"030704"南京市特大暴雨内涝灾害的仿真模拟

以城市地表与河道水流运动为主要模拟对象,以二维非恒定流基本方程为骨架,对小于离散网格尺度的排水渠涌或河道,结合一维明渠非恒定流方程的算法,设计了城市暴雨内涝数学模型,并应用于南京市.根据该市的地形、地貌及排水系统特征概化仿真系统的各类参数,对2003年7月4-5日发生在南京市的特大暴雨过程进行模拟,取得较好效果.模拟的积水误差主要分布在20 cm以内,大约占84%,但也不应忽视有11%的网格模拟的积水误差大于30 cm.     

城市洪涝模型及CPU-GPU异构并行计算技术研究进展

在全球气候变暖和城市化背景下，城市洪涝问题日益严峻。为尽可能减少城市洪涝灾害造成的损失，提高城市对突发性强降雨事件的应急处理水平，开展城市洪涝数值模拟技术研究具有十分重要的意义。本文从城市洪涝精细化和高效模拟角度出发，综述了城市洪涝模型、CPU-GPU异构并行计算的研究进展，系统总结了产汇流模型、一维河道/管网模型、二维地表模型、耦合模型、快速城市洪涝模型的构建方法和CPU-GPU异构并行计算的关键技术。针对当前城市洪涝模型研究中的不足之处，需要开展城市洪涝过程全物理机制模拟研究，深入分析全水动力城市洪涝模型的适用性、模拟精度和计算效率；还需基于异构并行计算技术，实现城市洪涝模型一维河道/管网、二维地表淹没的快速模拟，为城市暴雨洪涝精细化与高效模拟奠定基础。     

天津市城区暴雨沥涝仿真模拟系统

天津市城区暴雨沥涝仿真模拟系统，包括暴雨沥涝仿真模型和信息前后处理系统。其中仿真模拟以二维非恒定水力学模型为基础，采用无结构不规则网格，能够反映城区复杂地形、地貌和建筑物等特点，模型可与气象部门的雨量监测和预报信息相结合，直接利用降雨信息进行城区沥涝仿真模拟，并实现了城市暴雨内涝的地面积水与管道水体相结合的模拟，它所提供的市区暴雨沥涝过程、积水分布、积水深度、积水时间等计算结果，可为各级领导减灾决策和市民防灾等提供依据和参考；仿真模型的信息前后处理系统，使仿真模型更加完整和实用，通过管理仿真模型的各类信息，实现信息的查询和修改等各项功能。     

自然排水区域内涝模拟技术研究

平原河网地区降雨过程中地面汇集、蓄滞,最终排出到河道是一个复杂的过程,不仅受地形的影响、还受外河水位影响,单纯的一维水动力模型或二维水动力模型无法模拟地面积水与河道水位的同步、实时变化。为了准确模拟降雨过程中自流排水区域地面汇流和河道水位的变化过程、优化区域河道布局规模和调度方式,本文综合一、二维水动力数学模型的优点,将河道与地面进行侧向耦合计算,地面低洼区域与河道进行正向耦合计算,模拟不同工况条件下区域内涝分布情况。结果表明：一、二维水动力数学模型侧向耦合和正向耦合技术可以模拟自然排水区域内涝实时分布情况,并可对不同河道规模和调度方式下区域内涝风险进行判别,为区域城市河网水系布局规划提供技术支撑。     

山区宽窄相间河道平面二维水流数值模拟

针对山区河道受地质条件及河床演化的影响,其平面形态常呈现宽窄相间的渐变形态特征,采用贴体坐标法剖分正交贴体曲线网格求解域,用有限体积法离散控制方程,以SIMPLER计算程式求解耦合方程,建立山区宽窄相间河道平面二维水流数学模型。将模型计算值与宽窄相间水槽水流试验实测值及水动力学SMS软件计算结果进行比较,结果表明:该模型能够较好地模拟宽窄相间河道平面二维水流运动特性,宽窄相间河道河宽渐变将引起水深和流速的变化,在河道最窄处水深降到最低,流速最大;在河道最宽处水深达到峰值,流速最小。     

泰东河流域降雨汇流数值模拟研究

为提高降雨汇流过程计算的精度与准确性,在对现有技术条件进行分析的基础上,提出采用水动力模型进行数值模拟的计算方案。以泰东河流域为对象建立模型,并进行了降雨汇流过程的平面二维水动力数值模拟,计算了给定条件下降雨汇流过程的发生发展过程。研究结果表明:与水文计算中采用的单位线法、等流时线法等常规方法相比,采用平面二维水动力数值模拟技术能够较为真实地表现流域降雨汇流发生发展的完整过程。     

