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水 利 学 报

２０２４年 １１月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 １１期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）１１ － １３０９ － １１

沿海城市复合洪涝模拟物理模型研究

徐 奎 １，２ ，庄云超 １，２ ，马 超 １，２ ，练继建 １，２
（１．天津大学 水利工程智能建设与运维全国重点实验窒，天津 ３００３５０；２．天津大学 建筑工程学院，天津 ３００３５０）

摘要：受暴雨、沿海高潮位和河流洪水等多种洪涝驱动因素的影响，沿海城市洪涝成灾机理复杂。揭示沿海城市
复合洪涝的发生过程与成灾机理对于科学制定洪涝调控策略具有重要的意义。本研究探究了沿海城市复合洪涝模
拟物理模型构建方法，并以海口市美舍河出海口典型城区为例，构建了复合洪涝模拟物理模型和数值模型。基于
物理模型和数值模型开展了暴雨－ 高潮位－ 河流洪水三因素驱动下的复合洪涝模拟物理模型试验研究，并对模型精
度进行了评估。结果表明，本研究所构建的沿海城市复合洪涝模拟物理模型可以准确模拟复合洪涝，模型率定和
验证的纳什效率系数值均大于 ０．９，相对误差值均小于 １０％，模型精度较高。
关键词：沿海城市；物理模型；复合洪涝；数值模拟模型
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｕ ９ ９ ８ ． ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４００７１
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文献标识码：Ａ
１ 研究背景

沿海城市由于洪涝致灾因子众多，洪涝灾害频繁而严重 ［１ － ３］ 。探究沿海城市洪涝成灾机理，对于
科学制定洪涝调控策略具有重要的意义。过去的研究多基于数值模型对沿海城市洪涝风险进行评估，
但有关沿海城市内涝模拟物理模型试验的研究仍然相对匮乏。由于城市内涝发生机制复杂，城市洪水
模拟物理模型实验难度大，需要详尽的水系、地形、地质、排水管网、建筑物等相关数据 ［４］ 。而在沿
海城市，多种洪涝驱动因素导致物理模型需要控制的边界条件更多，进一步增加了模型设计构建的
难度。
现有有关洪涝模拟物理模型设计构建的研究基本采用河工模型设计方法，基于相似准则按照一定
的比尺构建研究区域的缩小模型，并通过设定不同的水动力条件对洪水进行研究 ［５ － ６］ 。这些模型以河
道作为主要建模段，分析由于超标河流流量导致的两岸洪水淹没情况，并将原型和模型的水面高程和
淹没范围进行对照 ［７ － ８］ 。如张鹏等 ［９］ 构建了滏阳新河某河段的物理模型和数值模型，通过物理模型对
数值网格模型进行了验证并以物理模型的实际值对数值模拟数据进行校准和分析。由于这类物理模型
比尺较大，仅能模拟河道流量过大导致的两岸淹没而不能还原城市的降雨径流和洪水演进过程。因此
一些学者通过构建城区物理模型对城市二维地表洪水淹没和演进进行试验 ［１０］ 。如 Ｇüｎｅｙ等 ［１１］ 通过构
建水平比例尺为 １５０，垂直比例尺为 ３０的物理模型模拟了土耳其 ｒｋｍｅｚ镇由于上游大坝突发性溃坝
流量导致的城区洪水淹没。Ｖｅｌｉｃｋｏｖｉｃ等 ［１２］ 通过构建精细化城市十字路口物理模型试验平台对不同道
路布局下的洪水演 进特征 进行 分析，结果 表明与洪 水方向 不 一 致 的 街 道 布 局 将 会 产 生 更 大 的 流 动
阻力。
此外，在城市产流和汇流过程中下垫面和建筑物是影响城市内涝的重要因素，下垫面的下渗能力
和坡度以及城市的各类障碍物分别对城市产流和汇流过程产生影响。目前一些研究基于物理模型试验

收稿日期：２０２４ － ０２ － ０１；网络首发日期：２０２４ － １０ － １４
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４１０１２．１１０４．００１
基金项目：国家自然科学基金项目（５２３７９０１９）；天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室基金项目（ＨＥＳＳ － ２２２７）
作者简介：徐奎（１９８７ － ），副教授，主要从事城市防涝减灾研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｋｕｉ．ｘｕ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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