检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：鄢琳广州大学

学位级别：博士

近年来,随着全球气候变暖和城市化进程的加快,城市内涝已成为严重影响社会生产和居民生活的突出问题之一。城市排水基础设施的稳定运行是降低城市内涝影响和保障城市排水安全的重要基础。然而,当前城市地面排水设施运维主要依靠人工巡... 详细信息

近年来,随着全球气候变暖和城市化进程的加快,城市内涝已成为严重影响社会生产和居民生活的突出问题之一。城市排水基础设施的稳定运行是降低城市内涝影响和保障城市排水安全的重要基础。然而,当前城市地面排水设施运维主要依靠人工巡检的方式,巡检效率低且易发生设施漏检、错检问题,导致暴雨时经常出现雨水口堵塞、雨水口树叶遮挡、排放口排水不畅等排水设施运行失效现象,城市排水设施丧失应有的排水能力,无法及时排除地面积水,引发城市内涝。同时,暴雨发生后,防汛人员无法实时掌握排水设施的运行情况,不能准确评估内涝风险等级,导致防汛资源分配不均,风险处置不及时,严重威胁居民财产安全,影响社会正常运转。针对以上问题,本论文采用学科交叉的思路开展耦合计算机视觉及高精度雨洪数值模拟的城市内涝实时减灾技术研究,首先在暴雨发生前,一方面通过基于计算机视觉识别技术,实现排水设施状态智能识别,全面提升城市排水设施日常的运行效率;另一方面需要因地制宜地做好城市内涝风险评估,提升内涝灾害预防和控制的能力。其次在暴雨发生后,通过开展一、二维水文水动力模拟,实时模拟排水设施设施运行情况,耦合排水设施状态智能识别技术,快速识别出排水设施运行风险区域,科学评估内涝风险等级,高效合理地分配防汛资源,实现内涝实时减灾。本论文得到主要结论如下: (1)针对国内外尚未有公开的城市地面排水设施标注数据集,基于传统行业标准的地面排水设施缺陷分类,结合视觉特征采用YOLOV7目标检测算法,优化缺陷分类,模型迭代优化图像标注,数据增强扩充图像数据集等方式提升地面排水设施数据集质量,最终构建了一套以检查井、雨水口、排放口3类地面排水设施类型,15类设施缺陷状态的地面排水设施图像样本数据集,数据集总量34367张,为排水设施缺陷目标状态智能识别提供数据基础。 (2)首次构建适用于地面排水设施的目标检测器,通过利用YOLO系列的9种检测算法对排水设施缺陷目标的检测性能测试,YOLOV7目标检测算法在召回率(Recall为0.837)和模型检测精度(m AP50为0.872)有明显的优势,且能充分满足排水设施缺陷实时检测的性能要求(FPS为294.118),并通过在主干网络融合SE注意力模块进一步提升模型检测性能,m AP50提升了1.03%,召回率(Recall)提升了1.69%,FPS提升了3.03%,综合分析选择YOLOV7+SE作为排水设施缺陷目标检测器,为排水设施实时智能巡检提供了算法支撑。 (3)引入一种基于视频流检测的排水设施目标跟踪及空间匹配分析算法,选取YOLOV7+SE作为缺陷目标检测器,采用Bo T-SORT目标跟踪算法,YOLOV7+SE输出的缺陷检测成果作为Bo T-SORT算法的输入,实现连续多帧图像排水设施缺陷目标检测的集成,通过限定半径最邻近的空间匹配算法,实现目标跟踪算法的输出结果与地面排水设施GIS数据的匹配,开发一套排水设施缺陷实时检测系统,实现车载视频实时上传,系统实时缺陷检测,缺陷与设施GIS数据实时匹配,进一步推进排水设施智能巡检替代人工巡检。 (4)基于SWMM和TELEMAC-2D模型建立城市内涝水文水动力一、二维耦合模型,实现一维管网和二维地表漫流模型的耦合,模拟分析特定降雨条件下的区域内涝情景;建立城市内涝灾害风险评估指标体系,覆盖灾害、暴露度和脆弱性三个维度,涵盖物理机制及统计机制两个层次,共计12个指标;提出一种新的耦合K-means聚类及改进投影寻踪的权重计算方法,基于指标数据连续性特征进行投影寻踪的分层应用,以期获得更加科学准确的指标权重;将上述方法综合应用于江苏宿迁区域,实现城市内涝风险的科学评估。 (5)基于历史监测数据及未来排水设施状态组合的监测情景,构建特定降雨情景下的三阶段实时监测结果,以遮挡率作为排水设施堵塞及遮挡程度的判定指标,给出不同排水设施的淤堵程度;针对排水设施状态实时监测情景,提出城市内涝风险模拟实时推演方法,采用水文水动力一、二维耦合模型模拟区域淹没情景及内涝风险;考虑经济人口分布规律、不同阶段监测情景及内涝风险识别结果,提出双阶段实时减灾策略,从重点区域、边缘区域及全片区三个空间范围,基于重点道路风险正(负)值比率及综合减灾效益指标,分析不同实时减灾策略对城市内涝减灾效益的影响。

