城市洪澇致災(zāi)機理與模擬方法

目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 城市洪澇的概化模型試驗 3
1.2.2 城市洪澇的數(shù)值模擬技術(shù) 5
1.2.3 城市洪澇風險評估方法 9
1.3 本書的主要內(nèi)容 10
第2章 城市洪澇災(zāi)害成因與減災(zāi)對策 13
2.1 城市洪澇的外部環(huán)境變化特點 13
2.1.1 暴雨時空變化 13
2.1.2 臺風與風暴潮 14
2.1.3 海平面上升 15
2.2 城市洪澇的內(nèi)部環(huán)境變化特點 16
2.2.1 城市下墊面改變 16
2.2.2 城市熱島與雨島效應(yīng) 17
2.2.3 城市河網(wǎng)水系改變 17
2.3 城市洪澇致災(zāi)的成因 18
2.3.1 洪澇致災(zāi)因子變化 18
2.3.2 城市孕災(zāi)環(huán)境變化 19
2.3.3 承災(zāi)體與防災(zāi)能力變化 19
2.4 城市洪澇的減災(zāi)對策 20
2.4.1 開展洪澇過程的基礎(chǔ)理論研究 20
2.4.2 加強城市排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 20
2.4.3 完善洪澇預(yù)報預(yù)警及防災(zāi)管理體系 21
2.5 本章小結(jié) 22
第3章 地表徑流與地下管流的流量交互機理 25
3.1 雨水口泄流能力的概化水槽試驗 25
3.1.1 試驗裝置介紹 25
3.1.2 試驗工況設(shè)計 26
3.1.3 試驗現(xiàn)象及結(jié)果 27
3.2 雨水口不同堵塞情況下的泄流能力計算公式 28
3.2.1 堰流及管嘴流模式下確定雨水口泄流能力的公式 29
3.2.2 量綱分析法確定雨水口泄流能力的公式 30
3.2.3 與現(xiàn)行雨水口泄流能力參考值的比較 32
3.2.4 與其他水槽試驗結(jié)果的比較 33
3.3 考慮堵塞影響的雨水口泄流能力計算公式 34
3.3.1 雨水口堵塞時試驗工況設(shè)計 34
3.3.2 雨水口堵塞時泄流現(xiàn)象與結(jié)果 35
3.3.3 雨水口泄流能力計算公式 36
3.4 雨水口溢流條件下的過流特征 41
3.4.1 雨水口溢流試驗工況設(shè)計 41
3.4.2 溢流試驗現(xiàn)象及結(jié)果 42
3.4.3 雨水口溢流時的流量計算公式 43
3.5 本章小結(jié) 44
第4章 洪水作用下人體失穩(wěn)機理及判別標準 45
4.1 洪水中人體失穩(wěn)研究現(xiàn)狀 45
4.1.1 洪水中人體失穩(wěn)的水槽試驗 45
4.1.2 洪水中人體失穩(wěn)的受力分析 48
4.1.3 基于水槽試驗與力學分析的失穩(wěn)計算方法 49
4.2 基于流速和水深的人體失穩(wěn)經(jīng)驗判別標準 50
4.3 基于力學過程的洪水中人體失穩(wěn)機制及判別方法 53
4.3.1 平地上洪水中人體滑移失穩(wěn)與跌倒失穩(wěn)公式 53
4.3.2 斜坡上洪水中人體跌倒失穩(wěn)公式 63
4.4 本章小結(jié) 67
第5章 洪水作用下車輛失穩(wěn)機理及判別標準 69
5.1 洪水中車輛失穩(wěn)研究現(xiàn)狀 69
5.1.1 洪水中車輛損失情況綜述 69
5.1.2 洪水中車輛失穩(wěn)的主要機制與研究方法 70
5.2 洪水中車輛失穩(wěn)的力學機理與水槽模型試驗 71
5.2.1 洪水作用下的車輛受力分析 71
5.2.2 起動流速公式推導 73
5.2.3 洪水作用下車輛失穩(wěn)的水槽模型試驗 73
5.3 洪水中車輛的滑移速度及其撞擊力試驗 80
5.3.1 洪水中車輛的滑移速度及*大撞擊力公式 81
5.3.2 概化水槽試驗及參數(shù)率定 82
5.4 本章小結(jié) 87
第6章 城市排水管網(wǎng)流動的水動力學模擬方法 89
6.1 基于有限差分法的管網(wǎng)流動水動力學模型 89
6.1.1 一維地下管流的控制方程 90
6.1.2 數(shù)值求解方法 91
