基于FVCOM模型的無(wú)管網(wǎng)資料地區(qū)暴雨內(nèi)澇模擬研究

摘要：

為實(shí)現(xiàn)無(wú)管網(wǎng)資料地區(qū)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)模擬，以重慶市渝北區(qū)悅來(lái)新城排水片區(qū)為研究區(qū)域，采用降雨率折現(xiàn)法、全域等效排水法、道路等效排水法、雨水井等效排水法等4種方法等效替代管網(wǎng)排水能力，并構(gòu)建基于Finite Volume Coastal Ocean Model（FVCOM）的全水動(dòng)力雨洪模型，采用理想算例與實(shí)測(cè)降雨驗(yàn)證模型，選取最合適的等效模型對(duì)研究區(qū)不同雨型下的內(nèi)澇積水特征進(jìn)行模擬分析，并基于洪水危險(xiǎn)率分析內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明：降雨率折現(xiàn)法、全域等效排水法、道路等效排水法和雨水井等效排水法模擬所得易澇點(diǎn)積水面積平均相對(duì)誤差分別為36.49%，43.31%，8.18%和4.42%，相比之下雨水井等效排水法模擬效果最好，但在無(wú)街景區(qū)域可能存在一定限制；相同重現(xiàn)期下，雨峰靠前的降雨初期積水增加更快，雨峰靠后的降雨導(dǎo)致的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)更高；相同雨峰系數(shù)下，重現(xiàn)期越大，積水面積和積水量均越大，整體內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)越高。研究成果可為管網(wǎng)資料缺乏地區(qū)城市內(nèi)澇模擬提供參考。

關(guān)" 鍵" 詞：

暴雨雨型； 內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)； 等效排水方法； FVCOM； 無(wú)管網(wǎng)資料地區(qū)； 重慶市

中圖法分類號(hào)： TU992

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2025.01.005

收稿日期：2024-04-30；接受日期：2024-07-15

基金項(xiàng)目：

重慶市水利科技項(xiàng)目（CQSLK-2023026）；重慶市科學(xué)技術(shù)局技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用發(fā)展專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目（CSTB2022TIAD-KPX0200）；重慶市教育委員會(huì)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KJ202200775487439）；重慶市人力資源和社會(huì)保障局留學(xué)人員回國(guó)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新支持計(jì)劃入選項(xiàng)目（CX2023053）；重慶交通大學(xué)水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（SLK2023B11）

作者簡(jiǎn)介：

李陪然，女，碩士研究生，主要從事城市水務(wù)與水環(huán)境研究。E-mail：1334856762@qq.com

通信作者：

劉" 非，男，講師，博士，主要從事城市雨洪管理研究。E-mail：fei.liu@cqjtu.edu.cn

Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

文章編號(hào)：1001-4179（2025） 01-0031-09

引用本文：

李陪然，劉非，陳垚，等.

基于FVCOM模型的無(wú)管網(wǎng)資料地區(qū)暴雨內(nèi)澇模擬研究

［J］.人民長(zhǎng)江，2025，56（1）：31-39.

0" 引 言

由于全球氣候變化加劇和中國(guó)城市化進(jìn)程深入推進(jìn)，城市下墊面條件發(fā)生深刻變化，極端暴雨頻發(fā)導(dǎo)致嚴(yán)重的內(nèi)澇災(zāi)害［1-3］。排水管網(wǎng)作為城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，擔(dān)負(fù)著排水、泄洪的重大使命，是城市的生命線工程，在城市水循環(huán)中有著突出地位［4-5］。因而排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)是城市洪澇模擬研究的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)資料。通常，由于管網(wǎng)數(shù)據(jù)涉密或管網(wǎng)資料與實(shí)際有較大出入等原因，部分地區(qū)沒(méi)有有效可用的城市管網(wǎng)數(shù)據(jù)［6-8］，這很大程度上降低了雨洪模擬的準(zhǔn)確性。

