区域降水特性分析与城市内涝过程模拟研究

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全球气候变化可能导致极端降水增加。降水特性变化可能是造成当前涝灾频发的重要原因,对区域降水特性的深入分析和研究将有助于揭示灾害发生规律。与此同时,国内沿海城市经常发生强降雨或连续暴雨的极端天气,导致城市内涝灾害频发。伴随着城市在现代化的建设上土地利用不断变化,使得不透水面积增多;城市排水管网的排洪能力不足,加剧了城市内涝的严重性。由此,洪涝灾害已经阻碍了我国部分地区可持续发展,有必要对重点区域内涝过程进行研究和分析,从而为当前防洪抗灾提供科学依据与决策支持。
  在国内外研究基础上,以当前沿海地区降水特性分析和城区内涝过程研究不足为切入点,本文首先选取了福建省为区域降水特性研究对象,分析了福建省多年的降水特征和洪涝趋势;随后,进一步聚焦福州市江北城区开展典型研究,在基础资料收集的基础上利用InfoworksICM构建城市内涝模型,模拟并分析出福州市江北城区不同情景下内涝情况;特别是,考虑不同雨型对内涝模型结果的影响,利用芝加哥不同降雨历时与不同雨峰系数的设计降雨在不同重新期下模拟内涝情况,由此深入探讨和分析了不同降水情景下的内涝过程变化及其对区域内涝的影响规律。主要研究结论如下:
  1)对福建省多年降雨特征和洪涝趋势分析发现,降水集中指数(PCI)具有季节性,秋季降水量多且集中指数(PCI)较高,更易产生洪涝。年际SPI呈现上升趋势,表明旱转涝的基本态势。福州的年降水总量和、最大日降水量和暴雨发生频率都呈现上升趋势,且降雨量和暴雨都具有明显的季节性,集中在夏秋季节。
  2)利用InfoworksICM对不同重现期的情景模拟结果表明:随着重现期的增大,由于管道下游过流能力不足而造成超负荷和管道的过流能力不足而造成超负荷满管的数量逐渐增多,其中管道下游过流能力不足而造成超负荷的比例要高于管道的过流能力不足而造成超负荷;内涝不同深度的淹没面积结果可以看出,最大淹没水深和总淹没面积都随着重现期的增大而增大;在设计暴雨强度低时,淹没深度为1-5cm的淹没面积最大,与之对应的较高设计暴雨强度时,淹没深度为10-20cm的淹没面积最大;随着预测幅度的增大,满管和淹没面积都在增大。
  3)考虑降雨历时和雨峰系数对内涝模型结果的影响分析结果表明:降雨历时的影响和重现期相互作用,不同降雨历时下未满管的管段数量随重现期的增大而减少,满管的管段数量随重现期的增大而增大;在不同的降雨历时下,淹没面积都是随着重现期的增大而增大,在相同重现期下,不同降雨历时的淹没面积不同,降雨强度和降雨总量都会对淹没面积有影响,且降雨总量对淹没面积的影响要略大于降雨强度。雨峰系数的影响则对满管有较多影响,在雨峰系数相同时,未满管的管段数都随着重现期的增大而减小,满管的管段数随着重现期的增大而增多,说明雨峰出现晚,达到雨峰时管网排水能力不足,导致严重的内涝;雨峰系数相同时,淹没面积随着重现期的增大而增大,雨峰系数较高时,淹没总面积和各淹没深度范围的淹没面积都要比雨峰系数小的大。
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