关键词：地面排水设施计算机视觉水文水动力模型内涝风险评估实时减灾

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海绵措施下降雨径流模拟及污染物削减率评价

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水利水电技术（中英文） 2024年第2期55卷 78-89页

作者：康永德李伟许尔文任小凤兰州理工大学甘肃兰州730050 甘肃省祁连山水源涵养林研究院甘肃张掖734003 中国水利水电科学研究院内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站内蒙古呼和浩特010020

【目的】为探明海绵措施对降雨径流的削减效果和污染物削减能力,以固原市23 km2海绵试点区为研究对象,模拟不同重现期下海绵措施实施前后降雨径流及污染物的变化规律。【方法】采用高精度地形、GPU加速技术,构建适用于固原市洪涝模拟的... 详细信息

【目的】为探明海绵措施对降雨径流的削减效果和污染物削减能力,以固原市23 km2海绵试点区为研究对象,模拟不同重现期下海绵措施实施前后降雨径流及污染物的变化规律。【方法】采用高精度地形、GPU加速技术,构建适用于固原市洪涝模拟的水文水动力模型。【结果】结果表明:(1)不同降雨情景下,实施海绵措施后,年径流控制率提高16%~20%,污染物削减率均在98%左右。(2)降雨雨型对径流总量控制率影响明显,小雨量时,大部分降雨被留在当地。(3)模型模拟结果为海绵措施布置提供了指导依据,2号积水点建议布设路旁植草沟和渗井,以减少主干道往该处汇流的水量;3号积水点建议完善排水管网;6号积水点建议布设植草沟及滞留溏;10号积水点建议在西侧主干道布设生态植草沟、透水性路面。【结论】构建了适用于固原市的洪涝模型,可实现海绵措施布置对降雨径流和污染物削减率的模拟,为该城市雨洪管理和城市规划提供了科学依据。

关键词：水文水动力模型海绵措施降雨污染物削减径流控制率

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杭嘉湖平原河网地区防洪形势分析及对策研究

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中国农村水利水电 2019年第2期 123-125页

作者：徐天奕刘克强单玉书何爽太湖流域管理局水利发展研究中心上海200434

杭嘉湖区位于长三角平原河网地区,随着近年来城市化快速发展,与太湖流域防洪规划编制时工况相比,下垫面及水利工程条件发生显著变化,尤其是城市扩展和圩外可调蓄水体降低,使得地区防洪形势更为严峻。构建了杭嘉湖区水文水动力学模型,模... 详细信息

