不同暴雨情景下城市下凹式立交桥区简化水力模型构建方法

摘要

一种不同暴雨情景下城市下凹式立交桥区简化水力模型构建方法，属于市政工程技术领域。确定城市下凹式立交桥区域高汇水区和低汇水区的汇水范围和高精度DEM的方法，并作为模型的地表高程输入条件；并通过降雨扣损的形式简化模型管网的输入；采用计算机水力模型实现对不同暴雨情景下城市下凹式立交桥区内涝灾害情景进行模拟；根据模型计算结果确定改造设施方案。该方法阐述了不同暴雨情景下城市下凹式立交桥区简化水力模型构建方法，可以对不同暴雨情景下城市下凹式立交桥区内涝灾害情景进行模拟，并能对现状桥区设计方案进行评估。该方法使水力模型用于分析下凹式立交桥积水灾害的原因成为可能，为下凹式立交桥改造及规划提供理论依据。

主权项

1.一种不同暴雨情景下城市下凹式立交桥区简化水力模型构建方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：（1）确定下凹式立交桥区高区、低区设计汇水流域范围：（2）制作桥区高精度DEM，高精度DEM即数字地面高程模型:网格精度不低于5m×5m，桥区设计低区网格精度不低于1m×1m；精确表达积水区的范围和深度；（3）将高区和低区的DEM制作合并，构成城市下凹式立交桥区内涝模型的地表DEM输入；（4）根据高区、低区的排水管网设计重现期，分别计算设计暴雨扣损量和净雨量过程线，具体步骤如下：根据《室外排水设计规范》和下凹式立交桥高低区汇水流域内地貌特征，确定城市下凹式立交桥高低区的地面集水时间T_高区、T_低区，高、低区地面径流系数Ψ_高区、Ψ_低区，净雨系数ε，并依据《室外排水设计规范》中的暴雨强度公式，和高低区对应的设计重现期P_高区、P_低区，计算出设计重现期下高低区对应的设计暴雨强度q_高区、q_低区（L/s·hm²）；分别计算得到高低区的扣损值Q_高区扣损、Q_低区扣损；Q_高区扣损=q_高区×Ψ_高区×εQ_低区扣损=q_低区×Ψ_低区×ε高低区扣损值Q_高区扣损、Q_低区扣损的含义：由于高低区管道的设计重现期分别为P_高区、P_低区，即认为高低区管道的排水能力能应对设计重现期P_高区、P_低区内的降雨，把这些降雨以地表扣损的形式认为等同于从高低区管道排除；通过扣损得到设计降雨地表净流量；ε：净雨系数，根据地貌特征所取的修正系数；（5）用模型软件计算二维地表漫流，并用根据步骤（2）（3）制作的高精度DEM，生成二维模拟的栅格数据，利用从步骤（4）计算中得到扣损后的地表净雨量进行二维地表漫流计算；采用二维圣维南方程描述城市雨水地面径流过程：$\frac{\partial h}{\partial t}+\frac{\partial \left(\mathrm{uh}\right)}{\partial x}+\frac{\partial \left(\mathrm{vh}\right)}{\partial y}=0$$\frac{\partial u}{\partial t}+u\frac{\partial u}{\partial x}+v\frac{\partial u}{\partial y}+g\frac{\partial (h+Z_b)}{\partial x}+c_f\frac{u\sqrt{u^2+v^2}}{h}=0$$\frac{\partial v}{\partial t}+u\frac{\partial v}{\partial x}+v\frac{\partial v}{\partial y}+g\frac{\partial (h+Z_b)}{\partial y}+c_f\frac{v\sqrt{u^2+v^2}}{h}=0$式中：h为网格型心处水深，m；u为x方向流速，m/s；V为y方向流速，m/s；c_f为阻力系数。