[发明专利]一种城市内涝排除系统的设计分析方法

摘要

本发明涉及一种城市内涝排除系统的设计分析方法，包括：确定计算域和控制方程；基础文件及相关参数设置；内涝积水点分析；设计排水源项；设计方案的内涝计算；排水源项优化；优化方案的内涝计算；判断；确定排涝方案。本发明将内涝排除系统的设计优化，简化为排水源项大小和位置的优化，依据排水源项确定雨水口、水泵的布置，实现以需定供，这是对之前的制定排涝方案后，再进行排涝安全分析和优化的一个很大改进，为排涝系统的设计、分析和优化提供技术指导和解决方案，保证城市道路行涝安全。

主权项

一种城市内涝排除系统的设计分析方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：确定计算域及控制方程的步骤：根据实际需要划定研究区域，根据研究区域的平面规划及基础地形数据，确定内涝的计算域，建立计算的模型控制方程，包括：连续性方程和动量方程，连续性方程为：动量方程为：式中：h为水深；t为时间；x和y为笛卡尔坐标；u和v分别为x和y方向的流速；、为基于水深的平均流速；S为点源流量；f为风阻力系数；g为重力加速度；η为河底高程；ρ0为水的相对密度；pa为大气压强；ρ为水的密度；τsx和τsy分别为自由表面的风对水面的剪切应力在x和y方向上分量；τbx和τby为底床摩擦应力项在x和y方向上分量；sxx、sxy、syx和syy为辐射应力的分量；Txx、Txy、和Tyy为侧向应力项；us、vs为源汇项水流的流速；基础文件及相关参数设置的步骤：对计算域进行地形处理，确定计算域的地面糙率，确定内涝防治标准，进行降雨设置；内涝积水点分析的步骤：对计算域内未设置任何排水设施的情况进行二维平面产汇流计算，获取易出现积水的位置及积水深度；设置排水源项的步骤：根据初步分析的易积水位置，配置数值为负的点源流量，在动量方程中用S表示；设计方案的内涝计算的步骤：对设置排水源项的工况进行二维平面数值计算，获取配置排水源项的积水位置、积水深度及积水时间，确认是否满足规范要求；排水源项优化的步骤：如果设计方案不满足规范要求，则对排水源项的大小、位置和时间进行优化，即增大排水源项的数值、优化排水源项的布置或排水源项的启动时间，确定优化方案；优化方案的内涝计算的步骤：对优化方案进行二维平面数值计算，分析计算域内的积水位置、积水深度及积水时间；判断的步骤：根据内涝计算结果判断是否满足规范的要求，如果“是”则进入下一步骤；如果“否”则回到“排水源项优化的步骤”；确定排涝方案的步骤：根据最终优化的排水源项，进行雨水口、水泵的布置；计算过程中，给定的是某一节点处的排水能力Qi，如果Qi是随时间不变的恒定值，则在该处应设置雨水口，雨水口的数量，式中：q为雨水口的排水能力；如果Qi是某一时刻突然由零变为负值，则应该在该处配置电泵，电泵的数量，式中：Qp为电泵的额定流量，电泵的启动时间即为Qi变为负值的时刻。