不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)簡(jiǎn)化水力模型構(gòu)建方法
【專(zhuān)利摘要】一種不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)簡(jiǎn)化水力模型構(gòu)建方法，屬于市政工程【技術(shù)領(lǐng)域】。確定城市下凹式立交橋區(qū)域高匯水區(qū)和低匯水區(qū)的匯水范圍和高精度DEM的方法，并作為模型的地表高程輸入條件；并通過(guò)降雨扣損的形式簡(jiǎn)化模型管網(wǎng)的輸入；采用計(jì)算機(jī)水力模型實(shí)現(xiàn)對(duì)不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害情景進(jìn)行模擬；根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果確定改造設(shè)施方案。該方法闡述了不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)簡(jiǎn)化水力模型構(gòu)建方法，可以對(duì)不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害情景進(jìn)行模擬，并能對(duì)現(xiàn)狀橋區(qū)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估。該方法使水力模型用于分析下凹式立交橋積水災(zāi)害的原因成為可能，為下凹式立交橋改造及規(guī)劃提供理論依據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)簡(jiǎn)化水力模型構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)簡(jiǎn)化水力模型構(gòu)建方法，屬于市政工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]為了解決城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)的問(wèn)題，應(yīng)科學(xué)分析不同城市規(guī)劃區(qū)域產(chǎn)生內(nèi)澇災(zāi)害的原因。在強(qiáng)降雨條件下城市下凹式立交橋區(qū)發(fā)生嚴(yán)重積水可以導(dǎo)致交通堵塞甚至癱瘓，由于城市下凹式立交橋所處地理位置的重要性以及其排水設(shè)施的特殊性，必須從規(guī)劃設(shè)計(jì)階段對(duì)解決城市內(nèi)澇問(wèn)題制定解決方案。為了科學(xué)分析城市下凹式立交橋區(qū)產(chǎn)生內(nèi)澇災(zāi)害的原因，需要通過(guò)構(gòu)建不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)內(nèi)澇模型，以便分析城市下凹式立交橋區(qū)的內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和提出解決策略。城市下凹式立交道路的下穿部分往往是所處匯水區(qū)域最低洼的部分，雨水徑流匯流至此后再無(wú)其他出路，只能通過(guò)泵站強(qiáng)排至附近河湖等水體或雨水管道中，如果排水不及時(shí)，必然會(huì)引起嚴(yán)重積水。研究發(fā)現(xiàn)城市下凹式立交橋匯水區(qū)域在低重現(xiàn)期暴雨條件下一般是低匯水區(qū)域的暴雨徑流進(jìn)入排水泵站，而在高重現(xiàn)期暴雨條件下一般是低匯水區(qū)域加上部分高區(qū)的暴雨徑流進(jìn)入排水泵站，所以構(gòu)造城市下凹式立交橋區(qū)內(nèi)澇模型具有一定復(fù)雜性。因?yàn)樵诓煌┯昵榫跋?，城市下凹式立交橋區(qū)匯水流域范圍是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，只有掌握不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)簡(jiǎn)化水力模型構(gòu)建方法，才能構(gòu)建好水力模型，更好地服務(wù)于規(guī)劃設(shè)計(jì)橋區(qū)排水設(shè)施，減少橋區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，為了準(zhǔn)確掌握不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)匯水流域范圍的城市下凹式立交橋區(qū)內(nèi)澇模型快速構(gòu)造方法，本發(fā)明涉及一種不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)簡(jiǎn)化水力模型構(gòu)建方法，屬于市政工程【技術(shù)領(lǐng)域】。其構(gòu)造過(guò)程主要涉及:確定城市下凹式立交橋區(qū)域高匯水區(qū)和低匯水區(qū)的匯水范圍和高精度DEM的方法，并作為模型的地表高程輸入條件；并通過(guò)降雨扣損的形式簡(jiǎn)化模型管網(wǎng)的輸入；采用計(jì)算機(jī)水力模型實(shí)現(xiàn)對(duì)不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害情景進(jìn)行模擬；根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果確定改造設(shè)施方案。該方法闡述了不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)簡(jiǎn)化水力模型構(gòu)建方法，可以對(duì)不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害情景進(jìn)行模擬，并能對(duì)現(xiàn)狀橋區(qū)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估。該方法使水力模型用于分析下凹式立交橋積水災(zāi)害的原因成為可能，為下凹式立交橋改造及規(guī)劃設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，因此，本方法具有很好的應(yīng)用前景。
