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近年来，城市内涝灾害频发，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，而我国现有排水管网设计重现期标准普遍较低，不足以应对高重现期暴雨流量。借鉴国外发达国家内涝防治经验，我国学者提出构建以道路为地表行泄通道的大排水系统来解决城市内涝问题。道路交叉口作为地表行泄通道排涝流量的二次分配关键节点，其流量分配精确计算对于下游道路行泄风险评估至关重要。目前，国内外在道路交叉口流量分配计算通常直接延用矩形明渠平底交叉口研究结果，忽略了道路交叉口处横坡及转弯半径对于交叉口流场的影响；与此同时，国际上主流城市雨洪软件采用0维或1维道路交叉口模型进行流量分配计算，对交叉口流场进行了高度简化导致计算结果误差较大。
针对此局限性，本研究搭建了包含道路横坡及转弯半径等细部结构的T型道路交叉口物理试验装置，通过水工试验探究了道路坡度及水力边界条件对交叉口流量分配的作用规律，识别了交叉口水跃等特殊水力现象对道路行泄风险的影响；在水工试验的基础上，对比研究了道路交叉口统计学模型及二维数学模型的计算精度和效率，基于统计学模型高效率、低精度而二维模型高精准、效率较低的特征，提出了不同流态条件下的流量分配计算的最佳建模方式；基于数学模型的研究结果，将交叉口流量分配计算与城市雨洪模型SWMM进行耦合集成，建立与城市排水管网水力耦合的道路大排水系统设计方法，并进行了实际工程案例的应用。研究成果补充了具有横坡及转弯半径的道路交叉口流量分配相关理论，提高了城市雨洪模型SWMM在交叉口流量计算分配中的计算精度，为我国道路作为行泄通道的设计提供技术支持与理论依据。本文研究内容及主要结论如下：
①道路坡度及水力条件对道路交叉口流量分配影响研究
受山地城市道路起伏多变的地形特征影响，道路排涝过程中频繁发生急流与缓流之间的流态转变，导致下游水力边界条件复杂多变。道路陡坡急流使得下游道路处于自由出流状态，而当道路坡度由陡变缓时，下游道路容易形成壅水顶托。为了明晰道路坡度及水力条件等关键要素对于流量分配的影响，开展“一进两出”T型道路交叉口水工试验，研究在下游自由出流和下游壅水顶托两种边界条件下流场要素及流量分配要素的变化特征，揭示道路纵坡等参数在不同边界条件下对于交叉口流量分配的影响，在此基础上进一步探究山地陡坡道路排涝情景，识别交叉口处的特殊水力现象对于道路行泄风险的影响。得出以下结论：
1）在自由出流条件下，交叉口流量分配主要受上游道路和交叉口的坡度和水力条件影响；在道路坡度较小的情况下，随着交叉口范围内主路纵坡变大，流量分
配比（支路分得流量与上游来水流量之比）随上游来水流量增大而减小且下降速率较快，然后趋于平稳；在陡坡情景下，随着交叉口范围内主路纵坡变大，流量分配比呈现出显著不同的变化趋势，表现为最初随上游来水流量增大而减小但下降速度较为平缓，当交叉口内主路纵坡达到一个较大值，变为随上游来水流量增大而增大。
2）在下游壅水的情况下，当仅主路下游道路末端壅水顶托时，流量分配比随着主路下游道路弗汝德数增加而减小；当主路和支路下游都受壅水顶托时，流量分配比受支路和主路下游道路的弗汝德数影响而变化的趋势相同，均随主路下游弗汝德数的增加而在较小范围内波动。
