Page 47 - 2024年第55卷第11期

２．２．３ 物理模型试验设计
（１）试验结果采集系统。研究采用直径为 ５ｍｍ
的透明塑料管对物理模型模拟的洪水深度进行测量，
将长度为 ２０ｃｍ的塑料管粘贴在建筑物的侧壁上，分
别在不同塑料水管 １、２、３、４以及５ｃｍ位置开孔，
基于连通器原理来测量洪水深度。洪水深度测量装
置连通器现场图如图 ２。
（ ２）模型模拟工况设计。本研究基于美舍河出海
口典型城区复合洪涝模拟物理模型和数值模型在验
证工况和率定工况下的洪涝模拟结果对物理模型和
数值模型进行交叉验证。本次采用的率定和验证工 图 ２ 最大淹没水深测量及洪水采集装置
况设置如 表 １，物理 模型 的边界 条件 根据 比 尺 进 行
推求。

表 １ 不同工况下的雨洪潮边界条件设置

边界条件 降雨频率 潮位?ｍ 河道流量?（ｍ ?ｓ）
３
率定工况 ２０年一遇 ４．５ １０
验证工况 １０年一遇 ４．５ １０

本研究共设置降雨、河道流量和潮位三种边界条件。在物理模型中，降雨量由上部降雨装置控
制，持续时间为 １ｈ，降雨强度的时间间隔为 １０ｍｉｎ，降雨雨型采用芝加哥雨型；上游河道采用流量
边界进行控制，在河道入口有固定的泵送流量；下游潮位边界采用固定边界值。在模拟开始后同时控
制三种模型边界对内涝积水进行模拟。在数值模型中，降雨强度和模拟时间与物理模型相同，通过给
不同子汇水区设置雨量计进行降雨模拟；流量边界同样设置在河道上游，设置固定的流量值；在下游
排水出口和河道出海口位置设置固定的潮位值。

３ 研究结果

３．１ 复合致涝模拟物理模型试验装置 整个装置由主体实验装置和上部降雨装置组成。
（ １）主体装置。整个模型主体实验装置包括上部建筑物、河道、海岸、下垫面、以及下部排水管
网等部分，图 ３和图 ４分 别为 物理 模型主 体 实 验 装 置 示 意 图 和 现 场 图。装 置 不 同 部 分 的 设 计 方 案
如下。
建筑物：基于研究区建筑物分布情况，将尺寸 ５ｃｍ × ５ｃｍ × ４５ｃｍ、５ｃｍ × １０ｃｍ × ４５ｃｍ以及１０ｃｍ ×
１０ｃｍ × ４５ｃｍ的矩形有机玻璃建筑物放置于物理模型实验装置中用于模拟建筑物。
河道：基于模型比尺及实际河道尺寸对河道进行缩放设计，采用混凝土材料对河道进行建模。
海岸：在海岸连接处，设置宽度为 ２０ｃｍ的海岸用于模拟高潮位对排水管网以及河道的顶托作用。
下垫面：基于研究区实际高程数据按照模拟比尺对高程进行缩放得到高程数据，并以沙土及混凝
土材料作为基础来构建下垫面。
排水管网：基于研究区实际管道尺寸及布设方式，以室外排水设计规范为设计准则对物理模型排
水管网进行设计建模。
（ ２）降雨装置。考虑到降雨均匀性和复合洪水模拟的实验要求，本研究在物理模型主体实验装置
上部 １．５ｍ布设人工降雨装置，整个装置共设置 ３６个可控降雨喷头，根据实验要求选择开闭不同位置
的降雨喷头来控制降雨的均匀性。同时利用水泵和电磁控制阀对降雨雨强进行控制以模拟降雨强度时
程变化。图 ５为降雨装置的示意图和实际装置图。

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