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第1章 绪论1

1.1 研究的目的意义1

1.2 暴雨内涝成因研究进展4

1.3 城市雨洪模拟技术研究进展5

1.3.1 城市雨洪产汇流计算方法5

1.3.2 城市雨洪模型建模方法7

1.3.3 代表性城市雨洪模型评述9

1.3.4 城市雨洪模拟基础数据收集与管理11

1.4 研究展望12

第2章 济南城市暴雨洪水形成影响因子分析13

2.1 济南市概况13

2.1.1 自然地理13

2.1.2 暴雨洪水特性13

2.1.3 河流水系15

2.2 济南城市暴雨洪涝灾害成因17

2.2.1 城市发展概况17

2.2.2 特殊的地形条件18

2.2.3 暴雨时空变化规律18

2.2.4 城区河道特征18

2.2.5 马路行洪19

2.3 济南城市化对汛期降雨特征的影响19

2.3.1 基本资料20

2.3.2 济南城区汛期降雨量特征分析20

2.3.3 济南城、郊同期汛期降雨特征分析22

2.3.4 城市化对汛期不同降雨强度等级的影响25

2.4 济南城市化对洪水的影响26

2.4.1 城市化对洪水影响的影响因子26

2.4.2 济南市城市化对洪水影响特征分析27

2.4.3 年最大1d降雨量和年最大洪峰流量28

2.4.4 多场次暴雨洪水比较29

2.5 小结30

第3章 珠三角地区城市暴雨内涝成因31

3.1 自然因素31

3.1.1 强降雨31

3.1.2 外江洪水及潮水顶托32

3.2 人为因素32

3.2.1 热岛效应对城区气候的影响32

3.2.2 城市扩张改变水文产汇流规律33

3.2.3 排水排涝标准不衔接33

3.2.4 排水系统维护不到位34

3.3 珠三角地区短历时强降雨序列特征分析34

3.3.1 研究区域内涝概况35

3.3.2 短历时暴雨特征分析36

3.4 珠三角地区短历时降雨与潮位组合的内涝风险分析48

3.4.1 雨潮联合分布函数构建49

3.4.2 雨潮组合风险概率模型57

3.5 小结64

第4章 SWMM模型65

4.1 SWMM模型概述65

4.1.1 模型结构65

4.1.2 模型功能65

4.2 SWMM模型构建原理66

4.2.1 地表产汇流计算67

4.2.2 流量传输计算69

4.2.3 地表积水模拟71

4.3 SWMM模型模拟能力及精度验证72

4.3.1 降雨产汇流模拟72

4.3.2 明满过渡流模拟75

4.3.3 大坡度情况下管道水力模拟75

4.3.4 有回水情况下管网水力模拟77

4.3.5 双层排水系统模拟78

4.4 下垫面离散程度及模型参数对模拟结果的影响82

4.4.1 子汇水区划分对模型模拟结果的影响82

4.4.2 模型参数对模拟结果的影响83

4.5 地理空间数据库与地图建立86

4.5.1 地理空间数据库组成86

4.5.2 地理空间数据库设计原则87

4.5.3 系统数据库设计方案88

4.5.4 地图设计92

4.6 SWMM模型与ArcGIS平台集成92

4.6.1 SWMM模型与ArcGIS的集成方式92

4.6.2 SWMM模型与ArcGIS平台的集成框架93

4.7 基于SWMM的济南城市雨洪模型构建95

4.7.1 流域下垫面信息提取及概化96

4.7.2 流域降雨径流资料选取及预处理102

4.7.3 模型参数取值预估102

4.7.4 基于GIS的济南市SWMM雨洪模型建立104

4.7.5 SWMM模型参数率定及校核106

4.8 SWMM模型在济南城区防洪减灾中的应用115

4.8.1 济南市城市雨水排水系统排水盲点标识115

4.8.2 济南市应对突发性暴雨防灾减灾规划合理性分析120

4.9 小结121

第5章 基于Boltzmann的城市雨洪模型123

5.1 Boltzmann方法123

5.1.1 粒子速度分布函数123

5.1.2 Boltzmann方程124

5.1.3 Lattice BGK方程及Chapman-Enskog展开125

