基于水动力模型的城市河道堤防安全评估方法研究

刘 叶，丁龙翔

(广州市增城区水务局，广州 510000)

0 引 言

水动力模型是一种描述水流受力与运动相互关系的数学模型，使用模型内流体力学的基本方程，数值模拟流动水的动力迁移过程[1]。在城市化建设下，城市用水不断增加，对城市河道堤防的安全防护已经成为当下的研究重点，安全评估城市河道堤防的状态，能够为实际河道的防护工作提供一定的数据支持。为此，在水动力模型的参与下，构建一种城市河道堤防安全评估方法。综合城市空间内的降水量以及堤防溃堤的数值，不断探究不同河堤位置的汇流条件[2]。在构建城市河道堤防安全评估方法上，在进入21世纪后，国外研究人员在有限元分析方法的支持下，构建得到多种水动力分析模型，并在多个溃堤的数值控制下，分析得到多个临界系数[3]。我国研究水动力模型起步较晚，在上个世纪90年代初期，相关研究人员采用TVD格式，预测得到适应性较强的高性能算法，并应用到实际河道处理工作中。

1 基于水动力模型的城市河道堤防安全评估方法研究

1.1 水动力耦合城市河道流量

城市河道内的水位较为稳定，所以在水动力耦合城市河道水位时，采用垂向耦合的方式处理河道堤防中的水流[4]，采用水动力模型将城市的排水管看作为河道堤防的组成部分。针对一维管网结构节点，计算管道节点间的交换流量，计算公式为：

(1)

式中：Qn为管道节点处的交换流量数值；c0为管道口的出流系数；Amh为管道节点间的交换面积；……