杭嘉湖区位于长三角平原河网地区,随着近年来城市化快速发展,与太湖流域防洪规划编制时工况相比,下垫面及水利工程条件发生显著变化,尤其是城市扩展和圩外可调蓄水体降低,使得地区防洪形势更为严峻。构建了杭嘉湖区水文水动力学模型,模拟分析了土地利用变化对杭嘉湖区洪涝特性的不利影响,分析了杭嘉湖区防洪形势并提出治理对策。针对近期防洪工程规划方案进行了洪水模拟分析,结果表明,方案实施后区域排洪能力增强,最高洪水位显著下降,初步满足杭嘉湖区防洪要求。

关键词：杭嘉湖区水文水动力模型防洪形势防洪工程方案

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基于GIS的感潮地区城市区域除涝能力评估

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水电能源科学 2014年第3期32卷 85-87,102页

作者：钱真贾卫红上海市水务规划设计研究院上海200233

近年来,城市内涝问题日益严重,为了全面细致地评估城市区域除涝能力,针对感潮河网地区提出了一种结合水文水动力模型和GIS技术空间分析的方法,根据实测的地形、地理及水文等相关数据,采用河网水文水动力模型模拟研究区域内河网水流运动... 详细信息

近年来,城市内涝问题日益严重,为了全面细致地评估城市区域除涝能力,针对感潮河网地区提出了一种结合水文水动力模型和GIS技术空间分析的方法,根据实测的地形、地理及水文等相关数据,采用河网水文水动力模型模拟研究区域内河网水流运动,并对模型计算结果进行空间化处理,以栅格DEM为核心处理对象,在ArcGIS平台上组建空间分析模型,统计区域内各个水位等级下可能的受涝面积。应用该方法对上海市14个水利片分别进行区域除涝能力评估,以嘉宝北片的评估为例,其结果详细、客观,可为上海市区域防洪除涝规划提供参考依据。

关键词：感潮河网区域除涝水文水动力模型 ArcGIS 空间分析

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基于机器学习的城市内涝快速模拟预报方法研究

基于机器学习的城市内涝快速模拟预报方法研究

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作者：李智星西安理工大学

学位级别：硕士

在气候变化以及城市化进程急剧加快的背景下,由极端天气造成的城市内涝灾害越发严重,如果缺乏预警预报等响应手段,将会导致严重的生命财产损失。通过开展城市内涝快速模拟预报,为相关应急部门提供决策依据和缓冲时间,是降低城市内涝灾... 详细信息

在气候变化以及城市化进程急剧加快的背景下,由极端天气造成的城市内涝灾害越发严重,如果缺乏预警预报等响应手段,将会导致严重的生命财产损失。通过开展城市内涝快速模拟预报,为相关应急部门提供决策依据和缓冲时间,是降低城市内涝灾害所带来的损失的重要途经。因此,如何实现城市内涝快速且精确的模拟预报具有重要的研究价值。传统基于物理过程的数值模型可对内涝灾害进行精细化模拟但缺乏时效性,而机器学习算法通过数据驱动来建立关系的特性可弥补这一缺陷,所以本研究旨在结合两者优势,提出城市积涝淹没峰值快速模拟预报的方法,并以浙江省宁波市海曙区为研究区域建立快速预报模型,以期减少暴雨致涝事件所带来的损失,主要研究内容及成果如下:(1)以城市内涝形成的过程为切入点,结合研究区域水文信息,地形数据和土地利用等基本资料,采用GPU并行加速技术求解浅水方程来构建城市积涝形成过程水文水动力模型。通过研究区域实测降雨与积涝数据对模型进行可靠性验证,模拟分析短历时降雨条件下城市内涝的形成过程,结果表明所建数值模型模拟结果与实测积涝数据具有较高一致性,易涝点淹没面积吻合且积水深度的相对误差为-5.7%,能较为精确地模拟城市内涝灾害的产生过程,可为机器学习算法的应用提供可靠的训练数据支撑。(2)提出一套基于机器学习算法构建的城市积涝淹没峰值快速预报模型。该模型采用随机森林算法和K近邻算法建立降雨特征参数与数值模型模拟结果之间的关系,从而避免求解复杂的水动力方程组,同时运用贝叶斯优化算法率定模型参数,.引入皮尔逊相关系数筛除相关性较差的参数来提升准确性。以宁波市海曙区为研究区域构建城市积涝淹没峰值快速预报模型,结果显示混合模型相对单机器学习算法模型拥有更佳的稳定性,可将大部分事件的误差控制在1%。同时使用实测降雨与积涝数据对模型预报效果进行分析,结果表明所建模型整体稳定可靠,预报淹没范围与淹没水量与实测数据的相对误差可控制在10%以内,与数值模型计算结果的相对误差可控制在5%以内,具有较高准确性。(3)解决了传统数值模型时效性不足的问题,采用网格分辨率为5m的地形数据作为输入条件构建水文水动力模型,对比基于物理过程的数值模型与城市内涝快速预报模型的运算耗时,得出快速预报模型的模拟平均用时为17.24s,较数值模型提速约374倍,能够满足城市内涝快速预报的要求,可为城市内涝应急决策提供充足的准备时间。