5.1.4 Lattice Boltzmann方法的离散速度模型127

5.1.5 修正的Burgers方程的还原128

5.1.6 Lattice Boltzmann方法的边界条件131

5.1.7 含有源项的LatticeBoltzmann方法133

5.2 坡面流的Lattice Boltzmann解135

5.2.1 坡面流运动波方程135

5.2.2 坡面流问题的Lattice Boltzmann解136

5.2.3 坡面流问题的其他解法138

5.2.4 算例及结果分析140

5.3 扩散波洪水演算问题的Lattice Boltzmann解146

5.3.1 扩散波方程146

5.3.2 扩散波方程的Lattice Boltzmann解146

5.3.3 扩散波方程的其他解法148

5.3.4 算例及结果分析150

5.4 济南市城市雨洪模型构建154

5.4.1 济南市地形特点154

5.4.2 济南市雨洪模型结构155

5.4.3 流域水文模型157

5.4.4 街巷洪水汇流159

5.4.5 洼地调蓄模型160

5.4.6 河道洪水演算模型161

5.5 城市雨洪模型计算流程设计162

5.6 模型参数率定及验证168

5.6.1 模型A结果168

5.6.2 模型B结果170

5.6.3 模型C172

5.7 基于GIS平台的济南城市雨洪模型176

5.8 小结179

第6章 MIKE 21模型181

6.1 MIKE21模型简介181

6.2 二维水动力学基本原理182

6.2.1 模型控制方程182

6.2.2 MIKE 21模型数值解法183

6.2.3 MIKE 21模型基本参数186

6.3 基于MIKE 21的济南城市雨洪模型构建187

6.3.1 模型构建的基本步骤187

6.3.2 计算网格生成187

6.3.3 定解条件构成193

6.3.4 建立城市雨洪模型194

6.4 MIKE21模型计算结果分析195

6.4.1 济南城区淹没情况195

6.4.2 模拟结果误差分析199

6.5 济南城市防洪预案构建199

6.5.1 防洪预案类型设计199

6.5.2 防洪预案降雨过程200

6.5.3 防洪预案洪水模拟203

6.6 小结208

第7章 济南城市暴雨洪水预警预报系统209

7.1 系统功能设计209

7.1.1 系统结构设计209

7.1.2 系统数据库设计210

7.2 背景与地理信息211

7.3 雨水情工情查询213

7.4 基于SWMM模型的城市雨洪预警预报215

7.4.1 SWMM模型构建215

7.4.2 计算结果表达217

7.4.3 计算结果统计分析218

7.5 基于济南市城市雨洪模型的预警预报219

7.5.1 计算模块219

7.5.2 计算结果显示模块219

7.6 基于MIKE 21模型的防洪预案224

7.6.1 降雨过程224

7.6.2 预警结果224

7.6.3 预警显示225

7.7 小结226

第8章 基于InfoWorks CS的雨洪模型及雨洪利用227

8.1 城市雨洪模型InfoWorks CS227

8.1.1 InfoWorks CS概述227

8.1.2 InfoWorks CS主要计算模块227

8.1.3 InfoWorks CS建模所需的基础数据230

8.1.4 集水区参数230

8.2 广州市新河浦社区雨洪模型构建232

8.2.1 资料收集及处理232

8.2.2 InfoWorks CS建模过程233

8.2.3 InfoWorks模型运行设置238

8.2.4 模型主要影响参数239

8.2.5 InfoWorks模型模拟结果240

8.3 基于InfoWorks CS的雨洪利用效应评估244

8.3.1 雨洪利用技术244

8.3.2 新河浦社区雨水水量平衡分析245

8.3.3 新河浦社区雨洪利用方案246

8.3.4 雨洪利用技术效应评估250

8.4 小结251

参考文献252