TELEMAC-MASCARET是法國電力集團（EDF）的法國國立水利與環(huán)境實驗室開發(fā)的一款研究水動力學和水文學領域的高性能數值仿真開源軟件?；谟邢拊ǎ褂貌灰?guī)則三角網格，讓復雜的海岸線和河口的描繪更為精確。該軟件可以構建1D、2D和3D水動力學模型以解決波浪傳播、波浪振動特性、水質污染、泥沙輸運和海床形態(tài)變化等問題，擁有豐富的用戶技術支持和廣泛的工業(yè)應用及驗證。

研究背景

近期河南省遭遇百年難遇的極端強降雨，鄭州市最大小時降雨量達到了201.9毫米，打破了36年前的河南林莊創(chuàng)造的歷史極值。今年以來，洪澇災害頻發(fā)，導致多處水庫垮壩、管涌、漫壩，數個城市出現嚴重內澇，多條河流堤防發(fā)生決口，已造成3481萬人次受災、200多人死亡失蹤，直接經濟損失高達1230億元。

那怎樣才可以最大限度的降低人員傷亡和損失呢？

21世紀以來，人類采取了各種措施來抗御洪水，洪水風險分析是至關重要的一環(huán)。根據洪水風險分析的結果，人們可以進行防洪規(guī)劃，合理分配防洪減災力量，將洪水造成的損失降到最低，甚至做到零人員傷亡。

目前洪水風險分析常采用的方法有地貌學方法、歷史洪水類比方法、水文水力學方法。

地貌學方法	根據地區(qū)地貌特征的空間分布進行分析	數據老舊不準確，結果比較粗略
歷史洪水類比方法	根據歷史洪水的淹沒特征反映洪水風險	對洪水的量化描述程度不高，結果精度受限
水文水力學方法	根據最新地理信息（城市建筑、道路、地鐵、隧道等）、人口信息、經濟狀況等進行數值模擬仿真	結果更加精確，適用范圍更廣，靈活度高，可結合其他因素(如人口、經濟等)出綜合預測結果

本案例中，我們根據地理特征、建筑及街道尺寸等信息，使用水文水力學方法，以TELEMAC-MASCARET為工具，對特大降雨可能造成的城區(qū)內澇場景進行推演，計算出淹沒范圍、淹沒水深、淹沒時長、水流流速等動態(tài)信息，并將其展示在衛(wèi)星圖上，構建出逼真的洪水演進場景（如下圖所示），為城鎮(zhèn)的防洪減災工作提供了有效的科學依據，并為后期的城市內澇預警、防范預測、應急響應方案提供技術基礎。

模型構建與計算

首先，我們導入已有的地形文件，建立河流以及周邊地區(qū)模型，勾勒出建筑物的形狀。模型建立完成后如下圖所示，其中藍色區(qū)域為河流，黃綠色區(qū)域為高程不同的城區(qū)，白色區(qū)域為不可淹沒的建筑物。

然后，我們對模型進行整體的網格劃分以及河流區(qū)域的局部網格加密，并將地形信息插值到網格中，建模和網格的生成都在SALOME平臺上完成，最后得到的網格如下圖所示。網格總數為45782，網格最大尺寸為200，最小尺寸為50。

網格劃分好之后，進入模擬運算階段，設定輸入條件。本案例主要根據調研得到的7.20河南暴雨相關數據而設定輸入條件：

• 河流上游流量：600 m3/s
• 降雨量：345 mm/day
• 模擬時間：24小時

模型結果

經過計算，我們得到了如下圖所示的結果。我們可以用不同的顏色區(qū)域表示不同水深。在暴雨前，居民區(qū)為黃褐色，水深為0米，河流區(qū)則為深藍色，水深大于1米。由于持續(xù)的降雨，河流上游流量增大，洪水來襲，地面水位不斷上升。由于地形以及所在位置的差異，各地的水深各不相同。根據色塊的范圍，我們可以判斷各地的風險等級。

下圖則是將仿真結果與衛(wèi)星圖結合展示。經過計算，我們得到具體時間和具體地點的淹沒水深、歷時等重要信息，并將其可視化展示在衛(wèi)星圖上，構建逼真的洪水演進場景。

研究結論

我們以高程資料、建筑及街道尺寸信息等，作為仿真計算的輸入模型數據。結合高性能環(huán)境流體力學仿真軟件TELEMAC-MASCARET，對一次特大降雨量場景可能造成的城區(qū)內澇場景進行推演計算。并采用可視化的效果來顯示計算得到的城市內澇風險的基本要素信息，如洪水涉及范圍及水深、淹沒歷時、水流流速等，為城鎮(zhèn)的洪水防御工作提供了技術基礎。

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