[发明专利]一种基于水文水动力学的区域内涝判别方法

说明书

本发明涉及一种基于水文水动力学的区域内涝判别方法。基于流体的连续性方程、曼宁公式以及水文学原理，通过下游排水管网极限水力负荷值与上游汇水流量的大小对比，判断区域内是否存在内涝风险。本发明实现了城市内涝的估算与预测，整个方法简单快速，可操作性强，符合海绵城市建设方针，具有很高的实用价值和广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及城市内涝防治领域。具体涉及一种基于水文水动力学的区域内涝判别方法。

背景技术

近年来，因国内外城市大暴雨频发而导致的洪涝灾害不仅严重的威胁到人们的生命财产安全，同时给国家和个人造成了巨大的经济损失。因此，内涝防治已成为城市防洪的重中之重。高度城市化所致的用地布局根本改变、极端气候的不断增加，极大的改变了水文循环模式，并且导致了城市径流总量、径流峰值不断增加，这不仅给城市排水管网的安全运行构成了严重威胁，同时也已经成为引发城市洪涝灾害的重要隐患。

世界范围内的城市都在为解决城市内涝问题而努力，研究城市内涝现状及在内涝预警及应急中所有面临的问题，城市内涝的研究结果对于气候特点、城市规模及排水系统现状像是的城市具有借鉴意义，对于城市暴雨内涝的研究，一方面有利于建设和完善城市内涝应急机制，最大限度的降低暴雨内涝所带来的交通拥堵等一系列的社会经济问题。另一方面对城市现有的排水系统进行风险评估，便于对城市排水系统中的薄弱环节进行整改，最大限度的降低城市内涝风险。现阶段主流评估内涝的方式一般采用数学模拟软件法，如SWMM、Infoworks等。但是由于现实中建模的周期较长，且设置参数复杂，使得数学模拟软件法不具备快速估算的能力，从而影响评估效率。一种简易的区域内涝判别方法对专业技术人员研究内涝风险具有现实意义。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是：提供一种基于水文水动力学的简易区域内涝判别方法，辅助专业技术人员判别城市内涝风险。从而达到响应海绵城市建设的目的。

本发明为一种基于水文水动力学的简易区域内涝判别方法。图1为排水管网原理，降雨时，雨水落入汇水区域S后，一部分被损耗，一部分形成径流流入检查井节点A，水流流过区域干管AB，最终由B点流出。

某节点是否发生溢流，主要取决于节点入流流量与节点出流流量。如图2所示，如果节点A的入流流量大于出流流量，则A节点的水位上涨，直至发生溢流，推理得该区域可能会发生内涝，反之则不会发生。根据此原理，联系实际推理可知，如果下游管道极限水力负荷Q（按满管流计算）小于上游汇水区域对应的流量（上游汇水流量）Q₁，则该区域内发生内涝，反之则不会。

雨天时，采用满管流量作为下游管道极限水力负荷Q。根据曼宁公式及连续性方程可知：

其中，Q为下游管道极限水力负荷，m²/s；v为流速，m/s；R为水力半径，m；i₁为水力坡度；A为水流断面面积，m²/s；D为圆管内径，m；n₁为粗糙系数；h₁为上游水头（图中为A点水压），m；h₂为下游水头（图中为B点水压），m；L为管长，m。

当圆管为钢筋混凝土管时，n=0.013，由式（1）可推得下游管道极限水力负荷。

当下游排水结构为钢筋混凝土矩形箱涵时，n=0.013，下游管道极限水力负荷采用式（4）：

其中，a为矩形箱涵高，m；b为矩形箱涵高，m。