溃堤洪水在有压雨水管网街区演进的试验研究

溃堤洪水在有压雨水管网街区的演进过程十分复杂,城市街区建筑物及雨水管网改变了洪水的演进规律,影响了街区排涝的水力特性。本文基于典型城市街区建立了包括房屋、人行道及雨水管网在内的概化水槽模型,测量了不同溃堤洪水在典型城市街区演进过程中的街区水深、雨水管网流量及压强,探究了不同蓄水高度、前池进口流量对街区水位波动变化及有压雨水管网下泄流量的影响。溃堤洪水在水槽侧壁、房屋的作用下形成了大面积的水跃,并且在房屋建筑物附近出现了薄层状水片,水跃区域伴随着洪水演进过程先是在人行道处发生横向的迁移合并,再是在街区道路的纵向方向上逐渐耗散直至消失,街区水位在100 s后基本稳定,从上游至下游呈“先增大、再减小”的变化趋势。溃堤洪水在街区演进过程中,不同蓄水高度对有压雨水管网的泄流量影响相较于不同前池进口流量更加显著,街区上游雨水口的峰值流量在最大蓄水高度条件约为最大前池进口流量的1.5倍。研究结合街区水位及有压雨水管网压强采用欧拉数对短管淹没出流公式的泄流系数进行了率定,修正后的理论计算值的误差由32%降低至2%,能够较好地反映出街区雨水口的泄流能力。研究成果不仅能为数学模型提供翔实的验证资料,还可为城市洪涝治理提供理论指导。

长江中下游各省市洪涝灾情时空变化及影响因素

基于SL 579—2012《洪涝灾情评估标准》确定了长江中下游各省市1991—2020年的洪涝灾害等级,并采用Mann-Kendall趋势检验法、R/S分析法和随机森林法对洪涝灾情的时空变化及影响因素进行了分析。结果表明:在时间尺度上,1991—2020年长江中下游各省市洪灾损失率和洪灾等级均呈下降趋势,防洪减灾能力有着显著的提升;在空间尺度上,洪涝灾情呈现明显的中游高、下游低,江南高、江北低的分布特征,中游湖北、湖南和江西洪涝灾害等级突变点均为1998年,下游安徽、江苏和浙江为2007年;洪涝灾害等级与降水呈正相关关系,而与防洪减灾能力、社会经济发展水平和自然资源总体呈负相关关系,湖北、江西、江苏、浙江和上海的洪涝灾害等级主要受降水和防洪减灾能力影响,而湖南和安徽则主要受降水和耕地面积影响。

城市洪涝中雨水口泄流能力的试验研究

近年来中国城市洪涝灾害频发,对人民群众的生命财产安全造成了严重威胁,其中雨水口泄流能力的大小对于计算受淹区的积水程度或路面雨水的排除效率至关重要。为此本研究专门修建了具有上下两层结构的城市洪涝过程综合试验平台,考虑雨篦子、雨水井及侧支管等完整的雨水口结构,开展了76组不同来流水深及流速下的雨水口泄流能力试验。试验结果表明:雨水口的下泄流量在井身充满前后表现出不同的变化规律,即在雨水井充满前,路面雨水以堰流形式下泄;在雨水井充满后,以管嘴出流形式下泄。基于试验数据率定出雨水口堰流及管嘴出流时的流量系数,并进一步采用量纲分析法,建立雨水口的泄流能力与雨篦子尺寸、篦前水流的弗劳德数等因素之间的经验关系,具有较高的相关系数。采用本文公式计算原型尺寸雨水口的泄流能力,并与中国现行雨水口泄流能力的参考值进行对比,发现当水深较大时现行参考值偏大较多。本研究成果能为精细化的城市洪涝管理提供计算依据。

