基于MIKE FLOOD的城市排水系统模拟方法研究

论文摘要

排水管网系统是城市的重要基础设施之一，担负着收集和排除雨水，生活污水和工业废水的职责。随着社会的经济的不断发展，排水管网系统能否正常发挥作用显得日益重要，同时，社会经济的发展也给排水管网系统不断提出新的挑战。我国城市排水管网的设计重现期一般为0.5年到3年。超过这个标准的降雨事件就极可能造成城市的内涝灾害。在城市化的快速进程和气候变化的不确定性的背景下，一方面，城市的不渗透表面的比率不断增加，另一方面，特大降雨事件发生的频率也在增加，这就导致了内涝灾害的加剧。防治城市内涝灾害的关键在于对其进行准确全面的模拟，通过分析各种工况下城市排水系统的表现，内涝积水的过程和分布，为决策和工程设计提供科学的信息支持。一般的城市排水管网系统模拟软件仅能对管网内部的一维水流过程进行模拟，但不能模拟发生内涝时的城市地表的积水情况与过程，因而难以进一步评价内涝对城市地表产生的影响。与一般的城市排水管网系统建模软件不同的是，Mike Flood集成了一维管网系统的模块（Mike Urban CS）和二维地表漫流的模块（Mike21），能够将城市地下排水管网和地表漫流的水流过程耦合起来，从而更全面的反应城市内涝情况，为防涝体系的构建提供技术支持。本文在阐述了城市排水管网模拟的水力学理论的基础上，介绍了Mike Flood软件的特点，论述了排水管网建模的具体过程，并结合B市Y区雨水排水系统模拟研究以及B市A区雨水排水系统内涝模拟研究等具体研究实例对MikeFlood的应用作了具体阐述和分析。最后，针对城市内涝灾害的防治，本文引出了可持续排水系统的理论，提出了雨水回收利用的方法，以促进城市雨洪综合管理，供后续研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外关于城市内涝灾害的研究现状
• 1.3 城市内涝灾害的成因分析
• 1.4 城市内涝灾害应对分析
• 1.5 排水管网系统水力模型软件介绍
• 1.5.1 SWMM 模型
• 1.5.2 MOUSE 模型
• 1.5.3 InfoWorks CS 模型
• 1.6 课题的来源和内容
• 第2章 排水管网系统水力数值模拟理论
• 2.1 计算水力学的非恒定流理论
• 2.1.1 排水管网水力学特性
• 2.1.2 圣·维南方程组及其求解
• 2.1.3 一维渐变浅水流的数值模拟
• 2.2 水信息学介绍
• 2.2.1 水信息学学科的确立
• 2.2.2 水信息学的发展
• 2.3 地理信息系统在城市排水系统模拟中的应用
• 2.4 本章小结
• 第3章 MIKE FLOOD 洪水模拟软件介绍
• 3.1 Mike Flood 功能简介
• 3.2 MIKE FLOOD 的主要应用
• 3.3 本章小结
• 第4章 应用 MIKE FLOOD 软件建立耦合模型的步骤
• 4.1 一维城市排水管网系统模型的建立
• 4.1.1 降雨径流模型的建立
• 4.1.2 管网水力模型的建立
• 4.1.3 排水管网系统模型的校核和运行
• 4.2 二维城市地表漫流模型的建立
• 4.2.1 创建二维网格
• 4.2.2 Mike 21 模型运行设置
• 4.3 管网模型与地表漫流模型的耦合
• 4.4 本章小结
• 第5章 B 市 Y 区雨水排水系统 MIKE FLOOD 建模研究
• 5.1 项目背景
• 5.1.1 Y 城区地理水文经济概况
• 5.1.2 Y 城区雨水排水系统现状
• 5.2 模型数据的准备
• 5.2.1 Y 城区雨水管网信息的整理和转化
• 5.2.2 Y 城区 DEM 高程数据的整理
• 5.3 Y 城区 Mike Flood 雨水系统模型建立与模拟分析
• 5.3.1 模型参数的确定
• 5.3.2 各个工况下的模型运行及分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 B 市 A 区 MIKE FLOOD 雨水系统模型研究
• 6.1 研究课题概述
• 6.2 B 市 A 区雨水系统简析
• 6.3 A 区 Mike Flood 雨水系统耦合模型的构建
• 6.3.1 雨水系统数据库的创建
• 6.3.2 在 Mike Flood 中构建 A 区雨水系统模型
• 6.4 抗灾标准工况模拟及分析
• 6.4.1 构建所需模拟工况的雨型
• 6.4.2 A 区雨水系统内涝灾害建模分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 关于内涝灾害解决方案的探讨
• 7.1 可持续排水系统的提出
• 7.2 可持续排水系统的特点
• 7.3 雨洪利用在可持续排水系统中的应用
• 7.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表的学术论文
• 致谢