石家庄市多类型组合下垫面弹性抗涝能力分析研究

摘要

随着城市化进程的飞速发展，下垫面不透水面积的不断扩大，城市降雨径流等水文特性发生了显著变化，目前，暴雨内涝灾害已经成为制约城市经济健康可持续发展的主要瓶颈。为分析比较不同类型下垫面措施及其因素对城市抗涝能力的影响，建立城市暴雨内涝水动力模型，模拟分析不同下垫面措施对应方案的暴雨径流演进过程和内涝风险分布情况，研究其影响规律，探讨较为科学的城市下垫面组合模式。具体研究内容和成果如下： （1）建立基于规则网格的二维水动力数值模型，采用有限差分法对圣维南控制方程组离散形式进行求解，选取石家庄市主城区为研究对象，根据暴雨径流演变实际情况，针对网格剖分形式、网格尺度、计算参数、排涝工程布置、干湿水深设置等提出暴雨内涝模型优化模式，构建石家庄市暴雨内涝精细化模拟模型。 （2）基于石家庄市暴雨内涝数值计算模型，模拟不同重现期设计暴雨情境下石家庄市的雨洪演进过程，计算现状条件下内涝风险分布。计算结果表明，研究区域内涝风险较高的地区主要分布在五支渠、元村明渠沿岸、京广铁路两侧以及建华南大街、翟营南大街沿线等区域。 （3）针对城市透水铺装、水平绿地、下凹式绿地、植草沟、绿化屋顶等不同下垫面模式及其相关因素对城区抗涝能力的影响，结合石家庄市的实际情况，设定遭遇100年一遇设计暴雨，开展不同下垫面布设方案的涝灾分析计算，并分析比较内涝风险分布情况。结果表明，下凹式绿地方案对城市内涝风险影响较为显著，绿地下凹深度不同，高风险区面积影响程度差别较大，当绿地下凹150mm时，高风险区面积比现状减小了近50%；透水草皮砖、水平绿地对应方案的高风险区面积都比现状减小了约 20%；而绿化屋顶、150mm 植草沟对应方案的高风险区面积都比现状减小了约10%。且下垫面措施布设范围和形式对城市抗涝能力影响也较为明显。 （4）在单方面下垫面措施对城市抗涝效应研究的基础上，设计多类型下垫面组合措施的布设方案，分别对各方案进行抗涝效应分析和成本效益分析。结果表明，组合方案可以获得更为显著的抗涝效果，且水平绿地、下凹式绿地布设措施的抗涝能力较好，投入成本较低，研究可以对城市下垫面措施的设计和选取提供重要参考。

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