近年來(lái)，部分學(xué)者嘗試尋找各種方法來(lái)等效替代無(wú)管網(wǎng)資料時(shí)的管網(wǎng)排水效果。例如，劉非等［7］基于LISFLOOD-FP模型，運(yùn)用雨水井等效方法進(jìn)行全水動(dòng)力地表徑流模擬，成功識(shí)別出較大范圍研究區(qū)易澇點(diǎn)；楊東等［8］基于自主研發(fā)的水動(dòng)力模型分別采用了雨水井等效排水法、降雨率折現(xiàn)法等代替管網(wǎng)排水能力，結(jié)果顯示雨水井等效排水法模擬效果優(yōu)于其他方

法；李澤錦［9］基于Storm Water Management Model（SWMM）模型和TELEMAC-2D模型分別構(gòu)建了一維城市洪澇模型和二維水動(dòng)力模型，采用等效排水方法模擬分析了內(nèi)澇積水對(duì)道路交通的影響。以上研究中，二維水動(dòng)力模型的選擇對(duì)于等效排水方法的構(gòu)建起著至關(guān)重要的作用，在TELEMAC-2D、LISFLOOD-FP模型等眾多的開源或半開源模型中，有限體積海洋模型（Finite Volume Coastal Ocean Model，F(xiàn)VCOM）基于非結(jié)構(gòu)化三角形網(wǎng)格，具有離散結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算高效的特點(diǎn)，F(xiàn)VCOM模型開發(fā)之初主要用于海洋海岸模擬，近年來(lái)開始有學(xué)者將其用于二維地表漫流模擬。例如Liu［10］、Tan［11］等基于SWMM和FVCOM的耦合模型，分別研究了山地城市洪水中行人和車輛失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)分布特征和海綿化改造前后城市管網(wǎng)的排水能力及洪澇風(fēng)險(xiǎn)變化。

此外，暴雨作為城市內(nèi)澇的直接原因，除了其雨強(qiáng)對(duì)管網(wǎng)水力過(guò)程和地表漫流過(guò)程影響較大外，雨型亦發(fā)揮著重要作用［12-14］。肖桐等［13］基于SWMM和Newflood耦合模型對(duì)武漢市港西片區(qū)不同雨型下的積水模擬和內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。于磊等［15］基于“危險(xiǎn)性（Hazard）-暴露度（Exposure）-脆弱性（Vulnerability）”框架對(duì)北京市某排水片區(qū)不同降雨重現(xiàn)期下的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究。由此可見，城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估多基于“H-E-V”框架，但暴露度和脆弱性指標(biāo)的選擇涉及諸多方面因素，不確定性較大，在數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性無(wú)法保證的情況下，以水深或流速為指標(biāo)進(jìn)行內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算亦得到廣泛應(yīng)用［16-18］。

本文基于FVCOM模型，分別采用雨水井等效排水法、道路等效排水法、全域等效排水法和降雨率折現(xiàn)法構(gòu)建無(wú)管網(wǎng)資料區(qū)域的等效排水模型，確定最適等效方法，并模擬分析不同暴雨雨型下的區(qū)域積水特征和內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，為管網(wǎng)資料缺乏地區(qū)城市內(nèi)澇模擬提供技術(shù)支持和借鑒。

1" 模型與數(shù)據(jù)

1.1" 研究區(qū)地形及降雨數(shù)據(jù)

本文選取的研究區(qū)域?yàn)橹貞c市渝北區(qū)悅來(lái)新城排水片區(qū)，范圍與高程分布如圖1所示，該區(qū)域西依嘉陵江，北靠仙桃大數(shù)據(jù)中心，東鄰金山大道，南鄰金興大道，交通便利。研究區(qū)地勢(shì)東高西低，南高北低，占地面積約為9.32 km2，是中國(guó)首批海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市。研究區(qū)的數(shù)字高程模型（DEM）來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站，其精度為30 m。