关键词：城市内涝水文水动力模型机器学习快速预报

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无资料小流域洪涝协同预报模型的构建与应用

无资料小流域洪涝协同预报模型的构建与应用

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作者：王柄翔南昌工程学院

学位级别：硕士

小流域洪涝灾害是我国主要自然灾害,洪峰高、洪量大、突发性强,常诱发严重人员和财产损失。厘清小流域洪涝灾害孕灾基本规律,凝练灾害成灾历史经验,科学准确预警预报洪涝灾害的发生、发展及时空演变规律,对合理应对灾害具有重要科学意... 详细信息

小流域洪涝灾害是我国主要自然灾害,洪峰高、洪量大、突发性强,常诱发严重人员和财产损失。厘清小流域洪涝灾害孕灾基本规律,凝练灾害成灾历史经验,科学准确预警预报洪涝灾害的发生、发展及时空演变规律,对合理应对灾害具有重要科学意义。现实中,雨量站、水文站、内涝站等洪涝灾害感知设备多分布在中等以上流域和城市,自然和城市小流域往往缺乏实测资料,无法为洪涝灾害孕灾规律的凝练提供足够的数据支撑。针对我国广大无资料小流域,面向洪涝灾害的共生关系、复杂的时空分布,构建洪涝协同预报的适用模型,具有明显的理论价值和现实意义。本文基于调查暴雨、洪痕和实测内涝数据,综合利用SCS-CN模型、圣维南方程组、机器学习算法等方法,耦合分布式水文水动力模型,在南方典型的自然和城市小流域内开展模型模拟效果评价。取得以下主要成果: (1)阐述水文水动力模型原理,确定分布式水文水动力模型各模块计算方法。依据无资料小流域地区产汇流过程、灾害形成过程,水文水动力学机制,解析水动力过程模拟的基本原理。分析地表网格产流、坡面产流、河道汇流和地下汇流的模拟方法,构建洪涝灾害协同预报模型。确定了产流模块采用SCS-CN模型和超渗产流模型;汇流模块采用可模拟洪涝时空分布的水动力耦合模型,河网汇流采用马斯京根方程,地下汇流采用退水曲线法。 (2)水文水动力模型的构建和小流域参数研究。以SCS-CN径流曲线和超渗产流模型、圣维南运动波方程和马斯京根法为产汇流组合方案进行降雨-洪水过程模拟。在山区小流域,依据数据高程和土地利用/覆被数据概化流域数字模型,结合洪痕调查数据,模拟棠溪流域暴雨淹没过程。在城市小流域,选取典型时段暴雨数据、DEM高程数据和内涝淹没水深,模拟南昌市青山南路地区内涝水深。优化径流曲线数CN、稳渗率f C、地表糙率n和马斯京根参数k、x值,建立无资料小流域洪涝预报模型。最终率定的棠溪流域河段各个地类的CN值在70～100之间;f C值在0～20之间;糙率在0.01～0.2之间;洪水传播时间k为0.15(h);流量比重因子x为0.35(h);水力梯度i为0.025,河道糙率n为0.045。南昌市青山南路地区CN值在85～95之间;f C值在0.5～0.9之间;糙率在0.02～0.4之间;坡度在0.05～0.07之间。 (3)智能模型水位流量关系曲线评价及水文水动力模型模拟精度评价。在山区小流域,以河道中游的典型断面为研究对象,以多项式方程、正交函数、导数方法及对数函数等经典算法及神经网络等智能算法进行水位流量关系曲线的拟合。采用相对误差分析、纳什系数分析和相关系数分析对水文水动力模型的精度做出了评价。在城市小流域,以青山南路内涝积水区为研究对象,采用相对误差和绝对误差对洪峰数据分析对比,评价水文水动力模型的精度。结果表明,在山区小流域模拟的最大淹没水深结果与此处洪水淹没痕迹较为吻合,实测洪痕水位和模拟最高水位之间的相对误差在0.1m内。各算法所拟合而得的水位流量关系曲线的实测洪痕水位和模拟最高水位的纳什系数和相关系数高达0.99;实测数据和模拟数据两组数据之间不存在显著性差异,洪涝预报模型模拟的结果可靠。神经网络所拟合出的水位流量关系为最佳的关系曲线,绝对误差仅0.653m,相对误差0.177%。在城市小流域模拟的最大淹没水深与此处实测的内涝水深数据较为吻合,绝对误差仅0.009m,相对误差0.017%。内涝形成积水比降雨数据滞后大约10分钟,符合实际的降雨内涝淹没情况。本文所构建的水文水动力耦合模型具有一定的可靠性,对自然小流域洪涝和城市内涝模拟分析具有较好的应用价值。

