本發(fā)明屬于給排水技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種城市地下空間進(jìn)水的模擬方法。

背景技術(shù)：

20世紀(jì)60、70年代以來，為有效解決或緩解城市可持續(xù)發(fā)展過程中土地資源緊張、人口密度過高、交通擁擠等“城市綜合癥”問題，倫敦、紐約、東京、巴黎、北京、上海等大城市，都對城市空間進(jìn)行了立體化開發(fā)，建設(shè)了大量地鐵線路、地下停車場、地下商場和地下公共設(shè)施。近年來，受氣候變暖以及大規(guī)模城鎮(zhèn)化導(dǎo)致的“熱島效應(yīng)”和“雨島效應(yīng)”的影響，全球范圍內(nèi)由于堤壩潰決、暴雨內(nèi)澇等造成的城市洪澇災(zāi)害頻發(fā)，城市地下空間因地勢低的“先天”弱勢，受城市洪澇襲擊而被淹受災(zāi)嚴(yán)重。

城市中的地下空間包括地下商場、廣場、地鐵、車庫、人行過街通道、隧道和車行下立交等，在遭受暴雨洪災(zāi)時，這些城市地下空間是否會進(jìn)水、進(jìn)水量和積水深度對城市洪澇程度有著重要的影響，針對城市地下空間進(jìn)水進(jìn)行模擬研究，對城市洪澇仿真模型的建立至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種城市地下空間進(jìn)水的模擬方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏對地下空間進(jìn)水的模擬的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種城市地下空間進(jìn)水的模擬方法，包括如下步驟：

S1、獲取地下空間的基礎(chǔ)參數(shù)；

S2、建立地下空間與地面要素之間的拓?fù)潢P(guān)系；

S3、計(jì)算地下空間的進(jìn)水流量；

S4、計(jì)算地下空間積水深度。

優(yōu)選的，步驟S1中的基礎(chǔ)參數(shù)包括底高程、凈高、面積、面積修正值、排水泵站能力、入口數(shù)量及各個入口的寬度、擋水建筑高度、入口地面高程。

優(yōu)選的，所述地下空間與地面要素之間的拓?fù)潢P(guān)系包括地下空間與地面網(wǎng)格、道路通道和道路節(jié)點(diǎn)之間的空間對應(yīng)關(guān)系。

優(yōu)選的，步驟S3中地下空間的進(jìn)水流量的計(jì)算公式為：

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

式中：T為時刻，DT為計(jì)算時間步長，j為地下空間入口的編號，為在T+DT時刻擋水建筑物堰頂?shù)膯螌捔髁?，σ為寬頂堰淹沒出流系數(shù)，m為寬頂堰流量系數(shù)，g為重力加速度，h_j為擋水建筑物所在位置的堰頂水深。

優(yōu)選的，步驟S4中地下空間積水深度的計(jì)算公式為：

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

式中，T為時刻，DT為計(jì)算時間步長，i為地下空間的編號，j為地下空間入口的編號，為在T+DT時刻第i個地下空間的積水深度，為在T時刻第i個地下空間的積水深度，n為地下空間入口總數(shù)，為在T+DT時刻擋水建筑物堰頂?shù)膯螌捔髁?，B_j為第j個入口的寬度，A_i為地下空間的總面積，AXY_i為地下空間的面積修正率。

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種城市地下空間進(jìn)水的模擬方法，該方法是一種簡單易行的模擬地下空間進(jìn)水的方法，通過與地面洪澇仿真模型結(jié)合，可以快速評估城市地下空間是否會發(fā)生進(jìn)水，以及一旦進(jìn)水后的淹沒程度。且該方法所需的基礎(chǔ)資料均為地下空間最基本的特征參數(shù)，在資料缺乏的區(qū)域還可以通過遙感影像、設(shè)計(jì)規(guī)范或?qū)嵉卣{(diào)查快速獲得，易于在城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)評估中應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明城市地下空間進(jìn)水的模擬方法的步驟圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種城市地下空間進(jìn)水的模擬方法，如圖1所示，包括如下步驟：

