北京沃尔德防灾绿化技术有限公司 北京 100048
摘要：利用MIKE21和MIKE URBAN构建耦合模型，通过分析某房地产建设项目所在区域地势、调蓄设施、雨水管网和强排设施等多重影响因素，对该区域地下管网与陆面漫流进行耦合计算，得到该地区内涝防治标准情况下内涝结果。计算结果表明，该地区内涝深度和时间满足居民住宅的相关标准要求。
关键词：耦合模型 地下管网 路面漫流 内涝分析
Abstract: By using MIKE21 and MIKE URBAN to construct a coupling model, the coupling calculation between underground pipeline network and land overflow in this area is carried out by analyzing the multiple influencing factors such as the regional topography, storage facilities, rainwater pipeline network and drainage facilities of a construction project, and the waterlogging results under the waterlogging control standard in this area are obtained. The calculation results show that the depth and time of waterlogging in this area meet the relevant standards of residential buildings.
Key words: Coupling model, Underground pipe network, Road overcurrent, Analysis of waterlogging
一、引言
近年来，我国许多城市频繁遭遇强暴雨袭击，引发严重的城市内涝，出现“逢雨必涝，遇涝则瘫”的现象。
城市内涝的频发，不但会导致交通瘫痪，还可引发城市水电、通讯、地下线缆故障，造成市场、仓库、厂房及人民财产被淹，甚至人身伤亡，引起社会秩序混乱惊慌。
从根本上认识造成我国城市内涝灾害的原因，分析内涝防治中存在的问题，采取针对性的改进措施，是各城市提高内涝灾害防御能力的关键。[1]
本文通过对某建设项目进行内涝分析，以确保该项目不受内涝影响。
二、内涝标准及分析范围的确定
根据《室外排水设计规范》（GB 5001-2006（2014年版））[2]中3.2.4B内涝防治设计重现期，应根据城镇类型、积水影响程度和内河水位变化等因素，按表3.2.4B的规定取值。
本项目区常住人口约156.2万人，为大城市，根据表1，项目区内涝防治设计重现期为50年。
根据相关规划及地形确定雨污水排除范围。选取的边界范围均为雨水流域边界，不会有其他区域雨水汇入该评价分析范围，保障了评价范围在地形上式独立的汇水区域，保证内涝分析模型计算结果的精确性。本项目区雨水汇流面积约为5.74km2。
三、应用耦合模型分析计算项目区内涝情况
1、内涝分析计算模型选用、原理及参数介绍
（1）模型选用
MIKE软件是丹麦水资源及水环境研究所(DHI)开发的产品。软件模块众多，其中MIKE URBAN主要用于城市排水管网的模拟，实现雨、污水泵站优化调度、排水管网现状评估、排水管网溢流分析、城市降雨径流过程分析等,MIKE URBAN还可以与MIKE21 耦合对城市内涝分析与管理。[3][4]
本次项目区内涝分析，采用MIKE21和MIKE URBAN构建耦合模型进行分析计算。
（2）计算原理
1）MIKE URBAN 计算原理
MIKE URBAN 管流模块计算管网中的非恒定流。计算建立在一维自由水面流的圣维南方程组即连续性方程（质量守恒）和动量方程（动量守恒-牛顿第二定律），降雨径流分析计算采用MIKE URBAN径流模块中提供的时间-面积模型作为降雨径流模型。
2）MIKE 21计算原理
MIKE 21在模拟城市洪水二维漫流过程中可以真实地模拟出水面在道路、小区、绿地、河道等不同地形状况下漫流过程。模拟结果以数据、表格、图像、动画等形式输出，内容包括：洪水水量的空间分布、淹没范围、淹没水深、淹没历时。
3）耦合模型的计算原理
①城市积涝模型构建
将MIKE URBAN和二维模型MIKE21整合为动态耦合的MIKE FLOOD模型系统，模型可以同时模拟排水管网、明渠，排水河道、各种水工构筑物以及二维坡面流，可用于流域洪水、城市洪水等的模拟研究。
②城市积涝模型计算过程简述
采用MIKE FLOOD模拟城市内涝，不仅能反映管网中水动力学情况，更能直观的表现暴雨期间雨水在地面上的漫流及暴雨结束后的退水情况。其过程可以分为以下几个阶段：