雨水口堵塞程度对其泄流能力影响的试验研究

雨水口是下泄地表径流的关键设施,一旦堵塞将导致市政排水系统的泄流能力无法充分发挥,这是引发城市洪涝灾害的主要原因之一。为定量分析雨水口堵塞对其泄流能力的影响,本研究分别考虑进水篦及连接管不同堵塞程度的情况,开展了较大来流水深下的概化水槽试验,共计进行了608组试验。试验结果表明:(1)进水篦及连接管堵塞均会显著影响雨水口的泄流能力,且后者对雨水口泄流能力的影响更大。(2)利用试验数据率定了各堵塞情况下水流以堰流或管嘴流形式从雨水口下泄时的流量系数;基于量纲分析及回归分析,给出了各堵塞情况下雨水口泄流能力的幂函数表达式,并利用试验数据对参数进行了率定,率定效果优于堰流或管嘴流公式。(3)通过与未堵塞情况进行比较,基于幂指数均值假定及非线性拟合方法,建立堵塞系数与堵塞程度之间的经验关系,并最终提出了一个可以分别考虑进水篦与连接管堵塞影响的雨水口泄流能力公式;该公式可以考虑雨水口堰流及管嘴流等不同泄流形式,能够反映进水篦、连接管不同堵塞程度的影响,适用于来流水深较大的情况。

城市洪涝中人体失稳机理与判别标准研究进展

受全球气候变化和人类活动影响,近年来极端降水事件增多,由此引发的城市洪涝灾害频发。行人在洪水作用下易失去稳定,威胁生命安全,研究洪水中人体的失稳机理与判别标准,能为城市洪涝灾害的风险评估与管理提供科学依据。本文首先总结了国内外城市洪涝中人体失稳机理研究的相关成果,评估了现有人体失稳判别标准的适用范围及优缺点。基于力学分析和实测数据率定的计算公式虽然在推导过程中有一定的简化,但能较好地反映洪水中人体失稳的动力学机理,可以评估不同人群与不同洪水条件下的人体稳定性。针对当前城市洪涝中人体稳定性研究存在的不足,需要开展真实洪水中行人逃生以及沿漫水楼梯行走时的失稳机理与判别标准研究,并深入研究行人站立姿势调整对洪水中人体稳定性的影响;还需基于大数据等手段获取互联网上洪水中人体失稳的影像资料,构建洪水中人体失稳的实测数据库;同时还需推动人体失稳判别标准在洪水风险管理中的具体应用,最大程度地降低城市洪涝灾害带来的不利影响。

近年城市洪涝致灾的水动力学机理分析与减灾对策研究

在极端降水事件明显增加和城市快速发展的背景下,由暴雨引发的城市洪涝灾害呈急剧上升趋势,不仅造成了严重的人员伤亡,而且产生了巨大的经济损失与社会影响。开展暴雨洪涝致灾的水动力学机理与减灾对策研究,能够为城市洪涝灾害防控提供科学依据。针对近期国内发生的典型城市洪涝灾害事件,首先分析了城市尤其是城市地下空间的洪涝灾害特点,剖析了洪涝致灾的水动力学机理;然后指出在洪水作用下人体及车辆发生失稳是导致人员伤亡及财产损失的重要原因之一,另外城市地下空间由于地势低洼与空间结构的特殊性,洪涝风险极高;最后提出了当前城市洪涝问题的3项减灾对策,包括开展城市洪涝致灾基础理论研究、加强城市基础设施建设、完善洪涝防治预警体系,为我国城市洪涝风险管理及防治提供参考。

排水系统中雨水检查井局部水头损失分析

在对排水系统中的排水管道进行设计时,除沿程水头损失外,局部水头损失也会在特定情况下占比较大,同样不可忽略。为此,根据排水管道及雨水检查井模型的试验数据,计算了不同工况下雨水检查井的局部水头损失系数,并对计算结果进行了分析。分析结果表明:雨水检查井主支管流量比对局部水头损失系数的影响较大,为主要影响因素。随流量比的增加,局部水头损失系数增幅可达1.2;雨水检查井形状及主支管接合角度为非主要影响因素,二者对局部水头损失系数的影响均小于0.2,下游水深及出流总流量对雨水检查井局部水头损失系数几乎不产生影响;所得结果与已有成果的对比分析表明,设置对称侧支管可减小雨水检查井的局部水头损失。该结果有助于深入认识雨水检查井局部水头损失的变化特点,为实际工程中优化城市排水系统设计、完善城市洪水管理方案提供计算依据。