設(shè)計(jì)降雨的特征選取，主要依據(jù)一方面來(lái)自GB 50014—2021《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和GB 51222—2017《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》;另一方面參考相關(guān)文獻(xiàn)中的設(shè)定。對(duì)于設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)，《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》的條文說(shuō)明部分第3.3.3條提到：服務(wù)面積小于25.9 km2時(shí)，最小降雨歷時(shí)為2 h;中國(guó)大部分地區(qū)的暴雨強(qiáng)度公式是根據(jù)2 h以內(nèi)的降雨資料確定，只有少數(shù)城市編制了較長(zhǎng)歷時(shí)的暴雨強(qiáng)度公式。結(jié)合參考文獻(xiàn)［19-20］中的設(shè)定，本次研究采取2 h降雨歷時(shí)。上述規(guī)范的條文說(shuō)明部分第3.3.4條規(guī)定“當(dāng)設(shè)計(jì)降雨歷時(shí)較短（小于3 h）時(shí)，可參考當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度公式，通過(guò)下列方法之一人工合成雨型”，其中提到的常用雨型第一條就是芝加哥雨型。針對(duì)雨峰系數(shù)的選擇，主要參考了文獻(xiàn)中前人的研究工作［12］。對(duì)于降雨重現(xiàn)期的設(shè)定，上述標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中對(duì)于城市雨水管渠的設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，例如在《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的第4.1.3條中對(duì)不同類型城鎮(zhèn)和城區(qū)類型的雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期均作了具體要求，從2 a一遇至最高50 a一遇，而在第4.1.4條中針對(duì)內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期則最高要求100 a一遇。因此，在結(jié)合文獻(xiàn)［21-22］中取值基礎(chǔ)上，本研究所采用的降雨過(guò)程采用芝加哥雨型進(jìn)行暴雨情景設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)暴雨雨型包含5個(gè)重現(xiàn)期（分別為1，5，30，50 a和100 a一遇）和3種峰值比例（r=0.2，r=0.5，r=0.8），共計(jì)15場(chǎng)降雨，暴雨強(qiáng)度公式如式（1）所示，設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程線如圖2所示。

q=1111.52（1+0.945lgP）（t+9.713）0.561

（1）

式中：q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；

P為設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期，a；

t為降雨歷時(shí)，min。

1.2" 管網(wǎng)排水等效概化方法

降雨率折現(xiàn)法是通過(guò)折減部分降雨量來(lái)等效管網(wǎng)排水流量［6］。其計(jì)算公式可表示為

R=i-f1

（2）

式中：R為凈雨速率，mm/h；i為降雨速率，mm/h；f1為折減的降雨量，mm/h。

全域等效排水法、道路等效排水法和雨水井等效排水法原理相似，都是通過(guò)增加下滲量來(lái)等效替代管網(wǎng)排水能力，其中全域等效排水法是提高全部區(qū)域的下滲速率，道路等效排水法是將等效下滲僅作用于道路區(qū)域，雨水井等效排水法是將等效下滲僅作用在雨水井節(jié)點(diǎn)上［6］。以上3種等效方法的計(jì)算公式可概化為

R=i-f-f2

（3）

式中：f為土壤自然下滲速率，mm/h；f2為全域等效排水法、道路等效排水法或雨水井等效排水法中等效管網(wǎng)排水流量的下滲速率，mm/h，取值方法詳見李東來(lái)［6］、楊東［8］等的研究。

根據(jù)GB 50014—2021《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，可確定研究區(qū)管網(wǎng)設(shè)計(jì)排水能力約為5 a一遇，結(jié)合研究區(qū)暴雨強(qiáng)度公式可估算得該片區(qū)管網(wǎng)最大排水能力約為43.34 mm/h。

