复杂地表特征下的城市雨洪模拟优化研究

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基于城市雨洪数值模型绘制洪涝淹没图是城市降雨洪涝灾害防灾减灾的有效途径之一。城市洪涝淹没图是一个综合结果,受较多因素影响,如何快速准确建模对城市雨洪模型发展具有重要意义。通过一维二维耦合雨洪模型,研究城市地形数据精度、地表特征物概化及地表糙率概化对洪涝淹没图的影响。应用6点Abbott-Ionescu格式离散圣维南方程组(Saint-Venant equations),并用追赶法求解一维排水管网模型;应用隐式交替差分格式(Alternating direction implicit method)离散二维浅水方程组,并用ADI逐行法求解二维地表漫流模型。采用堰流方程、孔口方程计算不同状况下的检查井处流量交换进行一维二维模型耦合。通过研究区域历史内涝事件验证模型具有良好适用性。在此基础上定性定量分析10年和2年重现期降雨条件下不同因素对洪涝淹没图的影响,结论如下:(1)70m精度地形模拟结果与17m精度地形结果淹没面积相差较大,淹没区域重合部分较小,观测点水深随时间演进存在显著区别;35m精度地形与17m精度地形结果淹没面积相差较小,淹没区域有较大重合部分,且观测点水深随时间演进一致。(2)使用综合曼宁值模拟结果与使用曼宁图模拟结果吻合较好,淹没范围重合度高,特征点洪涝演进一致,且淹没点最大水深差值较小。表明在城市洪涝数值模拟中,合理的综合曼宁值可代替利用土地利用图制作的曼宁图表征地表糙率。(3)从地表淹没范围、淹没面积、淹没点最大积水深度三个方面分析,发现城市地表漫流模拟中建筑物对浅水流动的影响明显大于城市地表道路路网,若不考虑建筑物的影响,会导致局部内涝点退水过程显著提前。表明地表特征物概化中建筑物更具影响性。
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