基于栅格单元与矢量管网耦合的城市社区雨洪模拟

来源 :南京师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yanhsy
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近二十年来,我国正处于城镇化快速发展时期,城市建设成果显著,但同时存在地表过度硬化等问题,城市洪涝灾害频繁发生。利用水文模型对城市水文过程进行模拟计算,是防治并预测城市雨洪灾害的有效手段。本文通过对城市社区雨洪的发生发展过程及影响因素进行分析,以社区尺度为水文过程的模拟尺度,使用栅格单元为最小计算单元,构建地表产汇流模型;基于矢量管网数据建立地下排水管网模型,通过矢量点坐标与栅格单元行列号的空间匹配,耦合地下管网输移的矢量模型与地表产汇计算的栅格模型,使管网矢量模型可以并入地表产汇流栅格模型中,最终得到集产流、汇流与管网汇流三个水文过程为一体的城市社区雨洪预测模型,并选择城市内部一种常见的典型社区——校园,进行模型的应用分析。本文的研究内容与结论如下:(1)本文通过对比分析城市社区地表产汇流过程与自然流域的产汇流过程,提取出城市社区地表产汇流过程的特性,根据数据准备情况与其特性选择SCS方法模拟地表产流过程,等流时线法模拟地表汇流过程,从而完成城市社区地表产汇流的模拟计算,并考虑了产汇流方法的局限性,论述了产汇流方法在社区尺度的雨洪模拟中的适用性。(2)考虑到地下管网系统在空间建模中通常以点与线的形状表达,所以本文将基于矢量数据建立地下管网模型,受限于资料准备情况与管网汇流方法的运算难度,本文将探索马斯京根法在管网汇流模拟中的使用,并且考虑马斯京根法的局限性,论述其在社区尺度的雨洪模拟中的适用性。为使地下矢量模型可以与地表栅格模型合并,还需要研究二者的耦合方法。本文将利用矢量点在平面上无限小的特点将其坐标与栅格行列号进行匹配,通过矢量点与其所在的栅格单元连接地下与地表空间,完成两种模型的耦合,最终得到一体化的城市社区雨洪预测模型。(3)本文选取南师大仙林校区北区为研究区,2015年6月16日17:50至20:00的降雨事件为降雨过程进行实例模拟,结果发现:对于范围较小且拥有精细DEM数据的城市内部区域而言,栅格单元可以很好地描述地表产汇流过程,区域内任意位置上水量的累积与消除过程也可以通过矩阵运算的方法快速得到。所以对城市内社区尺度的雨洪过程进行模拟时,使用基于栅格单元的建模方法所得的结果更精细,更能满足城市防洪排涝的需求。
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