S1、獲取地下空間的基礎(chǔ)參數(shù)；

具體的，城市中的地下空間包括地下商場、廣場、地鐵、車庫、人行過街通道、隧道和車行下立交等，在有地下空間存在的區(qū)域，需要為每個空間賦其底高程、凈高、面積、面積修正率、排水泵站能力、入口數(shù)量及各入口的寬度、擋水建筑物高度、入口處地面高程等參數(shù)。這些參數(shù)均直接影響地下空間是否可能進(jìn)水、一旦進(jìn)水時的進(jìn)水量和積水深度。

S2、建立地下空間與地面要素之間的拓?fù)潢P(guān)系；

由于地下空間進(jìn)水的模擬需要依托城市地面洪澇模擬結(jié)果，所以需要建立地下空間與地面計(jì)算要素之間的拓?fù)潢P(guān)系。本方法建立的是地下空間與地面網(wǎng)格、道路通道和道路節(jié)點(diǎn)之間的空間對應(yīng)關(guān)系，這些對應(yīng)關(guān)系共三類：

與網(wǎng)格對應(yīng)，如地下商場、地下廣場、地鐵站等面積較大的地下空間，可能與一個或多個網(wǎng)格對應(yīng)。需要說明的是，本實(shí)施例所述網(wǎng)格指的是將地面區(qū)域分隔成多個縱橫排列的網(wǎng)格。

與道路通道對應(yīng)，如地下隧道等線性的地下空間，可能與一條或多條道路通道對應(yīng)。

與道路節(jié)點(diǎn)對應(yīng)，如車行下立交、人行過街通道等點(diǎn)狀的地下空間，一般與某一個道路節(jié)點(diǎn)或某個網(wǎng)格對應(yīng)。

S3、計(jì)算地下空間的進(jìn)水流量；

通過比較地下空間所在網(wǎng)格或道路的地面水位與入口處擋水建筑物的高度判斷該地下空間是否會進(jìn)水。當(dāng)?shù)孛嫠怀^擋水建筑物頂高程時，發(fā)生進(jìn)水，并按堰流公式計(jì)算流入地下空間中的流量，計(jì)算公式為：

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

式中：T為時刻，DT為計(jì)算時間步長，j為地下空間入口的編號，為在T+DT時刻擋水建筑物堰頂?shù)膯螌捔髁?，σ為寬頂堰淹沒出流系數(shù)，m為寬頂堰流量系數(shù)，g為重力加速度，h_j為擋水建筑物所在位置的堰頂水深。

S4、計(jì)算地下空間積水深度。

地下空間的積水深度通過積水量除以面積獲得，同時考慮地下空間內(nèi)的建筑物對積水面積的修正作用，其計(jì)算公式為：

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

式中，T為時刻，DT為計(jì)算時間步長，i為地下空間的編號，j為地下空間入口的編號，為在T+DT時刻第i個地下空間的積水深度，為在T時刻第i個地下空間的積水深度，n為地下空間入口總數(shù)，為在T+DT時刻擋水建筑物堰頂?shù)膯螌捔髁浚珺_j為第j個入口的寬度，A_i為地下空間的總面積，AXY_i為地下空間的面積修正率。

相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明具有以下有益效果：該方法是一種簡單易行的模擬地下空間進(jìn)水的方法，通過與地面洪澇仿真模型結(jié)合，可以快速評估城市地下空間是否會發(fā)生進(jìn)水，以及一旦進(jìn)水后的淹沒程度。且該方法所需的基礎(chǔ)資料均為地下空間最基本的特征參數(shù)，在資料缺乏的區(qū)域還可以通過遙感影像、設(shè)計(jì)規(guī)范或?qū)嵉卣{(diào)查快速獲得，易于在城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)評估中應(yīng)用。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。