关键词：无资料小流域水文水动力模型智能算法洪涝预报

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雨水调蓄池内涝削减运行规则优化方法研究

雨水调蓄池内涝削减运行规则优化方法研究

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作者：李文钰西安理工大学

学位级别：硕士

在城市化快速发展和全球气候变化的双重影响之下,城市区域产汇流过程加快、极端强降雨频发,导致内涝灾害风险快速增加,严重制约城市的可持续发展,并引发严重的人员伤亡和财产损失。为有效应对这一问题,亟需构建完善的城市防洪排涝体系,... 详细信息

在城市化快速发展和全球气候变化的双重影响之下,城市区域产汇流过程加快、极端强降雨频发,导致内涝灾害风险快速增加,严重制约城市的可持续发展,并引发严重的人员伤亡和财产损失。为有效应对这一问题,亟需构建完善的城市防洪排涝体系,并合理调控各项措施,增强城市的防灾韧性。通过开展城市内涝过程模拟,合理调控城市防洪排涝构筑物,是减少城市内涝风险的有效途径之一。其中,调蓄池作为防洪排涝体系的重要组成部分,其运行规则对城市内涝灾害的防控效果具有显著影响。因此,本文以西安市小寨区域为例,通过构建一二维耦合水文水动力模型,模拟对比城市在有无调蓄池调控作用下的内涝过程;并以城市地表积水量最小为目标,开展调蓄池运行规则优化,探索使得城市内涝灾害风险最小的调蓄池运行规则。主要研究内容及成果如下: (1)为精确模拟研究区域的内涝过程,本研究构建了基于高精度地形、土地利用类型、排水管网等本底数据的二维地表和一维管网耦合的水文水动力模型。并利用研究区域的实测降雨和内涝数据对模型模拟精度进行了验证。模型模拟结果与实测数据的对比结果表明该模型的平均绝对百分比误差不超过10%,可准确模拟研究区域的内涝过程。 (2)通过构建的水文水动力模型模拟研究区域在5年、30年、50年和100年一遇设计降雨情景下调蓄池对城市内涝过程的调控作用。模拟结果表明调蓄池在开启时,通过暂存和调节雨洪流量能有效缓解积涝点的积涝程度。同时,调蓄池开启后能够显著减小雨水管网排水压力,进而削减末端排口流量峰值。但随着降雨重现期的增大,其削减效果逐渐减弱,且随着调蓄池进口流量增大,其运行时间也相应缩短。石油大学和紫薇花园调蓄池,由于容积相对较小,在产汇流过程尚未结束时就因达到运行关闭条件而关闭调蓄池,因此要考虑调蓄池的容积,科学合理地利用调蓄池存储洪峰期间的地表积水。 (3)为快速和准确地求解调蓄池优化问题,提出一套基于KNN模型和粒子群优化算法的调蓄池优化调度方法。根据构建的水文水动力模型的模拟结果,使用KNN模型建立不同降雨条件下调蓄池运行规则和水动力模拟结果之间的非线性关系,用来代替计算耗时较长的水文水动力模型作为优化算法的适应度值的求解工具,避免在优化过程中反复调用数值模型而提高优化求解效率。在优化过程中,将调蓄池控制区域分为整体控制和局部控制进行优化;通过对30、50、70、100和150年一遇降雨情景下的调蓄池运行规则进行整体控制优化,发现优化后的规则均优于初始开启规则,并且把调蓄池作为一个整体进行优化的调控机制也优于单独优化的局部调控机制。其中整体控制优化后的地表积水量相较于原始运行规则,地表积水量分别削减了 7.97%、10.55%、12.42%、7.34%和7.00%。

