Page 51 - 2024年第55卷第11期

模型水位主要由地表高程以及地下排水管网的排水能力所控制，因此在设计城市内涝模拟物理模型
时，可以通过控制管道尺寸来调控地表内涝积水深度。
（３）作为模型主要的边界条件，降雨比尺采用了基于流量比尺的设计方案。考虑到计算得到的降
雨量比尺小，实际控制难度大，因此在设计中将降雨量比尺考虑到了排水管网比尺的设计中。在实际
模拟过程中，物理模型和数值模型间结果误差较小因此可以通过采用控制管网尺寸的方式来替代降雨
量的比尺，以保证内涝积水深度模拟的准确性。

４ 讨论

本研究开展了沿海城市雨洪潮复合致涝模拟物理模型研究，提出了复合致涝模拟物理模型的比尺
推求方法，并以海口市美舍河出海口典型城区为研究对象构建了复合致涝模拟物理模型和数值模型并
对模型精度进行了评估，研究结果表明本文构建的物理模型和数值模型间具有较高的精度。尽管如
此，本研究仍然存在着一些不足，需要进一步的论证和优化。
（ １）本研究基于变态模型理论对物理模型进行了设计，比尺变率为 １０。在设计管道过程中将降雨
比尺考虑到管道比尺的推算中，因此采用了与实际相同的降雨强度进行模拟并得到了较高精度的模拟
结果。但由于现有相关研究的有限性，其他比尺变率下的模型是否能呈现与本研究具有一致特征的结
果尚不完全明确。
（ ２）本研究基于海口市美舍河出海口典型城区的高程、排水管网和建筑物进行了设计，研究区域
较小，尽管研究表明现有的设计方案可以还原城市洪水的结果，但在实际应用于其他沿海城市时仍然
需要进一步考虑研究区的实际特征进行建模，并且需要充分考虑模型优化部分和城市实际情况之间的
差异性。
（ ３）后续研究可开展其他变态模型比尺的城市内涝模拟物理模型设计方案，并应用于不同的沿
海城市以对本研究的结论作进一步的验证。同时可以将物理模型应用于气候变化影响评估以及城市
内涝积水调控的应用中，并研究耦合智能调控措施的沿海城市复合致涝模拟物理模型构建方法，基
于物理模型从洪水风险分 析、措施联 合调控 和损失效益 评估 方面 进一 步优 化 沿 海 城 市 的 洪 水 调 控
策略。

５ 结论

本文基于水工模型设计规范提出了沿海城市复合洪涝模拟物理模型比尺计算方法，并以海口市美
舍河出海口典型城区为研究对象，设计并构建了雨洪潮复合致涝模拟物理模型试验装置。同时利用
ＰＣＳＷＭＭ模型构建了相同区域的复合洪涝模拟数值模型，并基于物理模型对数值模型的结果进行了评
估。本文的主要结论如下：
（ １）提出了沿海城市雨洪潮复合致涝模拟物理模型设计方法。基于水工模型设计规范计算得到水
平比尺为 ３００，垂直比尺为 ３０，变率为 １０时的模型流量比尺为 ４９２９５。基于室外排水设计规范计算得
到雨水管道设计流量比尺 ４９４５０，进而推算得到雨水管道尺寸的缩放比尺为 ８８．６７７。
（２）构建了沿海城市雨洪潮复合致涝模拟数值模型。基于研究区排水管网、ＤＥＭ高程和建筑物等
数据，利用 ＰＣＳＷＭＭ模型构建了研究区复合致涝模拟数值模型。
（ ３）利用物理模型和数值模型模拟了两组雨洪潮复合致涝工况下的洪水结果，并采用纳什效率系
数和相对误差值对模型精度进行了评估。计算得到模型率定和验证的纳什效率系数均大于 ０．９，相对
误差值均小于 １０％，模型的精度较高。
本研究丰富了沿海城市洪涝模拟物理模型试验研究理论体系，为精确模拟沿海城市复合洪水成灾
过程并科学制定洪水调控策略提供理论支撑。

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