極端條件下城市山洪災(zāi)害的形成機(jī)理與模擬方法研究結(jié)題摘要

全球變暖導(dǎo)致極端氣象事件頻繁發(fā)生，使我國(guó)洪水災(zāi)害發(fā)生頻率、強(qiáng)度和區(qū)域分布規(guī)律愈加復(fù)雜和難以把握。隨著山地丘陵區(qū)城市（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為城市）化進(jìn)程的加快和地震等自然災(zāi)害事件的發(fā)生，變化了的降雨特征和地表環(huán)境將深刻改變城市山洪原有的形成與傳播特征，為山洪災(zāi)害防治帶來(lái)了前所未有的困難。本項(xiàng)目從山洪災(zāi)害的直接誘發(fā)因素——暴雨出發(fā)，圍繞暴雨-山洪（滑坡泥石流）-災(zāi)害的致災(zāi)過(guò)程，研究暴雨山洪和城市洪水的形成機(jī)理及預(yù)報(bào)方法、城區(qū)洪水傳播、淹沒(méi)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律及模擬方法、城市暴雨滑坡泥石流形成的物理機(jī)制和臨界條件等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。主要新進(jìn)展包括： （1）針對(duì)城市水流傳輸?shù)亩鄬佣嘞到y(tǒng)特點(diǎn)，建立分布式立體化城市洪水模型；探討了改進(jìn)雷達(dá)測(cè)雨數(shù)據(jù)精度的卡爾曼濾波方法和優(yōu)化Z-R關(guān)系，為分布式城市洪水模型提供了高分辨率降雨數(shù)據(jù)。建立了考慮場(chǎng)次降雨地表污染物殘余的城市暴雨徑流非點(diǎn)源污染累積與沖刷模型，提高了傳統(tǒng)指數(shù)模型的模擬精度。 （2）分析城市洪水的水動(dòng)力學(xué)特征和影響因素，提出了人工滲透法處理干濕邊界、提出了單元內(nèi)非守恒格式-界面守恒格式的組合方法處理復(fù)雜底坡源項(xiàng)，建立基于Godunov二階格式的平面二維水動(dòng)力學(xué)模型；提出汊點(diǎn)水位迭代法，實(shí)現(xiàn)一、二維模型的高效耦合，耦合模型應(yīng)用于城市防洪計(jì)算。 （3）通過(guò)系列降雨離心模型試驗(yàn)，探討了均質(zhì)土坡、含軟弱夾層土坡、含裂縫土坡的變形和破壞規(guī)律，揭示了雨強(qiáng)、入滲流量和裂縫形式對(duì)邊坡變形過(guò)程和破壞的影響機(jī)制?；谒苄杂嗄艿慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論，提出結(jié)構(gòu)失穩(wěn)程度的標(biāo)量度量——余能范數(shù)，建立巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析新方法——余能范數(shù)曲線法。 （4）研究城市洪水和滑坡泥石流災(zāi)害的防治理論，提出了實(shí)時(shí)水庫(kù)防洪風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度理論，揭示了階梯-深潭穩(wěn)定河床、控制泥石流發(fā)生的機(jī)制。提出了極端洪水條件下哈爾濱市防洪措施、汶川地震災(zāi)區(qū)泥石流運(yùn)動(dòng)的生態(tài)固源治理措施，總結(jié)了昆明東川城區(qū)泥石流溝治理的經(jīng)驗(yàn)。 總之，項(xiàng)目研究完成任務(wù)。發(fā)表期刊論文44篇，其中SCI論文21篇、EI論文16篇（不含SCI論文）、國(guó)內(nèi)核心期刊22篇。傅旭東教授于2011年獲得第十二屆中國(guó)青年科技獎(jiǎng)；培養(yǎng)博士生12名、碩士生10名。 2100433B

全球變暖導(dǎo)致極端氣象事件頻繁發(fā)生，使我國(guó)洪水災(zāi)害發(fā)生頻率、強(qiáng)度和區(qū)域分布規(guī)律愈加復(fù)雜和難以把握。隨著山地丘陵區(qū)城市（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為城市）化進(jìn)程的加快和地震等自然災(zāi)害事件的發(fā)生，變化了的降雨特征和地表環(huán)境將深刻改變城市山洪原有的形成與傳播特征，為山洪災(zāi)害防治帶來(lái)了前所未有的困難。本項(xiàng)目從山洪災(zāi)害的直接誘發(fā)因素- - 暴雨出發(fā)，圍繞暴雨-山洪（滑坡泥石流）-災(zāi)害的致災(zāi)過(guò)程，研究暴雨山洪和城市洪水的形成機(jī)理及預(yù)報(bào)方法、城區(qū)洪水傳播、淹沒(méi)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律及模擬方法、城市暴雨滑坡泥石流形成的物理機(jī)制和臨界條件等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)模型試驗(yàn)、原型監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬等綜合手段，研究揭示極端條件下城市山洪災(zāi)害的新機(jī)理、新特征，建立極端條件下的城市洪水預(yù)報(bào)方法、城市洪水的水動(dòng)力學(xué)模型和滑坡泥石流起動(dòng)模型，將能為城市山洪災(zāi)害預(yù)警和短臨預(yù)報(bào)提供基礎(chǔ)理論和模型，為山洪災(zāi)害的預(yù)防和風(fēng)險(xiǎn)管理提供有效的科學(xué)和技術(shù)支撐。

作為一種典型的淺表層輕型工程，膨脹土路基在正常的自然氣候條件下會(huì)對(duì)建設(shè)在其上的路基和構(gòu)筑物產(chǎn)生較大的危害。而近年來(lái)全球變暖使極端氣候頻發(fā)，修筑在膨脹土地區(qū)的路基發(fā)生水毀災(zāi)害的情況也越來(lái)越多。目前，膨脹土路基水毀災(zāi)害的研究主要集中在膨脹土地質(zhì)災(zāi)害、膨脹土脹縮脹縮機(jī)理、非飽和土力學(xué)強(qiáng)度理論及膨脹土邊坡的數(shù)值模擬等研究上。本項(xiàng)目采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，借助于目前日益發(fā)展的全球氣候系統(tǒng)模式研究極端氣候下膨脹土路基水毀損害特征和規(guī)律；把線性或非線性統(tǒng)計(jì)變換、隨機(jī)模擬、Markov鏈、粗糙神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、概念格理論等智能計(jì)算技術(shù)引入到膨脹土路基水毀災(zāi)害的預(yù)測(cè)當(dāng)中。研究工作及有關(guān)成果將為膨脹土路基的地理分布與極端氣候耦合時(shí)的水毀預(yù)測(cè)提供了一種可擴(kuò)展的算法和模型，并可望應(yīng)用于極端氣候條件下的其他災(zāi)害預(yù)測(cè)。

《晉中山洪防治與研究》通過(guò)對(duì)晉中市山洪災(zāi)害研究數(shù)據(jù)分析對(duì)比，闡述晉中山洪現(xiàn)狀及防治方向，為晉中市山洪災(zāi)害預(yù)防提供了有力的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐?！稌x中山洪防治與研究》內(nèi)容主要包括：晉中市概況、晉中市雨洪特征、晉中市山洪災(zāi)害、山區(qū)暴雨分析、山區(qū)洪水分析、晉中市洪災(zāi)分析、晉中市洪災(zāi)預(yù)警指標(biāo)、晉中市洪災(zāi)防治措施和結(jié)論與展望等內(nèi)容。