积水总量和积水面积在降雨进行阶段都更大,在降雨结束阶段,积水总量和积水面积下降的斜率更大,排水过程的流量更大;在50年一遇和100年一遇的情景下,等效排水方法的积水总量相比于道路管网方法分别减少了约23.9%和19.6%,积水面积分别减少了约27.8%和17.6%。(3)基于情景模拟结果,针对城市洪涝造成的道路积水对交通的影响进行分析和评价。将城市洪涝模拟结果应用在交通领域,采用开放街道地图(OSM)数据作为路网分布,采用百度地图API技术方法获取实时的路况信息。以50年一遇和100年一遇设计降雨为例研究了道路积水对不同等级道路的中断影响;针对交通通行的典型时刻,以高峰期和平峰期为例,研究了设计降雨影响下的路网通行速度的衰减情况和受影响路段的长度。研究结果表明,相比于50年一遇情景,100年一遇情景下的快速路、一级路、二级路、三级路和支路的道路中断长度分别增加了 25.2%、48.0%、26.4%、22.4%和32.1%;在交通高峰期,50年一遇和100年一遇的设计降雨情景下,受到影响的道路长度分别占道路总长度的21.9%和22.4%,相比于道路畅通时候的道路平均速度下降了 48.7%和49.6%;在交通平峰期,50年一遇和100年一遇的设计降雨情景下,受到影响的道路长度分别占道路总长度的分别为10.3%和10.9%,相比于道路畅通时候的道路平均速度下降了 30.9%和31.9%。
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