[发明专利]流域水系和城市管网耦合的平原河网城市洪水模拟方法

权利要求书

1.一种流域水系和城市管网耦合的平原河网城市洪水模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建流域径流模型；

S2：构建城市雨水管网模型；

S3：将流域径流模型与城市雨水管网模型耦合；

S4：城市洪水模拟与预测。

2.根据权利要求1所述的流域水系和城市管网耦合的平原河网城市洪水模拟方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S101：流域水系提取：基于DEM数字高程模型，利用ARCGIS软件进行水文分析，提取自然河流水系，结合高分遥感影像对基于DEM数字高程模型提取的自然河流水系进一步校正，最终提取能够准确描述流域实际情况的流域水系；

S102：水系区域子流域和水文响应单元划分：基于DEM数字高程模型以及提取的流域水系数据划分出若干个水系区域子流域；根据土地利用数据、土壤数据、坡度数据和流域水系数据，将每个水系区域子流域划分为若干个具有相同的水文行为的水文响应单元；

S103：流域径流量模拟：利用水文模型通过气象数据、已经划分好的水文响应单元和提取的流域水系对流域径流量进行模拟，得到不同水系区域子流域的产流量和每段河流的出流量。

3.根据权利要求2所述的流域水系和城市管网耦合的平原河网城市洪水模拟方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S201：构建城市雨水管网模型数据库：利用GIS矢量化工具对城市雨水管网数据进行简化并建立拓扑关系检查城市雨水管网的连通性及其属性完整性；基于DEM数据，利用GIS水文分析模块划分城市地区子流域，再根据待分析区的道路数据将城市地区子流域划分成若干个第一子汇水区，最后结合高分遥感影像，按照土地覆被类型、区块单元、道路分布及降水就近排放的原则，将每个第一子汇水区划进一步分成若干个第二子汇水区；采用待分析区内实测数据作为降雨数据；

S202：主要参数设置：确定第二子汇水区面积、地表平均坡度、不透水率、渗透面积、特征宽度，不透水率，透水区洼蓄量，不透水区曼宁系数、管网粗糙系数。

4.根据权利要求3所述的流域水系和城市管网耦合的平原河网城市洪水模拟方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

S301：建立流域水系与城市边界之间的空间联系：利用GIS的空间网络分析工具，构建流域水系与城市边界之间的网络分析关系，提取线-线相交点，并建立点数据集；

S302：确定进水节点：将点数据集与流域水系-城市边界图层建立空间链接，选择四条线相交的点为进水节点，以此生成流域水系向城市内水系输送外来水量的进水节点；

S303：流域径流与城市雨水管网耦合：将进水节点上游的水系区域子流域径流模拟输出值作为城市管网入流流量的输入值。

5.根据权利要求4所述的流域水系和城市管网耦合的平原河网城市洪水模拟方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S401：根据城市降雨数据，利用城市降雨产汇流模型模拟降雨产流过程，计算各个进水节点总进流量、洪流；

S402：如果有进水节点的值在某一时刻的进水深度超过了该进水节点的最大容水量，那么确定该进水节点产生溢流，即产生洪水，积涝时间就是该进水节点的进水深度达到或超过最大容水量的持续时间。

6.根据权利要求3所述的流域水系和城市管网耦合的平原河网城市洪水模拟方法，其特征在于，所述步骤S201包括以下步骤：

N1：首先利用ARCGIS中Hydrology模块进行水文分析，进行城市流域水流方向提取、汇流累积量计算和城市地区子流域划分，将城市地区子流域数据进行矢量变换，并根据城市地区子流域的值对矢量数据进行融合，经过处理后的矢量结果即为城市地区子流域；

N2：统计待分析区内原始管网数据中管段节点，根据主干道路的交叉点对待分析区内节点进行概化，基于管段节点和道路交叉点生成待分析区内泰森多边形，根据城市排水管网将待分析区划分为多个泰森多边形小区域，该泰森多边形小区域即为第一子汇水区，在第一子汇水区的基础上，运用GIS手段，结合高分遥感影像，按照土地覆被类型、区块单元、道路分布及降水就近排放的原则，将每个第一子汇水区进一步划分成若干个第二子汇水区；

N3：采用待分析区内实测数据作为降雨数据。