[发明专利]一种城市不同下垫面减灾效应分析方法

摘要

本发明公开了一种城市不同下垫面减灾效应分析方法，步骤1、采用二维水动力数值模型模拟不同重现期的暴雨情境下的积水演变过程，分析城市现状条件下内涝风险分布情况，构建暴雨内涝计算模型；步骤2、根据城市土地利用现状，选取至少包括透水铺装、水平绿地及下凹式绿地布设、植草沟布设、屋顶绿化的几种下垫面排涝措施，分析其弹性抗涝效应；步骤3、分析不同下垫面措施的组合抗涝效应；步骤4、对于不同下垫面的排涝方案进行成本效益比较分析。本发明在高精度地形基础上考虑不同类型下垫面，建立精细化模型，对暴雨内涝进行可靠地仿真模拟。

主权项

1.一种城市不同下垫面减灾效应分析方法，其特征在于，该方法包括以下流程：步骤1、采用二维水动力数值模型模拟不同重现期的暴雨情境下的积水演变过程，分析城市现状条件下内涝风险分布情况；选取基于规则网格的二维水动力数值模型，进行边界条件设定和进行与计算保证模型稳定性相关的模型Courant数计算，模型Courant数计算公式如下：式中，C_R表示的Courant数，c表示波速，Δt表示时间步长，Δx表示网格间距，；构建与径流系数及糙率分区、排涝分区、雨水排出口及泵站布设、干湿水深条件设定相关的暴雨内涝计算模型，暴雨内涝计算模型具体方程为：连续方程：x方向动量方程：y方向动量方程：式中，h为总水头，h＝d+ζ，ζ表示水流底高程，d表示水深，p、q分别为x、y方向的流量通量，C为谢才系数，g为重力加速度，ρ_ω为水密度，P_a为大气压强；利用暴雨内涝计算模型采用正交网格对计算区域进行划分，以隐式交替方向对暴雨内涝计算模型连续方程和动量方程进行离散，各微分项和重要参数都采用中心差分格式，使Taylor级数展开的截断误差达二阶精度；采用有限差分法对离散的控制方程组进行求解；空间差分采用ADI逐行法对连续及动量方程分别进行时空上的积分，每个方向及每个单独的网格线产生的方程矩阵用追赶法求解；根据城市范围及其总面积，试算确定最终网格剖分精度和数量，并进一步基于相应的DEM数据进行地形插值；在地形数据处理及插值过程中，对于建筑物将其高度作折减概化处理；步骤2、根据城市土地利用现状，选取至少包括透水铺装、水平绿地及下凹式绿地布设、植草沟布设、屋顶绿化的几种下垫面排涝措施，分析其弹性抗涝效应：统计不同排涝方案对应的各级风险区尤其是高风险区的面积变化情况，并与城市现状内涝风险作对比；对排涝方案进行分批布设，运用MIKE Zero分别模拟各批次方案降雨积水演进过程，导入ArcGIS分析，并统计不同方案对应的区域内各级内涝风险区面积变化情况；步骤3、分析不同下垫面措施的组合抗涝效应：将选取的排涝方案进行两两组合布设，或进行多类型组合布设，对不同类型组合下垫面的排涝方案下的积水时空演进过程进行模拟，绘制对应于不同方案的内涝风险分布图；统计各方案对应的不同等级风险区占地面积情况，分析计算中高风险区相比于现状情况的面积减小比例，并与各个单项措施方案进行比较；步骤4、对于不同下垫面的排涝方案进行成本效益比较分析：比较相应的建造及维护投入成本，以排涝方案相比于现状条件高风险区和极高风险区内面积的减小值作为衡量方案抗涝效益的指标，综合比较各方案的成本效益情况；其中，分别对投入成本和抗涝效益指标数据进行标准化处理：对于抗涝效益指标：对于总投入成本：式中，x_ij表示不同方案对应指标的原始数据，y_ij表示相应的标准化值，且0≤y_ij≤100，x_max(i)和x_min(i)分别表示各方案对应指标的最大值和最小值，i＝1,2；标准化值越大，则方案效益越好，成本越低。