1.3" 雨水檢查井信息獲取

雨水井等效排水法需確定雨水檢查井位置。雨水檢查井作為城市排水系統(tǒng)的重要組成部分，大多位于道路網(wǎng)上，可通過(guò)街景圖像進(jìn)行定位［7，23］。利用百度地圖開放平臺(tái)提供的坐標(biāo)拾取功能進(jìn)行研究區(qū)道路坐標(biāo)點(diǎn)提取，將提取到的坐標(biāo)作為輸入，運(yùn)行所編寫的基于全景靜態(tài)API接口的Python程序，對(duì)街景圖像進(jìn)行批量下載，進(jìn)而判斷街景所在點(diǎn)處是否存在雨水檢查井。

利用該方法得到的重慶市部分雨水井分布如圖3（a）所示。道路上的檢查井分布不均，部分較為密集的集中在街道上的一小塊區(qū)域內(nèi)，而另有部分較為分散，因此在建模過(guò)程中將過(guò)于集中的多個(gè)檢查井進(jìn)行了合并，指定到鄰近的同一網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)做等效管網(wǎng)排水的“點(diǎn)匯”處理，最終概化得到156個(gè)雨水井節(jié)點(diǎn)，如圖3（b）所示。

1.4" FVCOM模型

FVCOM最初是由陳長(zhǎng)勝博士領(lǐng)導(dǎo)的美國(guó)馬薩諸塞州達(dá)特茅斯大學(xué)海洋生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型實(shí)驗(yàn)室（SMAST）和伍茲霍爾海洋學(xué)協(xié)會(huì)（WHOI）的Robert博士于2003年合作開發(fā)的［24］。FVCOM可在串行模式或并行模式下運(yùn)行，本次研究采用高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行模式下的運(yùn)行。

為構(gòu)建基于FVCOM的二維洪水漫流模型，需準(zhǔn)備地形文件、網(wǎng)格文件和運(yùn)行設(shè)置文件等數(shù)據(jù)文件。在本次研究中，采用Surface Water Model System（SMS）軟件創(chuàng)建研究區(qū)域非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格單元215 687個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量為108 548，網(wǎng)格劃分如圖4所示。從生成的網(wǎng)格文件（*.2dm）中可提取網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的幾何屬性信息，準(zhǔn)備相應(yīng)的輸入文件和確定模型運(yùn)行參數(shù)。

降雨徑流的計(jì)算采用完全水動(dòng)力方法，在給定精度下將研究區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，地表徑流由每個(gè)網(wǎng)格單元產(chǎn)生，根據(jù)網(wǎng)格單元頂點(diǎn)處的水位計(jì)算網(wǎng)格單元處的降雨徑流量。將不同暴雨情景下的降雨徑流作為邊界條件輸入FVCOM模型進(jìn)行地表洪水漫流計(jì)算，模擬計(jì)算框架如圖5所示。

2" 模型驗(yàn)證

2.1" 水量平衡分析

為了驗(yàn)證采用FVCOM模型進(jìn)行地表洪水計(jì)算過(guò)程中是否保持水量守恒，將公式法計(jì)算的理論產(chǎn)流量值與SWMM模型模擬的徑流量、FVCOM模擬的“積水”量進(jìn)行對(duì)比。其中，SWMM模型計(jì)算徑流量采用的是水文學(xué)方法，即匯水區(qū)上輸入的降雨扣除下滲等損失，在此過(guò)程中不認(rèn)為地表有積水產(chǎn)生；而FVCOM模型采用的直接降雨法則是基于所劃分的網(wǎng)格單元，地表產(chǎn)流在每個(gè)網(wǎng)格單元上獨(dú)立進(jìn)行，所產(chǎn)生的徑流在地表以“積水”形式漫流，若到低處則形成真正積水，若到雨篦子處則被管網(wǎng)收集排走（此過(guò)程采用4種等效方法進(jìn)行替代），更符合真實(shí)的匯流路徑［25-26］。設(shè)置一個(gè)理想的矩形計(jì)算流域，長(zhǎng)寬均為100 m，高程設(shè)置為0 m，F(xiàn)VCOM模型網(wǎng)格尺寸為10 m，共生成230個(gè)三角形網(wǎng)格和136個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，模型運(yùn)行時(shí)間為4 h，降雨輸入如圖6（a）所示。由圖6（b）可知，3種徑流量模擬方法得到的徑流量結(jié)果一致性良好，表明FVCOM在地表洪水漫流計(jì)算過(guò)程中的水量守恒性較好。

