降雨空间分辨率对洪涝过程的影响模拟研究

作     者：乔贤玲 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：侯精明

授予年度：2024年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 07[理学] 08[工学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：降雨空间分辨率 城市内涝 流域洪水 反距离权重法 高效高精度洪涝模型 

摘      要：当前全球气候变化及城市化建设引起大气、水文循环等发生变化,不均匀强降雨事件频发,而降雨事件是洪涝灾害的主要影响因素之一,降雨空间分布及其分辨率对洪涝过程的影响显著,若忽视其影响,将对防洪减灾工作的准确性产生较大影响,进一步加剧洪涝灾害损失。因此,本文采用高效高精度洪涝模型研究不同降雨空间分辨率对城市内涝及流域洪水的影响,并通过影响规律探究模型适宜输入的降雨空间分辨率,得到的主要成果如下: (1)针对城市片区搭建耦合城市地下排水管网的高效高精度洪涝模型,通过实测降雨及典型积水点淹没水深验证模型,计算得到五处积水点模拟相对误差不超过10%,说明模型可用于模拟城市内涝;针对流域搭建高效高精度洪涝模型,通过实测降雨及罗李村水文站断面实测流量验证模型,计算纳什系数为0.983,说明模型适用于模拟流域洪水。 (2)城市区域选取西安市小寨片区开展研究,运用反距离权重法插值处理三场实测降雨与四场设计降雨共七种降雨情景分别得到0.05km、0.1km、0.2km、0.5km、lkm、2km、4km七种降雨空间分辨率,共49种工况分别驱动耦合城市地下排水管网的高效高精度洪涝模型,分析降雨空间分辨率变化对城市内涝的影响规律及适宜降雨空间分辨率。得到随着降雨空间分辨率逐渐降低,积水水量估计偏差、峰值积水面积、最大淹没水深均会逐渐增大,引起积水水量、峰值积水面积与最大淹没水深的高估现象;0.5km降雨空间分辨率对应的积水水量平均估计偏差、峰值积水面积变化量、最大淹没水深变化量均为最小;0.5km降雨空间分辨率为模型的适宜降雨空间分辨率,超过或低于该降雨空间分辨率均会增大变化量。降雨中心在北部(降雨情景4)的积水水量平均估计偏差最大,降雨中心在南部(降雨情景6)对应的内涝淹没情况最严重,内涝淹没程度与降雨强度匹配,降雨强度越大内涝淹没情况越严重;地形因素直接影响积水点水深情况。 (3)降雨空间分辨率对流域洪水的影响选取西安市蓝田县开展研究,运用反距离权重法插值分别处理三场实测降雨与降雨中心在上中下游的三场设计降雨,得到六种降雨情景的五种降雨空间分辨率lkm、2km、3km、4km、5km的降雨分布情况,并引入累计面平均降雨量AVP及变差系数CV评估降雨空间分布均匀程度。得到随着降雨空间分辨率逐渐降低,累计面平均降雨量AVP逐渐增大,变差系数CV逐渐降低。用30种工况分别驱动高效高精度洪涝模型,统计断面流量、峰值流量、总洪量、峰现时间分析降雨空间分辨率变化对流域洪水的影响,得出随着降雨空间分辨率逐渐降低断面流量变化范围逐渐增大;不同降雨空间分辨率模拟得到的峰值流量排列顺序为4km、lkm、2km、3km、5km,4km降雨空间分辨率模拟结果最大,5km降雨空间分辨率模拟结果最小;总洪量排列顺序为lkm、4km、2km、3km、5km,lkm降雨空间分辨率模拟结果最小,5km降雨空间分辨率模拟结果最大;降雨空间分布变均匀会引起峰值流量降低、总洪量增大的现象;4km空间分辨率处断面流量平均变化范围、峰值流量变化量、总洪量变化量均最小。4km空间分辨率降雨为流域上高效高精度洪涝模型的适宜降雨空间分辨率。降雨中心在下游时(情景6)断面峰值流量、总洪量均为最大,需格外关注该情形。降雨空间分辨率变化不会引起峰现时间变化,峰现时间只与降雨峰值时间相关。