城市暴雨洪涝灾害淹水过程数值模拟及风险分析

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:stat2009
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当前,受全球气候变暖和大气环流异常影响,极端暴雨天气的发生频次呈不断上升趋势,频发的洪涝灾害不仅会影响城市的正常运转,还会对居民的生命财产安全造成威胁,城市地区面临的防洪任务依然严峻。在洪涝灾害危险程度和复杂程度也越来越高的大背景下,如何识别并控制洪涝风险、减少城市的因灾损失已成为社会关切的热点问题。以武汉市南湖地区为例,本文首先从多角度分析了该地区产生洪涝灾害的原因,明确其水循环过程及致灾机理,结合风险管理理论提出了控制灾害风险的基本策略;其次,针对无完整管网资料地区的排水管网建模问题,建立了基于不同下埑面非恒定下渗的雨水口概化排水模型,进一步将其与二维地表漫流模型结合形成耦合雨洪模型,对实测及由暴雨强度公式和芝加哥雨型合成的降雨情景开展洪涝淹水模拟,识别了城市易涝危险区域;最后,将模拟得到的洪涝特征数据与承灾体结合,利用GIS的空间分析功能及物理建模等方法,对城市不同承灾体进行了风险分析,并提出相应的减灾措施以降低灾害风险,以期为城市的防洪应急工作提供科学决策,提高城市的防灾减灾能力。主要研究成果如下:(1)将城市洪涝灾害成因归结为气候变化、城市建设和城市管理等三方面因素,进一步从水循环角度阐述了城市洪涝灾害的致灾机理,并依托风险管理理论提出通过降低承灾体暴露性和提高城市防灾减灾能力两方面举措来达到降低灾害风险的目的。(2)为优化现有的等效排水方法,搭建了基于不同下埑面非恒定下渗的雨水口概化排水模型,通过模拟计算武汉市2019年6月21日的暴雨事件表明:模型计算的易涝区数量、地理位置及积水点水力要素等信息与历史灾情数据吻合度较高;进一步将其与其他概化排水模型做了对比分析,发现该模型的数值模拟精度整体更优,可以将其用于不同降雨情境下的洪涝过程模拟。(3)将概化排水模型与二维地表漫流模型结合形成耦合模型,利用耦合雨洪模型对降雨历时为120min、雨峰系数为0.4-0.5的1年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇短历时强降雨开展洪涝模拟,结果表明:不同重现期暴雨情境下,模拟计算的易涝区域在空间分布上基本一致,但整体淹没程度(淹没水深、淹没面积、积水时长)与暴雨重现期呈现正相关。(4)依托模型计算的淹没数据,叠加分析不同承灾体。对道路、建筑物的暴露性分析发现:四种降雨情境下,承灾体暴露性的最大值都集中出现在降雨后的60min-90min,也即洪涝风险在此时间段达到最大,在被淹没的道路和建筑物区域,相关利益人员应提前做好防范措施,转移道路表面及室内财产以减少承灾体暴露性;利用行人、车辆失稳临界流速模型,研究了洪水中行人和车辆的稳定性,结果表明:行人发生失稳风险的时间可长达56min,未成年人的失稳时间要早于成年人;车辆的失稳时间约为30min,应急管理部门应提前发布预警信息,并在积水区域设置路障和危险标识牌,以提醒行人和车辆绕行,减少人员伤亡和车体伤损。
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