3）在自由出流条件下，交叉口下游路缘石转弯处流线急剧转向，形成水跃，造成交叉口局部水深过高，易成为交叉口行泄风险最不利区域；在仅主路下游壅水条件下，受主路下游道路水位顶托影响，在交叉口内发生流态转变，形成水跃，且在同一顶托水深条件下，水跃位置随上游来水流量的增加而向下游推移。
4）与现有未考虑道路横向坡度及转弯半径的试验对比实验结果表明：在自由出流条件下，道路交叉口流量分配受横坡等细部结构影响大，流量分配特征以及分配比与不考虑道路横坡的情况显著不同；而在下游壅水顶托条件下二者差异性较小，说明在道路陡坡急流的情况下，交叉口流量分配计算应考虑道路横坡的影响以获得更高精度。
②道路交叉口流量分配统计学模型
针对现有统计学模型未考虑道路横坡及转弯半径对于交叉口流场的影响这一局限性，基于水工试验结果，综合采用多元线性回归和岭回归分析，识别不同边界条件及设计参数下交叉口流场特征，构建了交叉口流量分配统计学数学模型，探究了边界条件影响下的无量纲参数间变化规律。与现有统计学模型对比模拟效果表明，考虑道路横坡等实际结构的交叉口统计学模型，在自由出流条件下更能反应本文工况条件下的流量分配特征。
③道路交叉口二维数学模型
针对于统计学模型在复杂交叉口的类型和极端水力条件下拟合效果不佳的问题，考虑到交叉口流场的二维流动特征，构建了交叉口二维流体力学模型，以提高交叉口流量分配模型模拟精度。依据物理试验交叉口流量规律和水力学知识，通过延长下游道路计算区域范围，提出了一种利用曼宁公式构造出流曲线，然后确定二维模型道路下游计算域范围及边界条件的方法。并与统计学模型对比模拟效果，验证了其可以有效的弥补统计学模型在陡坡自由出流等复杂情景下的精度不足。
④耦合集成交叉口流量分配和SWMM模型的道路排水设计方法及案例应用
基于统计学模型高效率、低精度而二维模型高精准、效率较低的特征，提出了不同流态条件下的流量分配计算的最佳建模方式；并将交叉口流量分配计算与城市雨洪模型SWMM耦合集成，实现了道路地表水力计算与排水管道水力计算的同步，建立了地表道路行泄通道与城市排水管网水力耦合的道路大排水系统设计方法。以重庆某山地城市为案例，探讨了本研究的实际应用价值。基于本研究的模型和方法将研究区域道路大排水系统与管道进行耦合，对现有道路行泄通道进行了排涝能力评估，提出了改造方案，实现了内涝防治标准的提高。
针对此局限性，本研究搭建了包含道路横坡及转弯半径等细部结构的T型道路交叉口物理试验装置，通过水工试验探究了道路坡度及水力边界条件对交叉口流量分配的作用规律，识别了交叉口水跃等特殊水力现象对道路行泄风险的影响；在水工试验的基础上，对比研究了道路交叉口统计学模型及二维数学模型的计算精度和效率，基于统计学模型高效率、低精度而二维模型高精准、效率较低的特征，提出了不同流态条件下的流量分配计算的最佳建模方式；基于数学模型的研究结果，将交叉口流量分配计算与城市雨洪模型SWMM进行耦合集成，建立与城市排水管网水力耦合的道路大排水系统设计方法，并进行了实际工程案例的应用。研究成果补充了具有横坡及转弯半径的道路交叉口流量分配相关理论，提高了城市雨洪模型SWMM在交叉口流量计算分配中的计算精度，为我国道路作为行泄通道的设计提供技术支持与理论依据。本文研究内容及主要结论如下：
①道路坡度及水力条件对道路交叉口流量分配影响研究
