城市洪澇致災(zāi)機(jī)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(yàn) 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(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(duì)策 13
2.1 城市洪澇的外部環(huán)境變化特點(diǎn) 13
2.1.1 暴雨時(shí)空變化 13
2.1.2 臺(tái)風(fēng)與風(fēng)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(diǎn) 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(duì)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(qiáng)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(bào)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(jī)理 25
3.1 雨水口泄流能力的概化水槽試驗(yàn) 25
3.1.1 試驗(yàn)裝置介紹 25
3.1.2 試驗(yàn)工況設(shè)計(jì) 26
3.1.3 試驗(yàn)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(jì)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(yàn)結(jié)果的比較 33
3.3 考慮堵塞影響的雨水口泄流能力計(jì)算公式 34
3.3.1 雨水口堵塞時(shí)試驗(yàn)工況設(shè)計(jì) 34
3.3.2 雨水口堵塞時(shí)泄流現(xiàn)象與結(jié)果 35
3.3.3 雨水口泄流能力計(jì)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(yàn)工況設(shè)計(jì) 41
3.4.2 溢流試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果 42
3.4.3 雨水口溢流時(shí)的流量計(jì)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(jī)理及判別標(biāo)準(zhǔn) 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(yàn) 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(yàn)與力學(xué)分析的失穩(wěn)計(jì)算方法 49
4.2 基于流速和水深的人體失穩(wěn)經(jīng)驗(yàn)判別標(biāo)準(zhǔn) 50
4.3 基于力學(xué)過程的洪水中人體失穩(wěn)機(jī)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(jī)理及判別標(biāo)準(zhǔn) 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(jī)制與研究方法 70
5.2 洪水中車輛失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)理與水槽模型試驗(yàn) 71
5.2.1 洪水作用下的車輛受力分析 71
5.2.2 起動(dòng)流速公式推導(dǎo) 73
5.2.3 洪水作用下車輛失穩(wěn)的水槽模型試驗(yàn) 73
5.3 洪水中車輛的滑移速度及其撞擊力試驗(yàn) 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(yàn)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(dòng)的水動(dòng)力學(xué)模擬方法 89
6.1 基于有限差分法的管網(wǎng)流動(dòng)水動(dòng)力學(xué)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(dòng)水動(dòng)力學(xué)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(diǎn)處理 94
6.3 一維管網(wǎng)流動(dòng)模型的驗(yàn)證 97
6.3.1 多管道水流演進(jìn)算例 97
6.3.2 環(huán)狀管網(wǎng)流動(dòng)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(dòng)力學(xué)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(xiàng)的處理方法 106
7.2.4 摩阻源項(xiàng)的處理方法 108
7.2.5 下滲項(xiàng)的計(jì)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(jì)算精度驗(yàn)證 110
7.3.1 降雨徑流算例 110
7.3.2 城市街區(qū)洪水演進(jìn)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(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建與驗(yàn)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(dòng)力學(xué)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(yàn)結(jié)果的耦合模型驗(yàn)證 124
8.4.1 街區(qū)洪水演進(jìn)概化水槽試驗(yàn)概況 124
8.4.2 模擬與實(shí)測(cè)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(kuò)展傅里葉振幅敏感性檢驗(yàn)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法及其應(yīng)用 141
9.1 城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法綜述 141
9.1.1 歷史災(zāi)情評(píng)估法 141
9.1.2 遙感影像評(píng)估法 142
9.1.3 指標(biāo)體系評(píng)估法 142
9.1.4 情景模擬評(píng)估法 143
9.2 基于歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)的洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的應(yīng)用 144
9.2.1 洪澇災(zāi)情評(píng)估值的計(jì)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(jí)變化特征 145
9.3 基于水動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果的洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的應(yīng)用 145
9.3.1 評(píng)估對(duì)象脆弱性的計(jì)算方法 146
9.3.2 評(píng)估對(duì)象暴露度判別方法 150
9.3.3 洪澇風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算方法 151
9.3.4 洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例：不同頻率下的英國(guó)博斯卡斯?fàn)柡樗^程 152
9.4 本章小結(jié) 154
第10章 城市洪澇全過程模擬與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估耦合模型及其應(yīng)用 155
10.1 城市洪澇全過程模擬與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估耦合模型 155
10.2 國(guó)外典型街區(qū)的洪澇過程模擬與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 156
10.2.1 街區(qū)概況 156
10.2.2 模型計(jì)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(duì)地表洪澇過程的影響 160
10.2.5 排水系統(tǒng)泄流對(duì)洪澇風(fēng)險(xiǎn)的影響 162
10.3 國(guó)內(nèi)典型街區(qū)的洪澇過程模擬與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 165
10.3.1 研究區(qū)域概況 165
10.3.2 模型計(jì)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(yàn)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 185
10.4 本章小結(jié) 198
參考文獻(xiàn) 200