2.2" 徑流量模擬驗(yàn)證及易澇點(diǎn)對(duì)比

采用2017年7月14日的實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)（圖7（a））進(jìn)一步驗(yàn)證模型在實(shí)際降雨徑流中的計(jì)算表現(xiàn)。該場(chǎng)降雨是典型的長(zhǎng)歷時(shí)單峰型降雨，在研究區(qū)域降雨事件中有較好的代表性。采用直接降雨法計(jì)算該場(chǎng)降雨的徑流量，將計(jì)算所得降雨徑流作為FVCOM邊界條件進(jìn)行二維地表漫流模擬，下滲過(guò)程采用Horton公式［27-29］進(jìn)行計(jì)算，不考慮蒸發(fā)等損失，模型時(shí)間為4 h，外模時(shí)間步長(zhǎng)為0.5 s，最小水深為0.001 m。由圖7（b）可知，即使在不考慮管網(wǎng)排水的情況下，模擬易澇點(diǎn)與參考文獻(xiàn)［21-22，30］中所提到的位置基本一致。表1為易澇點(diǎn)處積水深度模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)PFK2和PFK4（圖3）處實(shí)測(cè)徑流量與模擬值相對(duì)誤差分別僅為4.82%和0.26%（表2）。可見，利用FVCOM模型計(jì)算實(shí)際降雨徑流較為可靠。

3 "結(jié)果與討論

3.1" 不同等效概化模型對(duì)比

為探究不同等效替代方法的適用性，基于2017年7月14日的實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)，采用直接降雨法計(jì)算降雨徑流，并在其基礎(chǔ)上分別采用降雨率折現(xiàn)法、全域等效排水法、道路等效排水法和雨水井等效排水法進(jìn)行管網(wǎng)排水能力等效計(jì)算，將等效計(jì)算所得徑流量作為邊界條件驅(qū)動(dòng)FVCOM進(jìn)行積水模擬分析，通過(guò)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比確定最適概化模型。

圖8為基于不同等效方法模擬所得的研究區(qū)域積水分布，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)模擬所得易澇點(diǎn)與文獻(xiàn)［21-22，30］中提到的主要積水位置基本一致。表3為采用不同等效方法模擬得到的易澇點(diǎn)積水面積及其與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差，降雨率折現(xiàn)法、全域等效排水法、道路等效排水法和雨水井等效排水法模擬所得易澇點(diǎn)積

水面積平均相對(duì)誤差分別為36.49%，43.31%，8.18%

和4.42%，道路等效排水法和雨水井等效排水法誤差較小，降雨率折現(xiàn)法和全域等效排水法誤差較大，

且低

估了淹沒(méi)情況。圖9為不同等效方法模擬的研究區(qū)累

積積水量隨時(shí)間變化過(guò)程，道路等效排水法和雨水井等效排水法在降雨開始后1 h內(nèi)累積積水量變化與實(shí)際過(guò)程基本一致。隨著降雨持續(xù)進(jìn)行，雨水井等效排水法累積積水量變化與實(shí)際降雨更接近，而降雨率折現(xiàn)方法和全域等效排水法模擬水量偏低。

從易澇點(diǎn)診斷準(zhǔn)確度，以及積水面積、積水量變化等積水特征分析來(lái)看，雨水井等效排水法模擬效果更好。該結(jié)論與楊東等［8］的研究一致，因此選取雨水井等效排水法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行不同雨型下的內(nèi)澇特征及風(fēng)險(xiǎn)模擬分析。

