考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价研究

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1、考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价研究Studyonthevulnerabilityassessmentofdam-breakflooddisasterconsideringuncertainty一级学科管理科学与工程学科专业工程管理作者姓名周正印指导教师钟登华天津大学建筑工程学院2017年05月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在

2、论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要水库是所有防洪工程中对洪水的控制能力和调节作用最强的工程，在发电、供水、灌溉、改善生态等方面亦发挥着巨大作用。随着时间的推移，不可避免地会出现许多

3、病库、险库，这些病险水库一旦发生溃坝事故，将严重威胁下游人民生命和财产安全，因此对脆弱性评价进行研究有助于科学的制定溃坝洪水灾害防灾减灾策略；然而溃坝洪水灾害脆弱性表征的是承灾体易于受到伤害的程度和损失的大小，由于溃坝洪水灾害脆弱性评价的复杂性和影响因素的多源性，评价过程中存在着资料匮乏、数据精度低、评价标准不清等问题并受人类认知的局限性限制，致使脆弱性评价存在广泛的不确定性。此外，溃坝洪水演进数值模拟为脆弱性评价提供必要的水力要素支持，由于梯级水库和城市水库溃坝产生的巨大社会影响，非常有必要对梯级水库和城市水库进行溃坝洪水灾害脆弱性评价研究，但是一方面梯级水库溃坝洪水演进数值模

4、拟研究仍处于初始阶段，已有的研究多采用经验公式或者一维浅水方程，缺乏针对梯级水库的三维溃坝洪水演进数值模拟研究；另一方面复杂下垫面精细建模是城市水库溃坝洪水演进数值模拟的主要难点，而已有研究主要采用一、二维模型，难以精细揭示复杂下垫面下的三维溃坝洪水演进规律。因此，结合现实需求和研究热点，以梯级水库和城市水库溃坝为研究对象，如何精细地对梯级水库和城市水库溃坝洪水进行三维数值模拟以便为脆弱性评价提供水力要素支持，如何更加全面的考虑不确定性对溃坝洪水灾害脆弱性的影响，是目前溃坝洪水灾害脆弱性评价亟需解决的关键问题。本文就上述问题开展深入的研究与分析，并取得了以下研究成果：（1）针对目

5、前溃坝洪水灾害脆弱性评价中缺乏系统地考虑不确定性影响的现状，提出了考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价构架体系。首先分析了溃坝洪水灾害脆弱性评价中的随机、模糊、灰色等3类不确定性；其次通过国内外相关脆弱性的总结，讨论了脆弱性的内涵，结合溃坝洪水灾害脆弱性的特点，对溃坝洪水灾害脆弱性进行了定义，并就溃坝洪水灾害脆弱性与溃坝洪水灾害风险的区别进行了辨析；再者根据溃坝洪水灾害脆弱性的表征方式，将溃坝洪水灾害脆弱性评价分为基于指标体系和基于灾损曲线的评价方法；最后在此基础上，建立了考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价框架体系，为溃坝洪水灾害脆弱性评价提供理论指导。（2）针对梯级水

6、库连锁溃坝洪水演进数值模拟多采用经验模型或一维模型以及城市水库溃坝洪水演进数值模拟缺乏复杂下垫面三维精细建模的研究现状，万方数据分别建立了梯级水库连锁溃决洪水演进三维数值模型和基于复杂下垫面三维精细建模的城市水库溃坝洪水演进数值模型。在梯级水库连锁溃坝洪水演进数值模拟方面，其与单一溃坝洪水演进数值模拟的不同之处在于不同溃坝洪水之间的汇流、叠加，而且不同溃坝洪水之间的叠加使得洪水具有强烈的三维特性。此外，一般的洪水数值模拟都是以干河床为初始边界条件，没有考虑具有初始流速的河道洪水。因此在已有研究的基础上，为模拟不同溃坝洪水之间的叠加现象，建立梯级水库连锁溃坝洪水演进三维数值模型，采

7、用内边界实现不同溃坝洪水之间的动量、质量交换；引入梯级水库连锁溃坝试验，从水深和水面线两方面对本文模型进行验证。在城市水库溃坝洪水演进数值模拟方面，目前已有研究主要采用一、二维模型，不能准确反映复杂地形、地貌上的洪水演进规律。此外对于城市复杂的下垫面，由于二次环流等因素的影响，一、二维模型的应用受到限制。针对上述问题，建立了基于复杂下垫面精细建模的三维城市水库溃坝洪水演进数值模型。首先提出了三维高精度数字建模方法，采用多面体网格划分技术，兼具四面体的复杂边界适应性和六面体的数值稳