[发明专利]一种城市道路积涝流量过程线计算方法

说明书

本发明公开了一种城市道路积涝流量过程线计算方法，属于市政防灾技术领域。本发明包括初始化步骤、计算步骤和结果输出步骤，分别进行屋面排水计算、地表二维径流计算及雨水管网水动力计算，根据屋面雨水排水计算结果更新地表径流的入流流量，根据地表径流计算结果更新雨水管网的入流流量，根据雨水管网是否发生溢流反馈更新地表径流的积涝深度，如果雨水管网发生溢流，需要进行雨水管网和地表径流耦合计算，更新溢流地点和单位时间段内周围地点的积涝深度。本发明解决了屋面排水和地表径流之间的耦合计算问题以及雨水管网溢流和地表径流耦合计算问题。

技术领域

本发明属于市政防灾技术领域，具体涉及一种城市道路积涝流量过程线计算方法。

背景技术

城市内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象。造成内涝的客观原因是降雨强度大，范围集中。降雨特别急的地方可能形成积水，降雨强度比较大、时间比较长也有可能形成积水。由于城市降雨过程具有随机性，且由于城市雨水管网设计标准偏低，当城市降雨超过设计标准，将形成内涝，严重影响城市正常的生产生活。

在一场降雨过程中，城市道路积涝的流量过程线是设计城市暴雨应急排放系统的基础数据。城市道路积涝流量过程线反映了城市道路地表汇流流量在降雨过程中的随时间动态变化过程，是雨水管网提标改造的重要依据，是设计雨水应急排放系统的基础数据，对于提升城市应对洪涝灾害能力具有重要意义。

传统的计算方法(参见邹霞，刘佳明，张艳军等.城市地表雨水汇流运动波计算方法研究.水文.2015,35(2):12-16)主要根据圣维南二维水动力模型进行地表汇流计算，并考虑雨水水管网的动态排放过程。该方法的主要不足之处在于：(1)地表汇流计算过程中未考虑到城市地表人工构筑物的特征，建筑物的屋面雨水排放过程没有考虑；(2)地表汇流和雨水管网动态排放过程相互耦合关系考虑不足。当地表汇流流量大于雨水管网的排放能力时，雨水从检查井溢出并以压力流状态重新参与地表汇流过程，对于这种雨水溢流流量参与地表径流的再分配过程考虑不够。由于忽略了屋面排水方向和流量大小对于地表径流影响，对于雨水管网溢流问题假定溢流流量不重新参与地表径流过程，这种处理方式降低了计算精度，特别是在城市建筑物密度较大或降雨强度超过雨水管网设计标准发生雨水管网溢流状况时，计算过程和实际地表径流过程存在较大偏差。

发明内容

本发明目的是：提供一种暴雨城市道路积涝流量过程线计算问题方法，以解决了面排水和地表径流之间的耦合计算问题以及雨水管网溢流和地表径流耦合计算问题。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

初始化步骤：输入计算基础数据，包括指定区域内降雨数据、地表高程数据、建筑物平面数据及屋面排水形式、雨水管网基础数据，并对计算区域进行网格化分，设定计算时间步长及总的时间时长；

计算步骤：分别进行屋面排水计算、地表二维径流计算及雨水管网水动力计算，根据屋面雨水排水计算结果更新地表径流的入流流量，根据地表径流计算结果更新雨水管网的入流流量，根据雨水管网是否发生溢流反馈更新地表径流的积涝深度，如果雨水管网发生溢流，需要进行雨水管网和地表径流耦合计算，更新溢流地点和单位时间段内周围地点的积涝深度；

结果输出步骤：根据计算步骤的计算结果输出道路积涝流量及积涝深度，最新时间标识并重新判断时间是否达到设定时长，如果未达到设定时间，重新开始计算步骤，如果达到设定时间，结束本方法。

进一步而言，所述屋面排水计算为地表径流网格计算提供入流流量数据，包括以下步骤：

A-1)按照地表径流计算原理对屋面进行网格划分，得到房屋平面投影所在网格和通过各屋面雨水排水管与房屋平面投影所在网格相连通的各地表所在的地表径流计算网格，建立二维圣维南浅水方程并进行差分计算；