[0004]一種不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)簡(jiǎn)化水力模型構(gòu)建方法，其特征在于:所述方法具體步驟如下:
[0005](I)確定下凹式立交橋區(qū)高區(qū)、低區(qū)設(shè)計(jì)匯水流域范圍:
[0006](2)制作橋區(qū)高精度DEM，高精度DEM即數(shù)字地面高程模型:網(wǎng)格精度不低于5mX5m，橋區(qū)設(shè)計(jì)低區(qū)網(wǎng)格精度不低于ImXlm ;精確表達(dá)積水區(qū)的范圍和深度；
[0007](3)將高區(qū)和低區(qū)的DEM制作合并，構(gòu)成城市下凹式立交橋區(qū)內(nèi)澇模型的地表DEM輸入；
[0008](4)根據(jù)高區(qū)、低區(qū)的排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，分別計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨扣損量和凈雨量過(guò)程線(xiàn)，具體步驟如下:
[0009]根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》和下凹式立交橋高低區(qū)匯水流域內(nèi)地貌特征，確定城市下凹式立交橋高低區(qū)的地面集水時(shí)間T高區(qū)、T低區(qū)，地面徑流系數(shù)ψ高區(qū)、ψ低區(qū)，凈雨系數(shù)ε，并依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中的暴雨強(qiáng)度公式，和高低區(qū)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期ΡΚΚ、Ρ^Κ，計(jì)算出設(shè)計(jì)重現(xiàn)期下高低區(qū)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度qeK、qffiK(L/s ^hm2);分別計(jì)算得到高低區(qū)
的扣損值Q軀扣損、Q低區(qū)扣損；
【權(quán)利要求】
1.一種不同暴雨情景下城市下凹式立交橋區(qū)簡(jiǎn)化水力模型構(gòu)建方法，其特征在于:所述方法具體步驟如下: (1)確定下凹式立交橋區(qū)高區(qū)、低區(qū)設(shè)計(jì)匯水流域范圍: (2)制作橋區(qū)高精度DEM，高精度DEM即數(shù)字地面高程模型:網(wǎng)格精度不低于5mX5m，橋區(qū)設(shè)計(jì)低區(qū)網(wǎng)格精度不低于ImXlm ;精確表達(dá)積水區(qū)的范圍和深度； (3)將高區(qū)和低區(qū)的DEM制作合并，構(gòu)成城市下凹式立交橋區(qū)內(nèi)澇模型的地表DEM輸A ； (4)根據(jù)高區(qū)、低區(qū)的排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，分別計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨扣損量和凈雨量過(guò)程線(xiàn)，具體步驟如下: 根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》和下凹式立交橋高低區(qū)匯水流域內(nèi)地貌特征，確定城市下凹式立交橋高低區(qū)的地面集水時(shí)間TSg、Tisg，高、低區(qū)地面徑流系數(shù)Ψ SK、Ψ ，凈雨系數(shù)ε，并依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中的暴雨強(qiáng)度公式，和高低區(qū)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期!3^^、Pffig，計(jì)算出設(shè)計(jì)重現(xiàn)期下高低區(qū)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度q sjg、q (L/s.hm2);分別計(jì)算得到高低區(qū)的扣fe值Q軀扣損、Q低區(qū)扣損； Q軀扣損軀X 軀X ε Q低區(qū)扣損=q瓶X ψ瓶X ε 高低區(qū)扣損值的含義:由 于高低區(qū)管道的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期分別為PKK、P?κ，即認(rèn)為高低區(qū)管道的排水能力能應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期內(nèi)的降雨，把這些降雨以地表扣損的形式認(rèn)為等同于從高低區(qū)管道排除；通過(guò)扣損得到設(shè)計(jì)降雨地表凈流量；ε:凈雨系數(shù)，根據(jù)地貌特征所取的修正系數(shù)； (5)用模型軟件計(jì)算二維地表漫流，并用根據(jù)步驟(2)(3)制作的高精度DEM，生成二維模擬的柵格數(shù)據(jù)，利用從步驟(4)計(jì)算中得到扣損后的地表凈雨量進(jìn)行二維地表漫流計(jì)算；采用二維圣維南方程描述城市雨水地面徑流過(guò)程:
dh | e(uh) | e['，h) _ Q dt dx dy du du du d(h + Z,) mju2 +v2 ——+M——+ V——+￡—-~ + Cf-= O dt dx dydxh dv dv dv d(h + Zh) v^u2 + v2 ^ --l.u--l.V ——+ 2 —--- + c (-= 0 dt dx Dydy~ h 式中:h為網(wǎng)格型心處水深;u為X方向流速,m/s ;V為y方向流速,m/s ；cf為阻力系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103886151SQ201410117447
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】周玉文, 趙見(jiàn), 劉子龍 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)