基于建筑密度系数的二维城市洪水数值模拟

城市密集建筑群的存在对城市洪水演进有很大影响,而根据建筑物的尺寸和高程采用高分辨率网格进行逐渐构建的方法在大范围洪水数值模拟中有一定的局限性。因此,如何高效模拟出建筑群在洪水中的影响对城市洪灾风险评估至关重要。在浅水方程中引入了建筑密度系数以反映建筑群对城市洪水运动的影响,并建立二维城市洪水数值模型。模型采用中心迎风格式计算界面通量,并对界面两侧变量进行线性重构,使其在空间上有二阶精度。为保证模型的和谐性和稳定性,底床坡度项采用中心差分法离散,底床摩擦项和局部水头损失项用半隐式法离散。当库朗特数满足条件时,模型能保证计算水深在任何时刻是非负的。算例分析表明,模型在计算中可以将建筑群区域视为一个整体,受网格疏密制约较小。在计算精度相近的情况下,计算需时约为高分辨率网格法的1/50,能够简便、高效地模拟洪水在城市建筑群中演进的过程。