石家庄市暴雨内涝精细化水动力模型应用.pdf

《石家庄市暴雨内涝精细化水动力模型应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第３期水利水运工程学报Ｎｏ．３２０１７年６月ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪｕｎ．２０１７ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１７．０３．００６苑希民，秦旭东，张晓鹏，等．石家庄市暴雨内涝精细化水动力模型应用［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１７（３）：４１－５０．（ＹＵＡＮＸｉｍｉｎ，ＱＩＮＸｕｄｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｐｅｎｇ，ｅｔａｌ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｆｉｎｅｍｏｄｅｌｆｏｒＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇｒａｉｎｓｔｏｒｍｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ⁃ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

2、，２０１７（３）：４１－５０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））石家庄市暴雨内涝精细化水动力模型应用１１２１苑希民，秦旭东，张晓鹏，封桂敏（１．天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津３０００７２；２．河北省水利水电第二勘测设计研究院，河北石家庄０５００２１）摘要：近年来石家庄市极端天气逐渐增多，局部短历时强降雨的发生愈加频繁，造成城区大范围积水，损失严重。基于高精度ＤＥＭ数据，采用小尺寸结构化网格建立石家庄市暴雨内涝精细化水动力模型。模型精确反映了房屋建筑、城市道路、立交系统和排水渠系等典型城市地物；采用分区径流系数和糙率体现不同下垫面的影响；通过将排水分区精细划分至各雨水干管实际控制街区

3、模拟管网实际排水过程，并设置点源模拟城市立交泵站。模型高精度地模拟了该市主城区房屋阻水、庭院雨水出流、地道桥等低洼处汇水积涝、路面行涝、管网排水以及泵站抽排水等具有典型城市特征的水流现象，计算统计了城区积涝面积、积水点及积水路段。将该市内涝危险性等级划分为高、中、低三级，结合模拟结果进行风险分析及等级划分，分析结果为石家庄市防涝减灾工作和内涝风险管理提供信息支持，具有重要实用价值。关键词：城市暴雨内涝；精细化模型；高精度地形；细化排水分区；分区径流系数；风险等级中图分类号：ＴＶ１３１．２文献标志码：Ａ文章编号：１００９－６４０Ｘ（２０１７）０３－００４１－１０受人类活动影响，如城市下垫面

4、不透水面积增加、城市向低洼易涝区扩张、城市热岛效应与雨岛效应等，［１］城市内涝灾害越来越频繁。我国当前正处在城市化快速发展阶段，城市化水平将不断提高，与之不相符［２］的是城市防洪排涝标准普遍偏低，城市洪涝灾害损失持续增长。因此，数值模拟城市暴雨内涝的形成及演进过程，开展城市暴雨内涝积水的风险分析，为防涝救灾和城市发展规划提供决策依据，显得尤为重要。为了更精确计算城市暴雨内涝的淹没深度和范围，二维水动力学模型越来越广泛引用到城市洪涝数值模拟计算中。水动力模型计算获得任意时刻的流速、流向和水深，能够更真实、更全面、更立体地体现城市复［３］杂环境下的水流现象。近年来，仇劲卫等采用无结构不规则网

5、格，以二维非恒定水力模型为基础，模拟了［４－５］天津市暴雨沥涝过程；解以扬等针对特定的研究区域对该模型进行了改进，验证结果表明改进模型对南［６］京、南昌及上海等城市也具有良好适用性。Ｎｏｒｔｏｎ等采用有限元算法求解了水深平均的二维水动力学模［７］型；何文华基于无结构网格的水动力模型对济南市二环路以内区域马路行洪和地表积水进行了数值模［８］拟；黄清雨等采用地理信息系统技术（ＧＩＳ）与水文／水动力学相结合的方法，利用局部等体积法和水动力［９］模型模拟了上海中心城区的暴雨内涝；喻海军基于非结构网格中心型的有限体积法，采用Ｇｏｄｕｎｏｖ型格式计算界面通量，并将分片线性逼近的ＭＵＳＣＬ格式应用于变

6、量重构，建立了时空均具有二阶精度的二维水动力学模型，同时引入隐式的双时间步算法以提高二维模型的稳定性和计算效率，并将模型应用于广州新河浦社区暴雨洪水计算。城市暴雨内涝二维水动力模拟的精度与基础地形数据精度直接相关联，且城区内排水系统（如管网、泵站）以及房屋建筑、城市道路等城市典型地物均为雨水汇流过程的主要影响要素，直接影响收稿日期：２０１６－０７－０７基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２０９１５８）；高等学校学科创新引智计划资助项目（Ｂ１４０１２）作者简介：苑希民（１９６８—），男，江苏徐州人，教授，博士，主要从事防洪减灾及水利信息化研究。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｘｍ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

7、通信作者：秦旭东（Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｑｉｎｘｕｄｏｎｇ１００８＠１６３．ｃｏｍ）４２水利水运工程学报２０１７年６月涝水的演进过程。目前，综合考虑多种因素的城市暴雨内涝精细化水动力模型研究却少见报道。本文基于石家庄市高精度地形数据，采用ＤＨＩ公司开发的ＭＩＫＥ软件，利用小尺寸结构化网格建立城市暴雨内涝精细化水动力模型。模型充分考虑城区内不同的土地利用类型，赋予房屋建筑一定高度，体现各片街区雨水管道及立交泵站排水能力。１模型原理暴雨内涝模型