雨水口泄流对城市洪涝影响的数学模型

为了研究雨水口泄流对城市洪涝的影响,建立包含雨水口泄流计算模块的平面二维水动力学模型.采用典型街区结构的水槽试验数据对模型进行率定和验证,超过85%的测点纳什效率系数大于0.77.将模型应用到英国Glasgow的城市街区,采用综合流速公式和孔流堰流公式计算的排水总量最大差值占总水量的26.5%,前者考虑侧支管对雨水口泄流能力的限制作用,更符合实际情况.与不考虑雨水口泄流相比,采用综合流速公式计算雨水口泄流后,最大淹没范围减少29.4%,主干道上最大积水水深减小0.395 m,最大积水水深处的洪水波到达时间延后100 s.

基于汇水区分级划分的城市洪涝模拟

为了有效提高城市暴雨洪涝模拟的精度,针对城区复杂下垫面和雨水井数据缺失情况,分别提出雨水井节点数据的确定方法和基于空间信息的汇水区分级划分方法。以武汉市青山区为研究区域,选取2场典型降水过程,开展SWMM模型的参数率定和验证工作,并将基于不同方法划分的汇水区模拟结果与实际渍水数据进行对比。结果表明:①提出的雨水井节点数据确定方法,在雨水井实测数据缺失的城市洪涝模拟中具有一定的可靠性和适用性。②基于空间信息分级划分法、水文分析结合泰森多边形法和泰森多边形法所划分的汇水区,模拟的最大积水深度中分别有100%、63%和75%的典型验证点与实际渍水程度相符,模拟的溢流点中分别有80.0%、76.4%和77.4%的溢流点位置与5年一遇降雨渍水风险图相符。基于空间信息分级划分法所得的汇水区比较符合真实汇水情况,且模拟结果比其他2种方法更加准确。③5年一遇降雨重现期下,3种方法划分的汇水区所模拟的积水对研究区域影响程度相对较小,但遇到高于此重现期的暴雨会出现不同程度的内涝。本研究可为城市暴雨洪涝模拟中雨水井节点数据确定与地表空间离散化提供新方法,模拟结果可为城市防洪减灾提供参考。

学习英语的道路并不是平平坦坦

学习的道路并不是平平坦坦的,我们每时每刻都在经受着困难的折磨。时常有人问:学英语有什么诀窍?说老实话:“要想学好英语,实在没有什么捷径可走,只有日积月累,坚持不懈,日复一日的努力,才有可能实现质的飞跃。

降雨和外江水位变化对城市洪涝的联合影响分析——以武汉市为例

降雨和外江水位是影响城市洪涝灾害的主要因素.为了更好地评估洪涝灾害风险,分析了降雨和外江水位变化对城市洪涝的联合影响.以武汉市为研究对象,采用Copula函数定量评估了不同时段降雨与外江水位的联合分布特征,并基于2016年典型降雨过程验证后的青山区SWMM模型,模拟了不同降雨和外江水位变化下武汉市青山区的洪涝过程.计算结果表明,同一重现期降雨下外江水位从21.7m升高至28.0m,研究区域的致涝率增加了0.5%~2.2%;相同外江水位下降雨重现期从5a增加至100a一遇,研究区域的致涝率增加了28.5%~29.1%,泵站运行对区域致涝率的消减作用从20.6%~21.0%减少至4.1%~4.9%;表明暴雨是区域内涝的主要因素,外江水位越高对区域内涝造成的不利影响越显著,且随降雨重现期增大泵站对区域的排涝作用越来越小.武汉市汛期降雨量和长江水位的联合风险率大于单个因素的风险率,且2010~2020年强降雨与高水位联合风险率和同现风险率相较于2000~2009年的均呈增加趋势,增长率超过了70%,表明近几年来极端降雨和高水位事件频发,且未考虑降雨和长江水位的联合作用可能会低估洪涝的危险程度.该研究成果可为沿江城市的防洪排涝规划设计提供技术参考.

