基于蒙特卡洛和GIS的堤防失效和洪水风险的分析和模拟研究

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在遍及全球的各种自然灾害中,洪涝灾害最为常见,且波及范围广,即使在科技高度发达的今天,洪涝灾害依然是威胁人类生命安全和财产安全最大的自然灾害。洪灾风险是洪水风险和洪水后果共同作用的结果,洪水风险是某地区爆发洪水的可能性的大小是确定洪灾风险的基础,由于洪水问题本身的复杂性,对于洪水风险研究的基础性研究,仍然缺乏系统的、深入的剖析,现在尚未建立洪水风险分析和评估的完善的成熟的技术。本论文参考已有的研究成果,运用蒙特卡罗模拟法模拟计算了堤防失效概率,在GIS中模拟分析了洪水淹没范围并最终计算出洪水风险范围。主要研究内容包括: 首先在有限的河流水位数据的基础上实现了河流水位分布的函数拟合,包括拟合函数的选择和分布参数的确定; 然后对堤防的失稳机理进行了研究,在机理分析的基础上,构造了简化的描述堤防失稳的故障树,针对求解故障树得到的堤防失稳模式,建立了相应的极限状态方程。在对各极限状态方程的随机变量的分布形态及其参数进行了分析之后,利用Monte-Carlo模拟技术计算了各失效模式下堤防的失效概率,并最终得到了堤防总的失稳概率。接下来整合构建了堤防漫顶失效模型和极限状态方程;在对模型中参数的分布规律讨论的基础上,编程实现了堤防漫顶失效概率的蒙特卡罗模拟计算,最后通过一个简单的例子说明了分析方法和计算步骤,并对参数的不确定性和模型的结果进行了讨论; 最后一部分在前两部分的基础上,首先在GIS中建立了河流地形的3D模型,然后运用GIS的空间分析技术模拟分析了洪水范围,并最终确定出洪水的风险分布。 本论文是在运用Monte-Carlo模拟技术对堤防失效概率分析计算的基础上,基于GIS的空间分析技术模拟分析了洪水的淹没范围,并在此基础上确定出洪水的风险分布,在建立和完善洪灾风险评价技术中有一定的现实和理论意义。
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