城区雨水利用及防洪模拟计算研究

论文摘要

随着城市化的不断发展,城市的水问题日益突出:一方面城市对水资源的需求越来越大,现有的水资源已不能满足城市发展的需要;另一方面,随着城市下垫面的改变,城区在汛期易于积水,城市洪水成为影响城市发展的重要因素。实践表明,城市雨水利用是解决这对矛盾的有效途径之一。本文以北京市奥林匹克公园为研究区,针对城市雨水利用研究了以下几个主要问题:(1)针对城市水资源短缺的情况,本文研究了使用蓄水池和下沉式绿地两种雨水利用措施的情况下,不同的降雨水平年在不同雨水资源利用方案下的雨水利用潜力。计算显示,在研究区雨水利用措施配置情况下,能够利用5年一遇以下的大部分雨水。雨水利用量与用水方案的关系比较密切,日用水量越大,蓄水池发生弃水的情况越少,总体利用的水量就越大。(2)针对城市防洪的情况,本文研究了不同的雨水利用措施对城市洪水的影响,其中包括洪峰、洪峰出现的时间、指定位置的地表积水以及超过某一深度的积水面积。本文还研究了蓄水池作为削减洪峰工具时起到的作用。研究显示,雨水利用措施在削减城市洪水方面起了比较大的作用,在研究区的雨水利用措施配置情况下,蓄水池的作用比较明显。(3)针对城市洪水预报问题,本文在使用水文模型计算的大量数据基础上,研究了基于神经网络的城市洪水预报。通过输入降雨最大雨强、最大雨强时间、总降雨量和前期土壤含水率可以直接预测城市洪水的洪峰、峰现时间、指定点最大积水深和超过某一深度的积水面积。研究表明,通过神经网络方法进行城市洪水预报,具有比较好的精度,可以成为防洪决策的可靠参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 城市水文模型
• 1.2.2 城市雨水利用实用技术
• 1.3 论文的主要研究内容
• 1.4 研究区概况
• 1.4.1 研究区的选择
• 1.4.2 奥林匹克公园的基本资料
• 1.5 本章小结
• 第2章 基于HYDRUS 改进模型的城市雨水利用分析计算
• 2.1 概述
• 2.1.1 研究区内雨水利用措施
• 2.1.2 计算典型年选择
• 2.2 改进 HYDRUS 模型介绍
• 2.2.1 HYDRUS 模型介绍
• 2.2.2 HYDRUS 模型的改进
• 2.3 雨水利用量计算方法介绍
• 2.3.1 蓄水池利用雨水量计算
• 2.3.2 绿地利用雨水量计算
• 2.4 雨水利用潜力计算
• 2.5 确定合理的雨水使用方案
• 2.6 蓄水池与绿地雨水利用作用对比分析
• 2.7 现有雨水利用措施下雨水利用率分析
• 2.8 本章小结
• 第3章 基于SSFM 模型的城市雨洪模拟计算
• 3.1 概述
• 3.1.1 研究区概况
• 3.1.2 计算方案选择
• 3.2 模型基本原理
• 3.2.1 地表汇流
• 3.2.2 地表汇流基本方程的差分格式
• 3.2.3 研究区的概化及离散
• 3.2.4 管（河）网流动
• 3.2.5 河（管）网的概化及离散
• 3.2.6 时间步长的选择
• 3.2.7 漫堤计算
• 3.2.8 河道不规则断面水力参数的计算
• 3.2.9 河道闸堰的处理
• 3.2.10 过河桥梁的处理
• 3.2.11 明满流过度的处理
• 3.2.12 边界条件和源汇项的处理
• 3.2.13 地表水流和管流的水力联系
• 3.3 计算结果及分析
• 3.3.1 小雨情况雨水利用措施对城市洪水的影响
• 3.3.2 从城市防洪角度分析10 年一遇和50 年一遇的情况
• 3.3.3 蓄水池容积变为现有1.5 倍时对城市洪水的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于神经网络的城区洪水预报
• 4.1 概述
• 4.2 神经网络基本理论
• 4.2.1 人工神经网络理论发展概况简述
• 4.2.2 人工神经网络的基本原理
• 4.3 计算方案设计
• 4.3.1 模型的构造
• 4.3.2 用MATLAB 训练神经网络
• 4.4 结果及分析
• 4.4.1 训练结果
• 4.4.2 拟合误差
• 4.4.3 网络泛化性
• 4.5 神经网络在实际预测中的应用
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 存在的问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果