城市暴雨洪涝水动力数值模拟的研究与应用

摘要

随着国民经济的快速发展，城市化的进程不断加快，城市暴雨洪水灾患已引起了全球的广泛关注。在城市遭遇高强度降水时，因为城市排水系统的排水能力不足，造成城市内部分地区被淹没，导致严重的内涝灾患。近年来，城市暴雨洪涝灾患日趋严重，不但严重危胁了城市居民的生命与财产安全，而且一定程度上制约了城市经济和社会发展。针对城市暴雨和洪水的关系，面对日益严峻的城市洪涝灾害，模拟城市暴雨洪水演进过程及淹没范围，探讨和采用科学的城市暴雨洪水模拟方法，为城市防灾减灾决策提供依据，具有重要的研究意义和实际应用价值。 首先，本文在前人实践和研究的基础上，介绍了城市暴雨洪水灾患的特点，总结了城市化对暴雨洪水的影响，分别从水文学和水力学角度介绍了城市雨洪模拟技术以及常见城市雨洪模型，阐述了本文研究的重要意义和主要内容。 其次，论述了HydroInfo流域多维耦合模型的基本原理，通过前人做过的试验验证了利用HydroInfo软件解决树状河网、环状河网、排水管网、二维模型、正向耦合以及纵向耦合问题的精度；城市地形与自然流域的相比，最大的区别是城市中遍布着阻水建筑物，会对洪水在地表的演进造成不容忽略的影响。本文验证了真实地形法、固壁边界法和加大糙率法三种方法处理建筑物的阻水作用的可靠性，并通过模型试验的实测值对本文三种方法计算结果的精度进行对比和分析。 最后，在收集成都中心城区的地形、水文、气象等资料的基础上，本文对研究区域内的设计降雨和河流的设计洪水进行了推求。本文采用加大糙率值法概化研究区域内的建筑物，并且介绍了该方法在HydroInfo软件中实现的方法。最终，以24小时的设计暴雨过程和P=2%设计洪水过程为边界条件建立了一、二维耦合城市暴雨洪水模型。通过分析洪水的演进和淹没过程，说明模拟结果比较合理，表明在城市内大范围，下垫面十分复杂的情况下，利用HydroInfo软件进行城市暴雨洪涝模拟是可行的，能够为相关部门的防洪决策提供参考。

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