6.2 基于有限體積法的管網(wǎng)流動水動力學模型 92
6.2.1 基于TPA的一維地下管流控制方程 92
6.2.2 數(shù)值求解方法 93
6.2.3 管網(wǎng)中的節(jié)點處理 94
6.3 一維管網(wǎng)流動模型的驗證 97
6.3.1 多管道水流演進算例 97
6.3.2 環(huán)狀管網(wǎng)流動算例 99
6.4 本章小結(jié) 101
第7章 城市洪澇地表徑流過程的水動力學模擬方法 103
7.1 控制方程 103
7.2 數(shù)值解法 104
7.2.1 數(shù)值離散方法 104
7.2.2 界面通量的求解方法 105
7.2.3 底坡源項的處理方法 106
7.2.4 摩阻源項的處理方法 108
7.2.5 下滲項的計算方法 109
7.2.6 邊界條件設(shè)置 109
7.3 二維地表徑流模型的計算精度驗證 110
7.3.1 降雨徑流算例 110
7.3.2 城市街區(qū)洪水演進算例 112
7.3.3 極端暴雨下典型城市街區(qū)的洪澇過程模擬 115
7.4 本章小結(jié) 118
第8章 城市洪澇全過程水動力學模型的構(gòu)建與驗證 119
8.1 地表徑流與地下管流耦合模型的總體結(jié)構(gòu) 119
8.2 地表徑流與地下管流的交互模塊 121
8.3 城市洪澇全過程水動力學模型的并行加速方法 122
8.3.1 MPI-OpenMP混合并行方法 122
8.3.2 網(wǎng)格分區(qū)與并行方法 123
8.4 基于概化水槽試驗結(jié)果的耦合模型驗證 124
8.4.1 街區(qū)洪水演進概化水槽試驗概況 124
8.4.2 模擬與實測結(jié)果 126
8.5 模型參數(shù)敏感性分析及不確定性分析 128
8.5.1 基于擴展傅里葉振幅敏感性檢驗法的參數(shù)全局敏感性分析 128
8.5.2 基于普適似然不確定性分析方法的參數(shù)不確定性分析 130
8.5.3 明渠流條件下的參數(shù)敏感性與不確定性分析 130
8.5.4 管道超載工況下的參數(shù)敏感性與不確定性分析 136
8.6 本章小結(jié) 139
第9章 城市洪澇風險評估方法及其應(yīng)用 141
9.1 城市洪澇風險評估方法綜述 141
9.1.1 歷史災(zāi)情評估法 141
9.1.2 遙感影像評估法 142
9.1.3 指標體系評估法 142
9.1.4 情景模擬評估法 143
9.2 基于歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)的洪澇風險評估方法的應(yīng)用 144
9.2.1 洪澇災(zāi)情評估值的計算方法 144
9.2.2 洪澇災(zāi)害損失變化特征 145
9.2.3 洪澇災(zāi)害等級變化特征 145
9.3 基于水動力學模擬結(jié)果的洪澇風險評估方法的應(yīng)用 145
9.3.1 評估對象脆弱性的計算方法 146
9.3.2 評估對象暴露度判別方法 150
9.3.3 洪澇風險等級計算方法 151
9.3.4 洪澇風險評估實例：不同頻率下的英國博斯卡斯爾洪水過程 152
9.4 本章小結(jié) 154
第10章 城市洪澇全過程模擬與風險評估耦合模型及其應(yīng)用 155
10.1 城市洪澇全過程模擬與風險評估耦合模型 155
10.2 國外典型街區(qū)的洪澇過程模擬與風險評估 156
10.2.1 街區(qū)概況 156
10.2.2 模型計算工程文件設(shè)置 157
10.2.3 模擬結(jié)果分析 158
10.2.4 排水系統(tǒng)泄流對地表洪澇過程的影響 160
10.2.5 排水系統(tǒng)泄流對洪澇風險的影響 162
10.3 國內(nèi)典型街區(qū)的洪澇過程模擬與風險評估 165
10.3.1 研究區(qū)域概況 165
10.3.2 模型計算工程文件構(gòu)建 167
10.3.3 武漢港西排水片區(qū)洪澇模型驗證 170
10.3.4 不同降雨情景下港西排水片區(qū)的洪澇過程模擬 172
10.3.5 不同降雨情景下港西排水片區(qū)的洪澇風險評估 185
10.4 本章小結(jié) 198
參考文獻 200