基于MIKE SHE模型的平原区流域暴雨内涝模拟

暴雨内涝是平原区主要的洪涝灾害。由于平原区流域地面坡度平缓、河道分布密集,坡面及河道汇流速度慢、洪水历时长,构建符合平原区产汇流机制的内涝模型为暴雨内涝模拟的重要内容。本文以山东省平原河道洙赵新河为例,考虑下游湖水位及前期影响雨量等影响因素,建立了基于地面高程、下垫面条件及河流水系等要素的MIKE SHE分布式水文模型,经率定验证后,模拟流域内涝过程,预警易涝区域,计算内涝水量,为平原区流域暴雨内涝模拟提供参考。     

分区层化立体多重天津城市暴雨内涝模型研究

该文以城市下垫面空间差异性分区为重点,重新构建天津城市暴雨内涝模型,以城市地表与明渠河道水流运动为主要模拟对象,基本控制方程以平面二维非恒定流的基本方程为骨架,将河网、路网、管网和社区的计算网格分层划分,形成相对独立的河网、路网、管网和社区的计算模拟体系,形成分区分层和立体多重的模型计算模式。针对2018年7月24日台风"安比"降雨过程造成的天津城区内涝灾害,结合自动积水监测数据,对模型模拟结果进行验证,结果表明,内涝模型模拟的积水监测点最大积水深度与实况积水深度平均绝对误差小于0.1m,模拟积水过程与实况积水过程变化趋势基本一致,一致指数达到77%,模型具有一定的模拟精度。     

天然河道淹没丁坝群水深平均平面二维数学模型研究

本文根据平面二维水深平均水流运动方程组，利用控制体积法离散方程 并运用SIMPLER程式求解，研究了天然河道淹没了丁坝群水流计算平面二维数学模型，针对正交丁坝和非正交丁坝提出了各自的处理办法，同时分析计算河道进口流速分布规律，此数学模型经水槽试验资料和长江八卦洲河段物理模型实测资料验证，计算值和实测值符合良好。     

复杂山区暴雨洪水数值模拟方法研究

针对具有复杂地形的暴雨山洪数值模拟,基于考虑降雨和下渗的二维浅水方程,采用Godunov型有限体积法,建立暴雨山洪二维水动力学数值模型,提出了新的水深重构方法,解决了复杂地形上暴雨山洪数值模拟常面临的计算水深小于零、非物理大流速等问题。算例研究结果表明,该模型计算稳定性好、计算效率高,具有较好的推广应用价值。     

RISK ANALYSIS AND MANAGEMENT OF URBAN RAINSTORM WATER LOGGING IN TIANJIN

1. INTRODUCTION On December 11, 1989, the United Nations propounded that the last ten years of the 20th century were the international years of disaster reduction. Reduction of natural disasters has caught world wideattention. Flood and water logging disa…     

基于SWMM的南昌青山湖片区内涝积水模拟

对江西省南昌市青山湖区的排水管网、道路和河道水系等进行了概化,采用SWMM软件对重现期为1,2,5,10 a一遇和50 a一遇的暴雨排水情形进行了模拟,得到了积水深度、积水面积和积水时间等因素,在衡量内涝积水严重程度时需综合考虑。结果表明,排水管网淹没出流时的顶托作用是导致内涝积水的重要原因。对于该区域,城市排水管网半淹没出流和自由出流对排水能力影响不大,但淹没出流导致管网排水能力急剧下降。     

基于GIS和SWMM模型的城市暴雨积水模拟

以海口市海甸岛片区为研究区域,对组成排水系统的排水管网、道路和河道水系等进行合理概化,构建了该片区排水管网水力模型,提出了基于GIS和SWMM的暴雨积水计算方法,采用3场实测暴雨进行模拟分析,所得内涝淹没位置与实际调研情况基本相符,表明本文所提出的方法具有良好的精度和可靠性;分别对重现期为1、2、5、10、20a设计暴雨情形下的管道节点溢流和积水深度进行模拟。结果表明:该模型较好地评估了该片区排水管网排水能力;另外对比了实测暴雨和设计暴雨的积水模拟结果,表明暴雨雨型对模拟结果有重要影响。     