受山地城市道路起伏多变的地形特征影响，道路排涝过程中频繁发生急流与缓流之间的流态转变，导致下游水力边界条件复杂多变。道路陡坡急流使得下游道路处于自由出流状态，而当道路坡度由陡变缓时，下游道路容易形成壅水顶托。为了明晰道路坡度及水力条件等关键要素对于流量分配的影响，开展“一进两出”T型道路交叉口水工试验，研究在下游自由出流和下游壅水顶托两种边界条件下流场要素及流量分配要素的变化特征，揭示道路纵坡等参数在不同边界条件下对于交叉口流量分配的影响，在此基础上进一步探究山地陡坡道路排涝情景，识别交叉口处的特殊水力现象对于道路行泄风险的影响。得出以下结论：
1）在自由出流条件下，交叉口流量分配主要受上游道路和交叉口的坡度和水力条件影响；在道路坡度较小的情况下，随着交叉口范围内主路纵坡变大，流量分
配比（支路分得流量与上游来水流量之比）随上游来水流量增大而减小且下降速率较快，然后趋于平稳；在陡坡情景下，随着交叉口范围内主路纵坡变大，流量分配比呈现出显著不同的变化趋势，表现为最初随上游来水流量增大而减小但下降速度较为平缓，当交叉口内主路纵坡达到一个较大值，变为随上游来水流量增大而增大。
2）在下游壅水的情况下，当仅主路下游道路末端壅水顶托时，流量分配比随着主路下游道路弗汝德数增加而减小；当主路和支路下游都受壅水顶托时，流量分配比受支路和主路下游道路的弗汝德数影响而变化的趋势相同，均随主路下游弗汝德数的增加而在较小范围内波动。
3）在自由出流条件下，交叉口下游路缘石转弯处流线急剧转向，形成水跃，造成交叉口局部水深过高，易成为交叉口行泄风险最不利区域；在仅主路下游壅水条件下，受主路下游道路水位顶托影响，在交叉口内发生流态转变，形成水跃，且在同一顶托水深条件下，水跃位置随上游来水流量的增加而向下游推移。
4）与现有未考虑道路横向坡度及转弯半径的试验对比实验结果表明：在自由出流条件下，道路交叉口流量分配受横坡等细部结构影响大，流量分配特征以及分配比与不考虑道路横坡的情况显著不同；而在下游壅水顶托条件下二者差异性较小，说明在道路陡坡急流的情况下，交叉口流量分配计算应考虑道路横坡的影响以获得更高精度。
②道路交叉口流量分配统计学模型
针对现有统计学模型未考虑道路横坡及转弯半径对于交叉口流场的影响这一局限性，基于水工试验结果，综合采用多元线性回归和岭回归分析，识别不同边界条件及设计参数下交叉口流场特征，构建了交叉口流量分配统计学数学模型，探究了边界条件影响下的无量纲参数间变化规律。与现有统计学模型对比模拟效果表明，考虑道路横坡等实际结构的交叉口统计学模型，在自由出流条件下更能反应本文工况条件下的流量分配特征。
③道路交叉口二维数学模型
针对于统计学模型在复杂交叉口的类型和极端水力条件下拟合效果不佳的问题，考虑到交叉口流场的二维流动特征，构建了交叉口二维流体力学模型，以提高交叉口流量分配模型模拟精度。依据物理试验交叉口流量规律和水力学知识，通过延长下游道路计算区域范围，提出了一种利用曼宁公式构造出流曲线，然后确定二维模型道路下游计算域范围及边界条件的方法。并与统计学模型对比模拟效果，验证了其可以有效的弥补统计学模型在陡坡自由出流等复杂情景下的精度不足。
④耦合集成交叉口流量分配和SWMM模型的道路排水设计方法及案例应用
基于统计学模型高效率、低精度而二维模型高精准、效率较低的特征，提出了不同流态条件下的流量分配计算的最佳建模方式；并将交叉口流量分配计算与城市雨洪模型SWMM耦合集成，实现了道路地表水力计算与排水管道水力计算的同步，建立了地表道路行泄通道与城市排水管网水力耦合的道路大排水系统设计方法。以重庆某山地城市为案例，探讨了本研究的实际应用价值。基于本研究的模型和方法将研究区域道路大排水系统与管道进行耦合，对现有道路行泄通道进行了排涝能力评估，提出了改造方案，实现了内涝防治标准的提高。