关于城市暴雨沥涝数学模型的研究与应用

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1、第33卷第10期长江科学院院报Vol.33No.102016年10月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteOct.2016doi：10.11988/ckyyb.201507282016,33(10)：46-50城市暴雨沥涝数学模型的研究与应用李大鸣，胡永文，王笑，范丽虹(天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072)摘要:为解决城市沥涝问题，以二维非恒定流方程为基本控制方程，按照水量平衡法改进的有限体积法思想，结合城市复杂的汇流特点，提出了一种分区分层的计算模式,构建了二维城市暴雨沥涝数学模型，包含了社区

2、汇流、路网汇流、管网汇流和河道汇流4个计算模块。以天津市示范区段为研究对象，依次模拟了2009—2015年10次降雨过程，分析对比了验证点积水水位和湘江道的津河液位。模拟结果显示，河道液位模拟值与实测值变化趋势基本一致，两者平均值之间的误差均<10cm,表明了模型具有一定的计算精度，可用于城市内涝监测预报，同时也为城市暴雨沥涝数学模型研究提供了新的方法和思路。关键词:暴雨沥涝;水量平衡;有限体积法;分区分层;城市内涝中图分类号:TV125文献标志码:A文章编号=1001-5485(2016)10-0046-05的季风气候区，全年降雨多集中在7，8月份，易造成内涝积水。地物地貌

3、复杂多变，河网、路网纵横交1研究背景错，人口相对集中造成了区域内部土地利用类型多天津市位于海河水系尾闾，是九河下梢之地，上种多样，建筑高低不一，易导致局部积水较为严重现游来水面积大，而人海口小，排水不畅。近年来随着象的发生。天津市的迅速发展，不透水面积所占比重越来越大，2.2分区分层、立体多重的网格形式±也表对雨水的截留和下渗能力降低，雨水产汇流时间由于研究区域下垫面情况复杂，网格不能进行缩短，极易造成积水[1]。当积水深度达到一定程度统一的划分，有针对地把单元划分为三角形、四边时，就会给城市正常运转造成影响，甚至造成损失⑵。形、五边形的网格，使用放宽和加密网格的办法准确城市

4、暴雨导致的积涝灾害频发和“海绵城市”概念的地反应其特征。此外，河网、管网、路网以及社区的提出使沥涝问题的解决变得越来越重要。分布形式多样，这些因素对暴雨径流有着较大的影国外很多城市的雨洪模型已经比较成熟并已在响。考虑这些因素并对该区域采用分区分层、立体实际中得到应用，其中几个比较有名的应用软件有多重的方法进行划分。由于管网地下埋布情况复Mike，Wallingford的Infoworks和DHI的Mouse[3]。我杂，所以将管网网格划分等同于路网。分区为河网、国岑国平等[4_6]、仲志余[7]、周玉文等[8]、徐向阳[9]都路网、管网和社区中分区收水，以及各自相对独立的对城

5、市雨水径流计算模型进行了研究。当下城市暴网格划分体系，可以逐区域计算模拟;分层主要指空雨沥漠数学模型大多基于水动力学模型构建[1M4]。中雨量分布层、地表河网、路网、社区水量分水层、地本文采用有限体积法建立了分区分层的城市暴雨沥下管网水量分布层;立体多重主要指在同一平面空涝数学模型，分为社区汇流、路网汇流、管网汇流和河间位置上考虑路网、管网或立体交通、路下暗河等多道汇流4个模块。4个模块在网格的划分上相对独重网格形式，使单元重叠划分。立，在雨水量交换上耦合成为一个整体。模型河道型单元数为104个，道路型单元数为1116个，社区型单元数为1081个，计算区域东西宽5.93km，

6、南北长2.38km，覆盖面积约为6.56km2。2分区分层计算模式区域网格划分见图1。2.1研究区域概况2.3模块的模化及在水量交换上的耦合模型研究区域位于天津市南开区内，属于著名暴雨沥涝模型的计算分为路网、社区、河网、管收稿日期:2015-08-31;修回日期:2015-11-24作者简介:李大鸣（1957-)男，河北枣强人，教授，博士,主要从事水力学及河流动力学方面的研究,（电话)〇22_874〇1579(电子信箱）lidaming@tju.edu.cn〇第10期李大鸣等城市暴雨沥涝数学模型的研究与应用47换会出现2种情况，即下泄和上涌情况，如图3所示。图1模型网格Fig

7、.1Gridofmodel网4个模块。针对4个模块的特性采用不同的模化方法，模化示意图见图2。道路Fig.3Sketchmapofwaterexchangebetweenroadnetworkandpipenetwork下泄情况:当管道为无压流即时，路面水(a)道路断面体会通过雨水井口流人地下管网，设路面水深~等----河道断面轮廓于井口半径r时，此时路面水深等于限定水深，对----模化梯形断面应的水舌厚度为当/^=<「时，采用堰流方式计算路面和管网之间的水量交换；当时，水舌(c)河道断面厚度=r