城市河网洪水过程的一维数值模拟.pdf

第27卷专辑 固体力学学报 V01．27S．Issue 2006年12月 ACTAMECHANICASOLIDASINICA Deeember2006 城市河网洪水过程的一维数值模拟’ ．邵卫云1 钟力云1，2 (1新江大学建筑工程学院土木量市骏所，杭州。310027)(’上海现代建筑设计集团有限公司，上海，200041) 摘 薹 基于邻接矩阵和邻接表概念．提出了新的拓扑结构。即利用net、edge和们de对象实现河网拓扑信息 及河道断面和结点信息的储存l基于虚设河段法，推导出城市河阿内边界即集中人流(雨水管出口)硐堰的追赶系 数．从而实现了基于GIS平台的城市河罔非恒定流一维数值模拟程序的通用性和可移植性．最后．将温州市区。9． 4”暴雨期间的河网洪水过程的计算值与实测值进行了对比，结果表明本模蛩可较好地模拟城市河网的洪水过程． 关键词 拓扑结构，河网，三级解法。内边界，虚设河段法 O 引曹 1 河网一维数值模拟的兰级解法 河网非恒定流计算历来为众多学者所关注，其 对于河网中的任一连续性河段，非恒定流的一 计算方法的研究在近四十年来得到了飞快的发展． 维圣维南方程组为 目前平原河网水动力学的数值模拟方法中，圣维南 aQ+B— (1) xdZad￡=qr 方程组的三级解法因其抓住河网中节点水位这个关 键的要索使得该方法在河网非恒定流计算中得到了 广泛的采用[1~‘]．此后，程文辉提出双消除法以减少 ∽ 运算和储存空间、优化三级算法代码嘲，李光炽等提 矿(差)，+g锚潍=o 出矩阵标识法[‘】以避免高斯消元法求解连接矩阵 式中，z，￡为距离和时间，A为过水断面面积，Q为流 带来的断面编码优化问题．在一维河网计算中，对于 量，Z为水位，q为旁侧人流，Ⅱ为流速，g为重力加速 边界的处理，程文辉等针对外河道提出了虚设河段 度，露为糙率，R为水力半径． 法Cs]，芮孝芳等把虚设河段法用于多支流河道[n。1． 根据程文辉提出的三级解法的双消除法，可得 在一维河网非恒定流计算中，邻接矩阵和邻接 相应的追赶方程为‘5] 表[．]被用来表述河网的拓扑结构、断面数据的存储 (i=行一1，雄一2．…，1) Q=∞+届Zi+6Z． 和交互．但是，邻接矩阵描述河网时往往过于稀疏， (3) 且不能储存结点(汉点)和边(河道)的有关信息，如 (f=2，3，…，竹)(4) Q=B+功Zi+7,Z， 断面参数、结点水位等．邻接表虽然避免了稀疏矩阵 联立式(3)和式(4)，消去Q可得河段各内断面的水 的缺点，但以节点为储存核心，