关键词：雨水调蓄池水文水动力模型优化算法机器学习算法

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太子河观—葠河段水质改善调控技术研究

太子河观—葠河段水质改善调控技术研究

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作者：杨洵大连理工大学

学位级别：硕士

太子河流域是东北老工业基地,用水消耗大,排污量也大,同时由于太子河干流修筑了多处水库、闸坝,枯水期时常发生断流现象,造成太子河下游水质严重污染,水环境恶化,已经严重影响到了流域内城市居民的生活质量,制约了当地社会经济的发展。... 详细信息

太子河流域是东北老工业基地,用水消耗大,排污量也大,同时由于太子河干流修筑了多处水库、闸坝,枯水期时常发生断流现象,造成太子河下游水质严重污染,水环境恶化,已经严重影响到了流域内城市居民的生活质量,制约了当地社会经济的发展。因此,为了改善这一现状,本文选择太子河干流观音阁水库-葠窝水库河段为研究对象,建立了流域水文模型和河道水动力模型、水质模型,进行了水质水量联合调度的研究。本文的主要研究内容和成果如下： (1)以MIKE 11软件为求解工具,首先建立研究河段的降雨径流模拟模型,采用多年的历史径流资料进行模型参数率定；然后建立研究河段的水动力学模型,与水文模型耦合,率定河道糙率系数；并进行了参数取值合理性分析；水文水动力模型的模拟结果对实测数据拟合较好,所得模型参数能较好地反映流域的产汇流特征和河道的水流演进过程。 (2)基于水文水动力模型,建立了水质模型,模拟确定污染物衰减系数和河道扩散系数。利用建立的水量水质模型进行了现状年的水质模拟,对各水功能区水环境容量进行了计算和评价,重点分析了枯水期的水环境容量。计算结果表明,以研究河段下游葠窝水库入库断面白石砬子为控制断面的排污控制区污染严重,枯水期水质为劣V类,水环境容量超过限值。通过分析指出河道径流量是制约枯水期水质提高的重要原因,适度增加河道水量可降低污染物浓度,提高水体自净容量和稀释容量。 (3)进行了严重污染河段闸坝联合调度方案的研究,指出闸坝对河道水量的调节作用有限；从而研究观音阁水库与闸坝调度方式,联合调度结果表明,充分运用了水利工程的调控作用,水质仍未达标；在这种情况下考虑了控源,最终重度污染河段主要有机污染物COD和NH3-N达到了水功能区Ⅳ类水的水质目标,水环境容量显著增加。因此,增大枯水期水库下泄水量和控制排污量是改善研究河段水环境的关键环节。最后对全文作以总结,并对有待进一步研究的问题进行了展望。