城市雨洪综合模拟方法及应用

为综合模拟城市雨洪和分析其对区域内涝的影响,在Open MI异构模型集成平台上动态耦合河网水文水动力模型和城市排水管网水力模型,以上海14个水利分片之一的淀北片为例,建立了淀北片雨洪耦合模型,并应用此模型分析了不同雨潮组合对淀北片区域内涝的影响。淀北片雨洪综合模拟计算结果表明,雨洪综合模拟较真实地反映了感潮河网城市地区的内涝情况,可为城市防洪除涝工作提供参考。     

城市内涝灾害居民出行困难度评价

城市内涝灾害给城市居民生命、财产安全造成了严重威胁。以长春市南关区为例,以二维非定恒定流为基本骨架,以不规则网格概化地形,用一维非恒定流描述排水管网,建立了城市暴雨内涝数值模型。该模型包含产流模型、汇流模型、排水模型及内涝模型。以30 a,50 a,100 a一遇的暴雨情景,对居民出行困难度进行了评价。验证结果表明,构建模型与实例结果吻合度较高。所得结果可为相关部门采取应急措施缓解内涝导致的交通堵塞提供参考。     

基于关键参数耦合效应的城市排涝设计方法EI北大核心CSCD

为破解城市排涝规划设计中难以选择蓄涝水面率、暴雨历时的问题,提出了基于蓄涝水面率和暴雨历时2个关键参数耦合效应的设计方法,针对常规的平均排除法在部分工况下失效或得出的排涝流量偏小问题进行了改进。该方法能够协调较短历时暴雨及其后续降水过程中的排蓄关系,快速确定蓄涝水面率与暴雨历时耦合条件下的设计指标成果表,进而合理确定关键参数与设计指标的大小。以南昌市沙井电排区为例,借助MIKE模型分析改进前后排涝进程的差异,验证该方法的可靠性;该方法可以弥补常规方法的2个缺陷,实现关键参数耦合条件下的设计指标快速计算,解决其计算结果偏小、难以适应短历时集中强降雨的问题。     

BASIC THEORY AND MATHEMATICAL MODELING OF URBAN RAINSTORM WATER LOGGING

In this paper, a mathematical model for the urban rainstorm water logging was established on the basis of one- and two-dimensional unsteady flow theory and the technique of non-structural irregular grid division. The continuity equation was discretized with the finite volume method. And the momentum equations were differently simplified and dis-cretized for different cases. A method of “special passage” was proposed to deal with small-scale rivers and open channels. The urban drainage system was simplified and simulated in the model. The method of “open slot” was applied to coordinate the alternate calculation of open channel flow and pressure flow in drainage pipes. The model has been applied in Tianjin City and the verification is quile satisfactory.     

城市市政排水与区域排涝水动力耦合模型研究

针对有些城市(特别是沿海地区城市)遇大到暴雨容易出现内涝的问题,经分析,主要是没有将城市排涝与城市的自然地理位置及其周边江河洪水的特性结合考虑,城市排水设计方法上的滞后性是城市内涝的原因之一。为解决这一问题,应用圣维南方程组,对明渠、雨水管道及田面汇流等多个排水系统的关键组成部分进行表达,通过彼此之间的联接关系,建立了城市市政排水与区域排涝的水动力耦合模型。实例应用表明,该模型能客观反映承泄区河道水位顶托及长历时暴雨对城市排水的影响,可广泛应用于城市排水的规划设计工作中。     

海绵城市建设的新途径-雨水雨能联合利用

针对城市内涝严重、水资源短缺、水环境恶化等水问题,讨论了海绵城市与雨水收集利用的关系,提出城市暴雨管理的一种新观点——雨水雨能联合利用(Co-use of Rain WaterRain Energy,RWRE)。以屋面雨水收集为例,给出了其水雨能联合收集利用模式,介绍了实现RWRE的雨能发电、雨水电化处理、积水助排等几项关键技术,并介绍了世界上第一座采用RWRE模式建成的雨水电站——位于金华市茂盛岩土工程有限公司厂区内的小型雨水雨能联合收集利用系统,分析了RWRE的应用前景。分析认为,相对于传统的雨水收集利用模式,RWRE具有环境友好、节能降耗、产投比高、能协同缓解城市水问题等优势,可以通过雨水管网连接和自然能互补发电两项措施分别解决RWRE雨水收集量不足和雨能品质差的问题,从而为海绵城市建设提供了一条新途径。