CN106126846A - 一种城市地下空间进水的模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市地下空间进水的模拟方法，包括如下步骤：S1、获取地下空间的基础参数；S2、建立地下空间与地面要素之间的拓扑关系；S3、计算地下空间的进水流量；S4、计算地下空间积水深度。本发明的模拟方法是一种简单易行的模拟地下空间进水的方法，通过与地面洪涝仿真模型结合，可以快速评估城市地下空间是否会发生进水，以及一旦进水后的淹没程度。且该方法所需的基础资料均为地下空间最基本的特征参数，在资料缺乏的区域还可以通过遥感影像、设计规范或实地调查快速获得，易于在城市洪涝风险评估中应用。

Description

一种城市地下空间进水的模拟方法

技术领域

本发明属于给排水技术领域，尤其涉及一种城市地下空间进水的模拟方法。

背景技术

20世纪60、70年代以来，为有效解决或缓解城市可持续发展过程中土地资源紧张、人口密度过高、交通拥挤等“城市综合症”问题，伦敦、纽约、东京、巴黎、北京、上海等大城市，都对城市空间进行了立体化开发，建设了大量地铁线路、地下停车场、地下商场和地下公共设施。近年来，受气候变暖以及大规模城镇化导致的“热岛效应”和“雨岛效应”的影响，全球范围内由于堤坝溃决、暴雨内涝等造成的城市洪涝灾害频发，城市地下空间因地势低的“先天”弱势，受城市洪涝袭击而被淹受灾严重。

城市中的地下空间包括地下商场、广场、地铁、车库、人行过街通道、隧道和车行下立交等，在遭受暴雨洪灾时，这些城市地下空间是否会进水、进水量和积水深度对城市洪涝程度有着重要的影响，针对城市地下空间进水进行模拟研究，对城市洪涝仿真模型的建立至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城市地下空间进水的模拟方法，旨在解决现有技术中缺乏对地下空间进水的模拟的问题。

本发明是这样实现的，一种城市地下空间进水的模拟方法，包括如下步骤：

S1、获取地下空间的基础参数；

S2、建立地下空间与地面要素之间的拓扑关系；

S3、计算地下空间的进水流量；

S4、计算地下空间积水深度。

优选的，步骤S1中的基础参数包括底高程、净高、面积、面积修正值、排水泵站能力、入口数量及各个入口的宽度、挡水建筑高度、入口地面高程。

优选的，所述地下空间与地面要素之间的拓扑关系包括地下空间与地面网格、道路通道和道路节点之间的空间对应关系。

优选的，步骤S3中地下空间的进水流量的计算公式为：

$Q_j^{T+DT}=\mathrm{\σ}m\sqrt{2g}{h_j}^{3/2}---\left(1\right)$

式中：T为时刻，DT为计算时间步长，j为地下空间入口的编号，为在T+DT时刻挡水建筑物堰顶的单宽流量，σ为宽顶堰淹没出流系数，m为宽顶堰流量系数，g为重力加速度，h_j为挡水建筑物所在位置的堰顶水深。

优选的，步骤S4中地下空间积水深度的计算公式为：

$H_i^{T+DT}=H_i^T+\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_j^{T+DT}{B}_j}{A_i\left(1-{\mathrm{AXY}}_i\right)}---\left(2\right)$

式中，T为时刻，DT为计算时间步长，i为地下空间的编号，j为地下空间入口的编号，为在T+DT时刻第i个地下空间的积水深度，为在T时刻第i个地下空间的积水深度，n为地下空间入口总数，为在T+DT时刻挡水建筑物堰顶的单宽流量，B_j为第j个入口的宽度，A_i为地下空间的总面积，AXY_i为地下空间的面积修正率。

本发明克服现有技术的不足，提供一种城市地下空间进水的模拟方法，该方法是一种简单易行的模拟地下空间进水的方法，通过与地面洪涝仿真模型结合，可以快速评估城市地下空间是否会发生进水，以及一旦进水后的淹没程度。且该方法所需的基础资料均为地下空间最基本的特征参数，在资料缺乏的区域还可以通过遥感影像、设计规范或实地调查快速获得，易于在城市洪涝风险评估中应用。

附图说明

图1是本发明城市地下空间进水的模拟方法的步骤图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例提供了一种城市地下空间进水的模拟方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、获取地下空间的基础参数；

具体的，城市中的地下空间包括地下商场、广场、地铁、车库、人行过街通道、隧道和车行下立交等，在有地下空间存在的区域，需要为每个空间赋其底高程、净高、面积、面积修正率、排水泵站能力、入口数量及各入口的宽度、挡水建筑物高度、入口处地面高程等参数。这些参数均直接影响地下空间是否可能进水、一旦进水时的进水量和积水深度。