关键词：闸坝联合调度水环境容量水文水动力模型水质模型

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黄土区典型流域生态建设治理对洪水动力过程的影响机理

黄土区典型流域生态建设治理对洪水动力过程的影响机理

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作者：辛涛西安理工大学

学位级别：硕士

黄土高原严重的水土流失导致当地生态环境不断恶化并制约着农业生产和社会经济发展。监测与研究表明,过去30多年是近一个世纪以来黄土高原下垫面变化最大的时期。退耕还林（草）、坡改梯、淤地坝等综合治理措施的实施使黄土高原水土流... 详细信息

黄土高原严重的水土流失导致当地生态环境不断恶化并制约着农业生产和社会经济发展。监测与研究表明,过去30多年是近一个世纪以来黄土高原下垫面变化最大的时期。退耕还林（草）、坡改梯、淤地坝等综合治理措施的实施使黄土高原水土流失环境发生了巨大变化,区域生态环境得到显著改善。深入研究生态建设治理下流域暴雨洪水演变规律是新时期黄河流域高质量发展问题的一个着力点,阐明淤地坝、土地利用变化等生态建设治理措施对流域洪水过程的调节作用,对深入揭示生态建设治理对洪水动力过程的影响机理具有重要意义。本研究以黄土高原典型生态建设治理流域韭园沟为研究对象,通过野外调研和实地观测等手段,结合数值模型模拟等方法,分析了生态建设治理流域暴雨洪水的演变特征,研究了淤地坝系布局对流域洪水过程的影响作用,量化了淤地坝数量和位置对流域洪水动力过程的调节规律,阐明了淤地坝系调峰泄洪及其拦沙减蚀作用机制,确定基于极端土地利用变化与洪水过程的响应关系。本研究得到以下主要结论:（1）研究了生态建设治理措施下的流域暴雨洪水演变规律,确定了气候变化和下垫面改变是暴雨洪水变化的主要驱动因子。采用Mann-Kendall检验等方法对韭园沟流域的年内最大暴雨洪水要素进行趋势分析,结果表明洪峰流量、次洪径流深和输沙量序列均呈现减小趋势,其中输沙量趋势变化最为显著,从上世纪60年代的均值530 kg/m3,下降到2000年代的均值129 kg/m3,下降了 75.5%,径流深的变化趋势不显著。影响流域水沙变化的因素有两方面,即气候因子和下垫面因子。其中下垫面因子起主导作用,水土保持措施在洪峰流量中作用权重显着大于土地利用。（2）揭示了淤地坝系布局对流域洪水过程的影响,量化了淤地坝数量和位置对流域洪水动力过程的调节作用。淤地坝系建设显著减小了流域洪水的洪峰流量和洪水总量,增加了洪水历时,而且对洪水的削峰滞洪作用大于拦蓄作用。洪峰削减率、洪量削减率和洪水历时增加率均随淤地坝数量呈线性增加趋势,且淤地坝系对洪峰消减率的线性响应最好;淤地坝系建设使不同重现期暴雨条件下洪峰流量平均减少67.78%,洪水总量平均减少21.15%,洪水历时平均延长172.97%;随着淤地坝数量增加,洪峰流量、平均流量和流量的变异系数均呈减小趋势,淤地坝不仅减弱了洪水,而且使洪水过程更加平稳。淤地坝系降低了流域的径流流速,建坝后的流域平均流速减小54%,峰值平均减小58.56%,且对较小重现期的径流流速影响更大。当重现期增加时,剪切力和径流侵蚀功率也会相应增强,淤地坝的建设使得流域中下游的侵蚀功率强度大幅降低,有效地抑制了沟道泥沙的流失。（3）阐明了淤地坝系调峰泄洪及其减蚀作用机制,确定了极端土地利用变化格局与流域洪水响应关系。淤地坝系及其坝后泥沙淤积引起的地形变化均显著减弱了沟道洪水动力过程,增加了流域对径流的调蓄能力,改变了流域的汇流过程。坝前坝后的流速和水位都呈现突降趋势,显著减弱了洪水的强度,具有较高的泥沙拦截作用。通过极端土地利用情境设置,研究发现土地利用的变化对于洪水过程具有显著的影响:耕地和居住用地的增加会增强洪峰的强度,居住用地的洪峰平均增加率达34.5%;相反地,林地和草地的增加能够减弱洪峰,林地和草地减弱程度分别为13.46%和8.26%。此外,林地和草地在减弱洪量也有较好的作用,分别平均降幅8.18%和11.27%。