3.2" 內(nèi)澇積水特征分析

采用雨水井等效排水法模擬得到不同暴雨雨型下的積水面積統(tǒng)計(jì)如表4所列，同重現(xiàn)期不同雨峰系數(shù)下的研究區(qū)積水面積差別不大，但雨峰靠后的降雨導(dǎo)致的積水面積占比普遍較高，以r=0.8為例，圖10為不同重現(xiàn)期下研究區(qū)積水分布。隨著重現(xiàn)期的增加，積水面積隨之增加，但易澇點(diǎn)的空間位置無(wú)明顯變化，在研究區(qū)域的東北部、西南部均存在，r=0.2和r=0.5情況下的內(nèi)澇積水空間分布規(guī)律類似。通過(guò)對(duì)比研究區(qū)地形（圖1）可知，易澇點(diǎn)主要位于該片區(qū)地形低洼處。累積積水量隨時(shí)間變化如圖11所示，同一雨峰系數(shù)下，積水量隨重現(xiàn)期的增加而增加。不同雨峰系數(shù)下，積水量峰值無(wú)明顯變化，但雨峰位置會(huì)影響積水量增長(zhǎng)速度，相較于雨峰靠后的降雨，雨峰位置靠前的降雨在降雨前期積水量增長(zhǎng)更迅速。

由于采用直接降雨法計(jì)算徑流過(guò)程，降雨產(chǎn)流過(guò)程中，徑流以“積水”的形式在地表漫流，與通常因管網(wǎng)超載溢流引發(fā)的積水模擬方式不同，造成同樣降雨

條件下看似積水更“嚴(yán)重”。1 a一遇情景下雖然積水范圍很廣，但是絕大部分區(qū)域的積水深度并不大，主要是因地形原因從產(chǎn)流開始階段就遺留積聚在地表的積水。若實(shí)測(cè)資料豐富（尤其是易澇點(diǎn)數(shù)據(jù)），對(duì)等效方法的排水流量進(jìn)一步率定，以及延長(zhǎng)模擬時(shí)間，模擬所得結(jié)果可能會(huì)更符合實(shí)際預(yù)期。

3.3" 內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)分布對(duì)雨型的響應(yīng)規(guī)律

洪水危險(xiǎn)率作為內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)最初是由英國(guó)環(huán)保部提出，該指標(biāo)被定義為流速和水深的組合函數(shù)［16］，公式如下：

HR=h×（U+0.5）+DF

（4）

式中：HR為洪水中人或物安全的洪水危險(xiǎn)率值，無(wú)量綱；h為洪水深度，m；U為洪水流速，m/s；DF為碎屑因子。其中碎屑因子DF的取值參考文獻(xiàn)［17］中的做法，即當(dāng)積水水深h≤0.25 m時(shí)，碎屑因子取值DF=0.5；當(dāng)積水水深hgt;0.25 m時(shí)，碎屑因子取值DF=1。

表5為洪水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分及相應(yīng)的危險(xiǎn)率取值［17］，不同降雨情景下的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)面積如表6所列。同一重現(xiàn)期不同雨峰系數(shù)下，雨峰靠后的降雨導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)面積相對(duì)更大，以r=0.8為例，不同重現(xiàn)期下研究區(qū)洪水危險(xiǎn)率分布如圖12所示。

結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)面積統(tǒng)計(jì)表和洪水危險(xiǎn)率分布可知，同一雨峰系數(shù)下，洪水風(fēng)險(xiǎn)面積隨重現(xiàn)期增加而增加。降雨重現(xiàn)期為1 a一遇時(shí)，研究區(qū)的東北部和西南部就已出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高區(qū)域，由圖10可知該區(qū)域積水較深。隨著重現(xiàn)期增加，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域面積增加，但易澇點(diǎn)主要位置和分布無(wú)明顯變化。降雨重現(xiàn)期為1 a一遇時(shí)，低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（HRlt;0.75）區(qū)域面積占比最多，其次是中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（0.75≤HRlt;1.25）區(qū)域，此時(shí)并無(wú)高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（1.25≤HRlt;2.00）區(qū)域。降雨重現(xiàn)期達(dá)到100 a一遇時(shí)，依舊是低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域面積占比最多，但中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域面積占比大幅增加，此時(shí)高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)域，主要分布在東北部區(qū)域和西南部區(qū)域，但并非人員和車輛的主要活動(dòng)場(chǎng)所，r=0.2和r=0.5時(shí)風(fēng)險(xiǎn)變化規(guī)律類似。