S2、建立地下空间与地面要素之间的拓扑关系；

由于地下空间进水的模拟需要依托城市地面洪涝模拟结果，所以需要建立地下空间与地面计算要素之间的拓扑关系。本方法建立的是地下空间与地面网格、道路通道和道路节点之间的空间对应关系，这些对应关系共三类：

与网格对应，如地下商场、地下广场、地铁站等面积较大的地下空间，可能与一个或多个网格对应。需要说明的是，本实施例所述网格指的是将地面区域分隔成多个纵横排列的网格。

与道路通道对应，如地下隧道等线性的地下空间，可能与一条或多条道路通道对应。

与道路节点对应，如车行下立交、人行过街通道等点状的地下空间，一般与某一个道路节点或某个网格对应。

S3、计算地下空间的进水流量；

通过比较地下空间所在网格或道路的地面水位与入口处挡水建筑物的高度判断该地下空间是否会进水。当地面水位超过挡水建筑物顶高程时，发生进水，并按堰流公式计算流入地下空间中的流量，计算公式为：

$Q_j^{T+DT}=\mathrm{\σ}m\sqrt{2g}{h_j}^{3/2}---\left(1\right)$

式中：T为时刻，DT为计算时间步长，j为地下空间入口的编号，为在T+DT时刻挡水建筑物堰顶的单宽流量，σ为宽顶堰淹没出流系数，m为宽顶堰流量系数，g为重力加速度，h_j为挡水建筑物所在位置的堰顶水深。

S4、计算地下空间积水深度。

地下空间的积水深度通过积水量除以面积获得，同时考虑地下空间内的建筑物对积水面积的修正作用，其计算公式为：

$H_i^{T+DT}=H_i^T+\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_j^{T+DT}{B}_j}{A_i\left(1-{\mathrm{AXY}}_i\right)}---\left(2\right)$

式中，T为时刻，DT为计算时间步长，i为地下空间的编号，j为地下空间入口的编号，为在T+DT时刻第i个地下空间的积水深度，为在T时刻第i个地下空间的积水深度，n为地下空间入口总数，为在T+DT时刻挡水建筑物堰顶的单宽流量，B_j为第j个入口的宽度，A_i为地下空间的总面积，AXY_i为地下空间的面积修正率。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：该方法是一种简单易行的模拟地下空间进水的方法，通过与地面洪涝仿真模型结合，可以快速评估城市地下空间是否会发生进水，以及一旦进水后的淹没程度。且该方法所需的基础资料均为地下空间最基本的特征参数，在资料缺乏的区域还可以通过遥感影像、设计规范或实地调查快速获得，易于在城市洪涝风险评估中应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种城市地下空间进水的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取地下空间的基础参数；

S2、建立地下空间与地面要素之间的拓扑关系；

S3、计算地下空间的进水流量；

S4、计算地下空间积水深度。

2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，步骤S1中的基础参数包括底高程、净高、面积、面积修正值、排水泵站能力、入口数量及各个入口的宽度、挡水建筑高度、入口地面高程。

3.根据权利要求1或2所述的模拟方法，其特征在于，所述地下空间与地面要素之间的拓扑关系包括地下空间与地面网格、道路通道和道路节点之间的空间对应关系。

4.根据权利要求3所述的模拟方法，其特征在于，步骤S3中地下空间的进水流量的计算公式为：

$Q_j^{T+DT}=\mathrm{\σ}m\sqrt{2g}{h_j}^{3/2}---\left(1\right)$

式中：T为时刻，DT为计算时间步长，j为地下空间入口的编号，为在T+DT时刻挡水建筑物堰顶的单宽流量，σ为宽顶堰淹没出流系数，m为宽顶堰流量系数，g为重力加速度，h_j为挡水建筑物所在位置的堰顶水深。

5.根据权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，步骤S4中地下空间积水深度的计算公式为：

$H_i^{T+DT}=H_i^T+\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_j^{T+DT}{B}_j}{A_i(1-{\mathrm{AXY}}_i)}---\left(2\right)$

式中，T为时刻，DT为计算时间步长，i为地下空间的编号，j为地下空间入口的编号，为在T+DT时刻第i个地下空间的积水深度，为在T时刻第i个地下空间的积水深度，n为地下空间入口总数，为在T+DT时刻挡水建筑物堰顶的单宽流量，B_j为第j个入口的宽度，A_i为地下空间的总面积，AXY_i为地下空间的面积修正率。