[发明专利]一种地表与管网分布式的直接双向耦合方法

权利要求书

1.一种地表与管网分布式的直接双向耦合方法，包括获取地表水文水动力数据，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤1：依据所述地表水文水动力数据生成地表模型和管网模型，所述地表模型为地表分布式水文水动力模型；基于所述地表分布式水文水动力模型，降雨产汇流和地表积水均基于同一地表网格单元进行计算，计算公式为：

其中，是偏微分符号，t是时间，h是地表水深，u和v是地表x和y方向的流速，z是地表水位，r、f和c分别为降雨强度、下渗强度和排水强度，g为重力加速度，n是糙率系数，|V|为速度的模，且

所述管网模型为一维水动力模型，计算公式为：

其中，A是管道过流面积，Q是管道流量，U是管道流速，Z是管道水头，且Z＝Z₀+H，R是管道水力半径，H为管道水深；

步骤2：在所述地表模型和所述管网模型的基础上，根据城市排水管网实际组成以及数据覆盖情况，构建地表模型与管网模型之间的耦合模式，所述耦合模式至少包括物理耦合和概念耦合；

所述物理耦合表示地表和管网之间根据雨水汇集的实际物理过程进行耦合，所述物理耦合的步骤包括以下子步骤：

步骤201：将代表雨水篦子和检查井的管网节点与它所在的地表网格单元之间进行一对一的空间位置耦合；

步骤202：根据城市雨水排水系统中雨水篦子和检查井所承担的实际功能，对雨水篦子和检查井进行区别计算；

所述概念耦合是指地表网格单元与管网节点之间基于某一种经验关系而非物理过程进行耦合，所述概念耦合的步骤包括以下子步骤：

步骤211：根据实地调研或者空间就近关系，确定每个区域的排水出口；

步骤212：根据排水出口节点的位置，指定地表网格单元对应的出口节点；

步骤213：根据该区域的设计排水能力，指定地表网格单元的排水能力C_i，同时考虑地表网格单元的水位和管网节点的水位，计算每个地表网格单元的实际排水速度c_i。

2.如权利要求1所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述雨水篦子的计算方法包括水流方向和大小采用具有物理意义的堰流公式计算，

for z_g＞z_s

for z_g≤z_s

其中，Q_s为流量，Z_g为管网节点所在的地表网格单元的水位，Z_s为管网节点的水头，m为堰流系数，σ为淹没系数，L₁为管网节点的孔口周长，H₁为管网节点所在的地表网格单元的水深，H₂为管网节点的水头与其所在的地表网格单元的水位之间的差，即H₂＝Z_s-Z_g，A₁为管网节点的孔口面积。

3.如权利要求2所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述检查井的计算方法包括只有当管网水头足够大顶开盖板，管网水流从检查井溢流进入地表，计算公式为：

4.如权利要求3所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述每个地表网格单元的实际排水速度c_i的计算公式为：

其中，h_i为第i个地表网格单元的水深；C_i为第i个地表网格单元的排水能力，Δt为时间步长。