4" 結(jié) 語(yǔ)

以重慶市悅來(lái)新城排水片區(qū)為研究區(qū)域，提出了基于FVCOM模型的無(wú)管網(wǎng)資料區(qū)域內(nèi)澇模擬方法。采用雨水井等效排水法等4種方法對(duì)雨水管網(wǎng)排水能力進(jìn)行概化，通過(guò)對(duì)比驗(yàn)證得出最適概化方法并進(jìn)行不同暴雨雨型下的內(nèi)澇積水特征和風(fēng)險(xiǎn)模擬分析。

結(jié)果表明：降雨率折現(xiàn)法、全域等效排水法、道路等效排水法和雨水井等效排水法模擬所得易澇點(diǎn)積水面積平均相對(duì)誤差分別為36.49%，43.31%，8.18%和4.42%，結(jié)合累積積水量變化過(guò)程分析可知，雨水井等效排水法的適用性最佳，但在無(wú)街景區(qū)域可能存在一定限制。相比之下，降雨率折現(xiàn)法、全域等效排水法和道路等效排水法均存在不同程度低估積水面積和累積積水量的情況。積水面積和積水量主要受降雨重現(xiàn)期影響，同一重現(xiàn)期下，雨峰靠前的降雨更易引起降雨早期積水迅速增加。研究區(qū)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)主要受降雨重現(xiàn)期影響，降雨重現(xiàn)期越大，整體內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)越高，內(nèi)澇高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域主要分布在研究區(qū)的東北部和西南部。

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（編輯：謝玲嫻）

Study on simulation of urban flooding in areas without drainage pipe data based on FVCOM model

LI Peiran1，2，LIU Fei1，2，3，CHEN Yao1，2，3，WEI Shuyi1，2，DAI Sheng1，2

（1.Key Laboratory of Hydraulic and Waterway Engineering of the Ministry of Education，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China；

2.College of River and Ocean Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China；

3.Engineering Laboratory of Environmental Hydraulic Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China）

Abstract：

To conduct the urban flood risk simulation in areas without drainage pipe survey data，taking the catchment area in Yuelai New Town，Yubei District，Chongqing City as the study area，four equivalent methods were adopted to represent the drainage capacity，that is discounted rainfall method （DRM），the equivalent infiltration approach in all areas （EIA），equivalent infiltration approach on road only （EIR），and the stormwater manhole equivalent infiltration method （SME）.And an urban flood model based on the Finite Volume Coastal Ocean Model （FVCOM） was established.An idealized case and the measured rainfall data were used to validate the flood model.The equivalent method with the best performance was used to simulate and analyze the flood characteristics under different rainfall types in the study area，and the flood risk was analyzed based on the flood hazard index.Results show that the average relative errors of the flood areas simulated by DRM，EIA，EIR，and SME are 36.49%，43.31%，8.18%，and 4.42%，respectively，and the performance of SME was the best，but there may be limitations in areas without street views.Under the same rainfall return period，the flood accumulates faster at the initial stage of rainfalls that have earlier peaks，while the flood risk caused by rainfalls with later peaks is relatively higher.In case of the same rainfall peak，the larger the return period，the greater the flooding area and volume，and the higher the overall flooding risk.The proposed method can technically support urban flood management，especially for areas where drainage pipe data is unavailable.

Key words：

storm pattern； urban flood risk； equivalent drainage method； FVCOM； area without drainage pipe survey data； Chongqing City