关键词：淤地坝系生态建设暴雨洪水过程水文水动力模型土地利用黄土高原

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耦合低影响开发作用的城市雨洪过程数值模型研究

耦合低影响开发作用的城市雨洪过程数值模型研究

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作者：刘菲菲西安理工大学

学位级别：硕士

全球气候变化及城市化进程加快等因素下造成的洪涝灾害日益频发，所导致的人民生命财产安全问题也越来越突出。为做好城市洪涝灾害预警预报、风险评估及应急管理的工作，同时考虑海绵城市建设大背景下低影响开发作用综合效果，本文开发... 详细信息

全球气候变化及城市化进程加快等因素下造成的洪涝灾害日益频发，所导致的人民生命财产安全问题也越来越突出。为做好城市洪涝灾害预警预报、风险评估及应急管理的工作，同时考虑海绵城市建设大背景下低影响开发作用综合效果，本文开发了一套耦合了低影响开发作用的城市雨洪过程数值模型。本文瞄准已有水文学模型和水动力学模型的不足，系统介绍了一套耦合了低影响开发作用的基于动力波法的水文水动力数值模型，详细考虑了各类水文过程包括渗透、植物截留、蒸腾蒸发和汇流演进等过程;汇流及洪水演进过程通过求解二维浅水方程来计算，主要采用Godunov格式的有限体积法;管道流量采用有限差分法求解扩散波方程进行计算：同时该模型考虑了包括生物滞留设施、透水铺装在内的低影响开发措施，可有效应用于普通城市及海绵城市建设过程中的规划设计阶段、运维管理阶段及效果评估阶段。　　在LID模拟计算时，充分考虑各项措施径流调节的水动力过程，包括LID单体及LID单体单元化的计算及LID作用与雨洪过程耦合计算，较传统水文模型的非线性水库法计算精度更高，计算过程更为合理。对于生物滞留措施的模拟计算，LID单体精细化模拟采用高精度地形数据，措施内微地形包括进出口堰均可在地形体现，同时采用基于水量平衡的内边界处理方法计算过堰水流;LID单体单元化及耦合了LID作用的城市雨洪模型，通过搭建研究区域管网模型，采集各单项措施物理、几何参数并将其在对应的管网节点内进行描述及概化计算;透水铺装的模拟通过增加相应区域的下渗率实现。选取四个算例，两个单体雨水花园、一个雨水花园单元化、一个小区尺度LID雨洪过程对耦合模型的准确性及稳定性进行验证。各算例水量及流量模拟过程与实测数据吻合较好，均方根误差均小于模拟值标准偏差的一半，表明该耦合模型不论在高精度复杂地形还是在实际城市下垫面条件下均具有较好的稳定性和计算精度。同时将耦合模型与SWMM模型进行了比较，计算方法及模拟结果精度均有较高优势。故该耦合模型可可靠应用于海绵城市雨洪过程模拟研究。

关键词：城市雨洪过程低影响开发水文水动力模型二维浅水方程有限差分法

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