[发明专利]基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法

说明书

本发明公开基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法。包括以下步骤：(1)制作SWMM的inp输入文件，并模拟得到out结果文件；(2)完成检查井与竖向边界流动区网格之间的拓扑关联；(3)提取SWMM模拟结果并创建溢流量/排水量时间序列过程的竖向边界流动区输入文件；(4)将竖向边界流动区输入文件和其他类型输入文件载入二维水动力模型，模拟相关区域在指定降雨情景的内涝积水分布与积水水深。本发明方法有助于SWMM与二维水动力耦合模拟中的内涝积水涨、退过程、积水面积和积水范围的有效识别，适用于城市防涝能力和风险的评估、城市排水影响评价、暴雨内涝风险预报预警等有关城市内涝模拟的相关应用与研究中。

技术领域

本发明属于市政工程技术领域，涉及基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法，适用于城市内涝积水与风险识别的模拟。

背景技术

当前，水动力模型作为一种成熟的数字模拟技术，已广泛应用于城市雨洪模拟中，如城市防涝能力和风险的评估、城市排水影响评价、暴雨内涝风险预报预警的相关研究及应用。

主流的水动力模型软件有英国华霖富公司研发的InfoWorks ICM软件、丹麦水利研究所研发的MIKEUrban软件，以及美国环境保护署开发的SWMM软件等，前两者既可以模拟管道或河道中的水流过程，也可以模拟地表积水漫流，但属于商业软件，较为封闭；而后者属于开源软件，面向全世界开放，受到相关行业工作人员以及相关领域研究学者的广泛使用与认可，但SWMM只能模拟管道或河道中的水流过程，无法模拟地表积水漫流的过程。

发明内容

为解决SWMM软件无法模拟地表积水漫流过程的问题，本发明提出基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法，可模拟得到地表积水分布以及积水水深。

基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法，以SWMM模拟结果为基础，提取管网的溢流量/排水量时间序列过程，并以竖向边界流动区的形式设置于二维水动力模型中，模拟水量通过竖向边界流动区在地表形成积水、积水通过竖向边界流动区排出的过程，从而可获得地表积水分布与积水水深的结果；

步骤包括：(1)制作SWMM的inp输入文件并模拟得到out结果文件；(2)完成检查井与竖向边界流动区网格两者之间的拓扑关联；(3)创建溢流量/排水量时间序列过程的竖向边界流动区输入文件；(4)将竖向边界流动区输入文件和其他类型输入文件载入二维水动力模型进行计算。具体实现方法如下：

(1)制作SWMM的inp输入文件并模拟得到out结果文件。根据排水管网矢量数据、土地利用数据、降雨过程数据制作SWMM一维管网水动力模型inp输入文件，并调用swmm动态链接库读取inp文件执行模拟，生成out结果文件。

(2)完成检查井与竖向边界流动区网格之间的拓扑关联。利用待模拟区域的矢量文件创建地表二维网格，将所述地表二维网格与检查井进行空间位置上的匹配，匹配上的网格即为竖向边界流动区网格(矢量文件)，并得到竖向边界流动区网格与检查井的匹配关系(包含一对一和多对一的匹配关系)。运用地理信息系统软件的空间连接工具完成竖向边界流动区网格与检查井之间的关联。

(3)创建溢流量/排水量时间序列过程的竖向边界流动区输入文件。根据竖向边界流动区与检查井之间的匹配关系、检查井与管道之间的拓扑连接关系读取SWMM的模拟结果中的相关参数(节点溢流量、管道充满度、管径、坡度)，依据判断规则写入溢流量或计算剩余排水能力值，得到带有溢流量/排水量时间序列过程的竖向边界流动区矢量文件，并转化为二维水动力模型所需的输入文件格式。

(4)将竖向边界流动区输入文件和其他类型基础输入文件载入二维水动力模型进行计算。将上一步获取的竖向边界网格输入文件与二维水动力模拟所需的其它类型输入文件载入到软件中进行计算模拟，得到内涝积水演变过程、积水面积、积水范围。

进一步地，步骤(1)中，如果有井下液位过程实测数据，可在完成SWMM的inp输入文件制作后，进行模型率定，得到率定后的SWMM模拟结果。