【摘 要】
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过去几十年,快速城市化进程的推动加剧了城市地表洪水运动,内涝灾害频繁发生,对城区建筑、交通等基础设施造成的损失不可估量,严重威胁到人民生命财产安全,防汛体系的不完善性已成为危害城市健康发展的重要不利因素。如何通过研究洪水运移规律、评估洪涝破坏程度和把握主要致灾因子对恢复能力的响应机制已成为国内外研究的重要焦点。本文主要是以济南市城区为研究区域,结合基于元胞自动机理论的洪涝CADDIES模型,利用实
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过去几十年,快速城市化进程的推动加剧了城市地表洪水运动,内涝灾害频繁发生,对城区建筑、交通等基础设施造成的损失不可估量,严重威胁到人民生命财产安全,防汛体系的不完善性已成为危害城市健康发展的重要不利因素。如何通过研究洪水运移规律、评估洪涝破坏程度和把握主要致灾因子对恢复能力的响应机制已成为国内外研究的重要焦点。本文主要是以济南市城区为研究区域,结合基于元胞自动机理论的洪涝CADDIES模型,利用实际暴雨雨型和设计雨型来模拟不同情境,通过暴雨峰值和历时作为输入条件,以淹没水深作为输出条件,以此模拟分析济南市城区洪涝情况。以模拟结果为基础,通过传统定义的恢复能力,构建基于流域尺度变化下的洪涝恢复能力评价模型。借助Arcgis软件和MATLAB软件的数据处理工具,构建双迭代模型,并对不同情境下的济南市城区洪涝恢复能力结果进行评价研究,以期为满足各城市在面临不同情境状况下能够做到快速反应、精准决策的有效管理手段提供一定的理论基础。通过分析可以得到以下结论:（1）借助基于元胞自动机理论的CADDIES模型,用以代替传统水力学浅水波方程求解,在利用高精度的数据资料基础上,可快速的计算出洪水模拟运移过程,能够为快速高效反映洪水预警提供基础支撑;结果精度相较于部分洪水模拟准确度高,且模拟时间更短,全面提升了模拟效率。以“070718”雨型为例,通过22个实测站点数据,一定程度上验证了CADDIES模型的准确性,说明栅格精度在一定程度上决定了CADDIES模型的模拟结果,采用10 m×10 m栅格数据更能反映实际发生过程的真实性。（2）通过实际雨型和设计雨型相结合的方式,更能率定出凸显实际的模型边界条件,以输入不同糙率和恒定下渗能力的Cafloodpro程序,结果发现模拟结果与实测数据平均误差值为0.24 m,并借助一年一遇的设计雨型,防止实际雨型模拟中出现较大误差和错误,进一步证明了与实测结果的吻合程度良好,可较好地为后续展开研究做铺垫。以新闻报道或者其它查阅资料为依据,结合“070718”实际雨型的实时模拟结果来看,也充分验证了济南市城区南水北淹的现象,展现了道路行洪的景观。（3）验证模型精度后,采用“870826”实际雨型与200年各历时降雨、各重现期2小时设计雨型的模拟分析,利用洪水模拟静态时刻图,全面剖析了栅格运移规律的全过程。统计分类不同淹没水深的淹没面积,分析城市洪水流动的变化性规律,该结果全面证明了CADDIES模型在建模设定要求低的基础上,还能很好地反映洪水运动特性,是较好适合于城市洪水预警的高精度模型。（4）首先是借助传统定义的恢复能力,构建了基于区域尺度的洪涝恢复能力评价模型。借助洪涝恢复能力模型分别对200年一遇各历时、200年一遇各雨峰系数、各重现期2h情境中研究区的28个子集水区进行了评价分析,研究结果说明在不同集水区域范围内的洪涝恢复能力均呈现不同的变化特征,展现出一定的洪水运移动态变化规律。选取4种典型集水区用以反映各情境下的响应关系,通过统计分析计算出栅格的淹没数量,借助洪涝恢复能力评价结果计算各情境下集水区的敏感性参数值,结果对反映不同水深阈值规律变化的城市洪涝恢复能力具有重要意义。其次,为充分考虑城市规划和建设中下垫面规律的改变特征,考量工程措施与非工程措施所带来的变化影响,首先提出水深阈值增加10 cm的情景QJ-2做对比分析。但实际情况中,符合工程建设规划和海绵城市管理的各土地利用类型水深阈值的设定值将更具有实际代表性,故通过设定QJ200-1～QJ-200-10、QJ100-1～QJ-100-10、QJ50-1～QJ-50-10、QJ20-1～QJ-20-10的40种情景用以探究实际变化规律。结果证实情景QJ-1中恢复能力较弱的集水区,但在设定情景QJ-2中恢复能力变化率较大,整体恢复能力较强;而通过各重现期2h设定的40情景可以发现,随着重现期的增大,各集水区的恢复能力变化范围不断增加,中位线和均值均表现为下降,上限值下移明显,均说明洪涝恢复能力不断减弱。
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