北京市典型城区人工模拟降雨---暴雨洪水模拟分析

【摘要】选取北京市典型小区，计算不同频率设计暴雨下小区排水效果以及积水、道路坡面流等情况，同时进行不同情景下的洪水模拟并评价其影响，包括改凸式绿地为平式和凹式、设置蓄洪区等。模拟计算的结果显示，以上3种方式对入渗、径流、洪峰流量、坡面流等均有较大影响，作为城市防洪排水的重要辅助措施，可以极大地缓解排水管道压力，同时划减洪峰、增加入渗。

【关键词】暴雨洪水；凹式绿地；蓄水池；人工模拟降雨

1引言

随着城市化进程的加快，城区下垫面条件发生了很大变化，而排水管网的铺设直接改变了当地产汇流条件，引起雨洪径流量的加大，洪峰流量加高，峰现时间提前等，加剧了城市本身及下游地区防洪负担。另外，大量水体短时间内无法排走，则在城区低洼处形成积水，严重影响交通和人民的生产生活。北京2004年7月份的几场暴雨致使城区数十处严重积水，

城市交通瘫痪长达十几个小时，造成巨大的损失和不良的影响。

为了实现对暴雨雨水的有效管理，必须对雨水径流过程和地面积水有更深人的认识、准确的预测和模拟。这方面的进展集中体现在当今众多的城市污水、暴雨雨水模型。人工模拟降雨暴雨洪水管理模型是一个动态的降雨径流模拟模型，可以进行城市地区某一场次或者长期的水质和水量的模拟，该模型曾在我国天津、上海等地区有过应用。选择北京典型城市小区l个，对不同设计暴雨条件下地面积水情况和管网的排水能力，以及各种雨洪应对能力改善措施的效果进行计算分析，为城区防洪排涝提供技术支持。

模型简介

该人工模拟降雨系统是一个综合性的数学模型，它可以模拟完整的城市降雨径流过程，包括地面径流和排水系统中的水流、雨洪的调蓄处理过程。模型输出可以显示系统内和受纳水体中各点的水流和水质状况。

(1)子流域概化。一般将一个流域划分成若干个子流域，根据各子流域的特性分别计算其径流过程，并通过流量演算方法将各子流域的出流组合起来：各子流域概化成不透水面积和透水面积两部分，以反映不同的地表特性。

(2)地表产流计算。对不透水地表净雨量，只需从降雨过程中扣除初损（主要是填洼量）即可。在未满足初损前，地表不产流，一旦初损满足，便全面产流。对透水地表，除填洼损失外，还有人渗的损失，模型2种方法计算人渗量。

(3)地表汇流计算。地表汇流演算的任务是把各个子流域的净雨过程转化成流域的出流过程，它是通过把子流域的3个组成部分近似作为非线性水库处理而实现的，即联立求解曼宁方程和连续方程。

(4)排水系统流量演算。主要是通过输送模块和扩展输送模块来进行排水系统的演算，求解圣维南方程组。

在世界范围内被广泛用于城市地区暴雨洪水、合流式下水道、排污管道以及其它排水系统的规划、分析和设计．在非城市地区也有着很多应用。

3模型输人及参数设定

选择北京市海淀区--典型城市小区进行模拟分析，总面积46.7万耐，区内包括住宅区、办公楼、广场、草坪、道路、河流等，地势南高北低，地面情况复杂。其中，不透水部分面积为14.4万m2，占总面积的30.8%，透水部分面积占总面积的69.2％。区内排水管网主要沿道路设置，沿小区西侧南北向主路下铺有两条干管，分设在道路两侧，至东西主路西排人河道;小区东侧南北向路下铺有一条干管，与东西向主路下干管汇合后西人河道；支管线则四通八达，分别就近汇人干管的节点处。整个模拟区域共划分排水小区162个、节点244个（其中90个为检修孔，154个为雨水口）、管道245条（其中212条为地下管线，33条为道路）、32个流量控制设施（模拟雨蓖处泄水能力）、l个出水口（河道人口）。