考虑较大边坡影响的漫顶溢流过程模拟

堤防漫顶后的水流运动是一种含间断的非恒定过程,常见的数学模型使用的控制方程基于静压假定推导得出,没有考虑堤防较大边坡角度引起的水流垂向运动带来的影响.基于以上不足建立了一维漫顶水流数学模型,用于模拟漫顶后的流动过程.所建立的有限体积法数学模型以HLLC近似黎曼算子为基础,使用MUSCL-Hancock格式重构界面变量以获得时空2阶精度;并利用一定的经典算例证明本方法具有较为良好的数值稳定性及复杂流态模拟能力.最后堤顶溢流的数值计算结果表明,若不考虑堤防较大的边坡角度对控制方程的影响,计算所得的漫顶流量值将明显偏大.

典型街区洪水演进的概化水槽试验研究

由于全球气候极端化现象加剧,城市洪涝灾害的强度与频率均呈上升趋势。为充分了解城市洪涝灾害的致灾机理,提出行之有效的减灾措施,有必要对典型城镇街区的洪水演进过程进行研究。本文建立了具有典型街区构造的洪水演进物理模型,模型中布设道路、建筑物、人行道、绿化带等设施。基于试验数据定量分析了建筑物密度、绿化带设置等对洪水演进过程带来的影响。得到主要结论如下:(1)溃坝波在模型道路上的运动速度与初始时刻上游水库的水深及道路本身特性有关,建筑物与城市绿化设施的布置对其影响较小;(2)布置绿化带及建筑物减小了过水面积,导致洪涝灾害发生后道路上的水位上升;但增加房屋密度将减少流入街区两侧的水流体积,布设绿化带将增加房屋周边的水流阻力,促使水流沿模型道路演进;(3)建筑物前水深与初始时刻水库内水深近似成正比,但初始水深较大时水流对建筑物的冲击力将远大于初始水深较小的工况。本试验结果可以为数学模型提供翔实的率定资料,并为面临突发洪涝灾害威胁的街区提供设计参照。

城市雨水口流场及紊动特性试验研究

基于具有上下两层结构的城市洪水综合试验平台,使用三维超声多普勒流速仪(ADV)测量较大水深条件下雨水口周边流速与紊动强度的三维分布.试验结果表明:当来流水深较大时雨水口中心会出现一地漏漩涡,来流与漩涡共同作用引起雨水口周边流速显著增加.漩涡中心处流速相对较大且流速纵向分量与来流方向相同侧平均流速大于相反侧,各试验工况条件下最大流速均位于雨水口下游边缘附近.雨水口引起的漩涡增大了水体的紊动强度,紊动强度的平面分布与流速平面分布较为类似,工况2条件下平均湍流动能由水槽进口处0.004m2/s2增加至雨水口下游边缘处0.145m2/s2.水体剧烈的紊动效应使底床摩阻的影响相对减弱,流速沿垂线呈常数型和线性型分布,不符合明渠水流对数型的分布特征.

洪水顺流作用下行驶车辆稳定性的模型试验研究

对洪水中部分淹没状态下的行驶车辆进行受力分析,基于河流动力学中泥沙起动原理,推导出行驶车辆失稳时的临界车速公式;采用模型试验测得在不同水流条件下的临界车速,并率定公式中相关参数;利用模型相似关系及公式分别估算汽车在不同水流条件下的临界车速;最后用公式模拟出行驶车辆失稳临界曲线。研究结果表明:达到同一临界车速状况下,水深较小时流速较大;同一流速下,临界车速随水深的增大而增大;同一水深下,临界车速随流速的增大而增大;临界车速与流速的比值随水深增大而增大。