降雨径流模拟：由管网模型中的降雨径流模型计算降雨情况下的产汇流过程，得到每个子汇水区产生的水量过程线。
积水过程模拟：产汇流产生的水量，根据雨水系统的收水能力（雨水篦子等），小于等于雨水系统收水能力的水量进入管网系统，经管网水动力学计算最终由管网出口排出，而大于雨水系统收水能力的水量直接进入二维地表漫流模型根据地形在地势低的区域形成积水。同时，当管网中水位上升并超过地面高程时，管网中的水会漫出地面同样根据二维地面漫流模型的计算在地势低的区域形成积水。
退水过程模拟：当大雨过后，地面上的积水会从相邻近的雨水篦子流入管网中，从而形成退水过程，该过程同样受到雨水系统的收水能力的影响。
从上述过程中可以看到，MIKE FLOOD模型真实的反映了城市内涝中从积水到退水的过程。模型中详细的考虑了降雨的产汇流过程，雨水收水系统的能力问题，管网中水流动态模拟，管网出口水位的顶托作用，地势问题造成的积水问题以及完整的退水过程。
2、基础数据及参数选择
①地形数据
内涝风险计算的水力学模型要能够合理反映城市各种建筑物，如公路、铁路、排水沟渠、高密度建筑群等对内涝产生的影响。区域网格计算单元应根据计算需要在计算范围内划分的满足计算精度要求的最小单元。在本模拟区域网格单元面积为4m2，网格点划分为938028个。
规划地形数据采用项目区域内规划设计的高程数据，及道路竖向设计为基础数据，制作项目建成后的数字高程模型。
②地面糙率
地面糙率需根据下垫面情况及地表坡度进行分析，项目区取值为0.03。
③水文学数据及参数
设计降雨选取北京市50年一遇1440min降雨过程曲线，不透水率采用《北京市水文手册》中相关方法分析计算。[把不透水率数值写上]
3、 内涝分析计算过程
1）设计降雨过程
根据《北京市水文手册》第一分册暴雨图集相关方法，查图得本项目所在区域50年一遇最大24小时降雨量为300mm，降雨过程按北京市地标《雨水控制与利用工程设计规范》中论述的1440min设计降雨过程计算方法计算；
2）将模型模拟范围内的管网、地形、建筑、道路、绿地等数据通过Arcgis进行数字化；
3）通过Mike Urban模型，建立模型模拟范围内的雨水管网模型；
4）通过Mike 21模块，导入模型模拟范围内的数字高程图，设定各项参数值，创建模型模拟范围内的Mike 21模型；
5）将Mike Urban模型及Mike 21模型耦合为模型模拟范围内的Mike Flood模型。
6）运行Mike Flood模型，分析模型模拟成果。
图1 规划条件下内涝分析范围内内涝计算结果
四、内涝分析计算成果
规划条件下模拟结果如图所示。由模拟结果可以看出规划条件下50年一遇的降雨时，内涝分析范围内部分道路有内涝积水，最大内涝积水深为0.35m(不包含下凹式绿地内积水)，内涝积水主要位于内涝分析范围永旺西路以南部分道路低洼处，面积约1.23hm2。积水点距本项目区约1.7km。本项目区位于内涝积水严重的区域之外。
在50年一遇降雨条件下，项目建设后项目建设区最大积水深度为0.10m，位于项目区内部分道路低洼处，面积仅为26m2，淹没历时为9min，最大积水水位高程为38.40m。项目区三个地下车库出入口小区道路内涝水位分别为38.40m，38.40m，38.35m。根据项目设计方案，项目区内道路标高为38.30m，主体设计建筑物室内标高为38.60m，地库入口处标高为38.60m。地下车库出入口设计高程均高于内涝水位。因此，内涝积水不会对项目区主体设计建筑物及地下车库产生不利影响，满足《室外排水设计规范》中的相关要求。项目区出入口道路高程标高为38.30m，高于外部市政道路高程（37.88m～38.07m），因此，项目区外雨水不会流入项目区内。
五、结论
项目区内涝防治设计重现期采用50年。根据MIKE21和MIKE URBAN耦合的内涝分析结果，建设区内雨水不会汇入建筑物底层，道路积水不会倒灌至地下车库，项目区周边区域积水不会倒灌至项目区。
参考文献：
[1] 李娜,张念强,丁志雄. 我国城市内涝问题分析与对策建议[J]. 中国防汛抗旱.2017,05:77-79.
[2] GB 5001-2006（2014年版）,?室外排水设计规范?[S].
[3]邵迟,吕伟娅. 基于MIKE模型对学校场地雨水系统内涝风险评估的案例分析[J].净水技术.2018,37(11):129-133.
[4]刘俊萍,韩君良.小城市排水防涝规划模拟[J].中国水运(下半月),2015,15(11):163-165.
论文作者:周利霞,陈彩虹
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/30
标签：内涝论文; 模型论文; 积水论文; 管网论文; 项目论文; 雨水论文; 城市论文; 《防护工程》2019年第1期论文;