基于水动力-力学耦合的海绵城市渗蓄水风险预测

陈冬琴

（长江职业学院，湖北武汉 430074）

海绵城市概念提出至今，研究主要集中在“低影响开发”、实现雨水控制目标，如渗、滞、净、蓄、用、排等多个方面。很多城市在海绵城市建设中，缺少对地质环境研究，对场地环境不了解，海绵城市技术适用性不明确，导致出现很多地质环境问题，如地面沉降、开裂、特殊土层膨胀等。海绵城市建设应从自然水文条件角度出发，开展城市地质调查工作，分析海绵城市功能与环境地质适宜性的基础上进行规划设计，实现自然积存、自然渗透、自然净化的功能。本文以某城市规划区为研究对象，采用GMS软件（表水及地下水耦合）计算地下水流场结合Terzaghi固结理论，进行水动力学-力学耦合数值模拟，模拟计算海绵城市渗蓄水时，对地下水位的影响，预测海绵城市渗蓄水对地质环境地面沉降量的影响。

1 透水铺张层及地质条件

本次研究透水铺装层采用透水混凝土、级配碎石层、级配砾石层，共同特点是孔隙率高，具有很好的渗蓄水能力。下垫层地质条件为：上部为粉砂土、全新统中期冲积物。中部为细砂土，分布于西南、西北部，一般顶板埋深1~1.5m；下部粉质黏土，顶板埋深1~2m，厚度15~20m；底部为黏土，具水平微层理。

2 数学模型

2.1 地下水流动数学模型

根据Darcy定律和水均衡原理，忽略密度变化对地下水影响的三维流动数学模型为：

式中：Kxx、Kyy、Kzz分别为沿主方向的渗透系数[L/T]；h(x,y,z,t)为水位[L]；w为单位体积单位时间内注入或抽出的水量[1/t]；为时间[T]；μs为单位储水系数[1/L]；h0(x,y,z)为流场初始水位[L]；……