论文题目：面向城市内涝的淹没分析与风险评估研究
摘要：北京市作为全球大都市,其发展受到外界高度关注。然而,城市的快速发展给城市下面的地表状况带来了很大的变化,原有的自然植被和水体逐渐被建筑物和道路所取代。由于城市不透水地表的快速增长,城市在汛期无法去除多余的雨水,地表径流的快速积累增加了城市内涝的风险。城市内涝不但严重威胁市民的人身财产安全,而且严重阻碍城市经济的正常发展,因此,针对目前我国城市内涝灾害频繁发生且易导致重大事故的问题,研究分析降雨导致的淹没进程及对城市内涝开展风险评估至关重要,也为城市防洪抗涝工作提供强有力的支持。本文采用水文水动力学模型、地理信息系统技术、自然灾害风险评估理论等多学科知识,以北京市城六区为研究对象,开展不同时间尺度降雨的城市内涝过程模拟和淹没分析,并构建递阶层次的多尺度城市内涝灾害风险评估体系,建立宏观、中观、微观等不同尺度城市内涝灾害风险评估准则,得出不同尺度城市内涝风险水平。本文主要研究内容与结果如下:（1）针对宏观尺度内涝风险评估,从城市内涝灾害形成机制的视角,构建了北京市城六区城市内涝灾害风险评估指标体系。根据防灾减灾能力、孕灾环境敏感性、致灾因子危险性以及承灾体易损性四个方面,遵循系统性、易获取性、因地制宜、适量性四个原则,选取7个指标数据,构建北京市城六区城市内涝灾害风险评估指标体系。将各项指标数据进行统一空间化处理,采用AHP-熵综合权重法对评价指标赋权,借助GIS空间分析功能对城市内涝灾害进行风险评估。实验结果表明,研究区域内城市内涝灾害高风险区主要分布在北京市市区中心西城区、东城区,其他地区的风险等级性相对较低。这与经济水平,地势条件紧密相关。该实验模拟结果可作为城市内涝风险宏观尺度评估。（2）针对中观尺度内涝风险评估,基于经验公式构建了不同时间尺度的城市内涝过程模拟模型。利用暴雨强度公式和芝加哥降雨过程线模型模拟5年、10年、20年、30年、50年等不同时间尺度的降雨过程,结合SCS-CN产流模型与基于GIS的等体积淹没方法构建城市内涝过程模拟模型,模拟了不同时间尺度的城市内涝淹没过程。实验结果显示,不同时间尺度的降雨所产生的积水主要分布于研究区东部,随着时间尺度的增长,淹没范围呈面状向周边扩展,淹没所产生的积水高程越大,淹没范围越广。该实验模拟结果可作为城市内涝风险中观尺度评估。（3）针对微观尺度内涝风险评估,顾及到灾害发生时城市应急预案的制定,利用水深-灾损曲线进行了微观尺度风险评估的实证研究。将城市内涝过程模拟获取的不同时间尺度的淹没水深积水深度值代入公式中计算研究区各区的损失率,与各区人均GDP的分布结果相乘得到不同时间尺度模拟下的经济损失,并绘制水深-灾损曲线来评估损失大小。实验结果表明,随着不同时间尺度的增大,高损失风险区域面积逐渐增大,主要分布在朝阳区东部,该实验模拟结果可作为城市内涝风险微观尺度评估。面向宏观规划、中观设计以及微观应急对城市内涝灾害展开淹没分析和风险评估,可为制定城市防洪减涝预案提供科学依据。自然灾害风险评估理论、水文水动力模型与地理信息系统技术等多种学科知识对实施城市内涝淹没分析及城市内涝灾害风险评估提供了强有力的技术支撑。本文研究分析结果有利于直观了解城市内涝淹没情况与风险评估进程,可以因地制宜制定防洪减涝预案,进一步提高城市内涝灾害来临时的应对效率。
关键词：城市内涝;水文模型;多尺度;风险评估;层次分析法
学科专业：测绘工程（专业学位）
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 城市内涝淹没模拟研究进展
1.2.2 城市内涝风险评估研究进展
1.3 研究内容及路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
1.4 论文结构安排
第2章 城市内涝过程模拟模型的构建
2.1 降雨过程线模型
2.1.1 暴雨强度公式
2.1.2 芝加哥降雨过程线模型
2.2 SCS产流模拟模型
2.2.1 SCS产流模型概述
2.2.2 SCS产流模型原理
2.3 基于GIS的城市内涝淹没分析模型
2.4 小结
第3章 多尺度城市内涝灾害风险评估
3.1 城市内涝灾害风险评估方法
3.1.1 层次分析法
3.1.2 熵权法
3.1.3 加权综合评价法
3.2 城市内涝风险评估指标体系构建
3.2.1 指标选取的原则
3.2.2 基于城市内涝灾害的风险评估指标体系
3.3 城市内涝风险评估指标体系计算
3.3.1 AHP法获取指标主观权重
3.3.2 熵权法获取指标主观权重
3.3.3 AHP-熵综合权重法获取综合权重
3.4 小结
第4章 北京市城市内涝分析实例
4.1 研究区域及数据获取
4.1.1 研究区概况
4.1.2 数据来源与处理
4.2 宏观尺度城市内涝风险评估综合分析
4.2.1 致灾因子危险性评估
4.2.2 孕灾环境敏感性评估
4.2.3 承灾体易损性评估
4.2.4 防灾减灾能力评估
4.3 中观尺度城市内涝风险评估综合分析
4.3.1 不同降雨重现期的降雨过程模拟
4.3.2 基于SCS的城市内涝产流模拟
4.3.3 基于GIS的城市内涝淹没分析
4.4 微观尺度城市内涝风险评估综合分析
4.5 小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