二維地表水動力模型與SWMM耦合研究及應用

王自明，查良瑜，王 斌

（浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

城市雨洪的計算主要涉及產流計算、匯流計算以及地下管網水力計算[1-2]。目前對于產匯流的計算主要有2種途徑:一種是采用水文學方法；另一種是水動力方法。水文學方法多將匯水區域當做黑箱或者灰箱系統，建立輸入和輸出之間的關系以模擬坡面流[3]，其中較為代表的有SWMM[4]、Info Works CS[5]等。傳統水文學方法所建立的城市雨洪模擬多數應用于城市規劃和設計階段，具有模型輕量、計算速度快的特點，但在實際城市內澇模擬中難以表征地表澇水產生的過程和機理，模擬精度有限。水動力學方法直接通過求解二維淺水方程來表征地表水流產匯流的物理過程，可為對城市內澇產生過程、機理等方面的研究提供更直觀有力的支撐，具備更高的科研與使用價值。

但由于城市的復雜性，高精度的城市雨洪模型容易造成數值算法的不穩定且計算耗時太長，實用性較差。解以揚[6]等以基于無結構網格上二維水力學模型為主體結構，利用不同方法預報的降雨量作為系統的降雨邊界條件以及模擬城市排水系統產生的結果作為控制方程中連續方程的匯源項驅動澇災的形成和發展，但模型只用了2 281、678、646個網格對天津、南京、南昌3個大城市進行離散，模型簡化程度較大，難以表征樓房、道路等構筑物的小尺度地形特征。與此同時，多數使用地表二維水動力模型模擬城市內澇的研究中，往往忽略地下管網對內澇產生的影響或簡單地采用水量扣除法概化管網對地表澇水的匯集與排除功能?！?br>