[发明专利]一种基于径流耦合仿真的城市内涝预测方法及系统

权利要求书

1.一种基于径流耦合仿真的城市内涝预测方法，其特征在于，

包括以下内容：

获取城市地理数据信息，确定城市区域与边界；

利用预先建立的地表道路径流模型对城市区域与边界进行处理，得到地表道路径流；

通过预先搭建的地下管网系统模型对城市地下管网数据进行计算，确定城市地表的下渗点位以及地下管网系统；

通过预先构建的耦合仿真模型，对地表道路径流、下渗点位以及地下管网系统进行耦合仿真计算，得到城市范围内的水位信息和水流矢量流速；

根据水位和水流矢量流速，预测城市道路内涝情况；

耦合仿真模型通过二维水动力控制方程计算得到城市范围内的水位信息和水流矢量流速，其包括触发判断阶段、耦合逻辑阶段与数据传输阶段；

所述二维水动力控制方程根据城市网格节点的水深、由地下管网系统模型所带来的额外水深、井口半径、城市网格节点的水流矢量流速、速度分量、城市地表高程、重力加速度、地表水的粘性系数和额外的流量矩阵进行构建；

所述触发判断阶段，通过数据对比以及耦合仿真模型运行状态，判断耦合过程是否进入耦合逻辑阶段，具体包括以下内容：

利用地下管网系统模型计算时间步长，确定道路耦合时刻和管路耦合时刻；

获取地下管网系统模型和地表道路径流模型的当前计算时间步，并根据道路耦合时刻和管路耦合时刻，判断时间步是否处于预先设定好的耦合时刻；

根据时间步，提取下渗点位的计算数据，或距离下渗点位最近的网格节点处的计算数据；

若干计算数据形成关键数据组，其包括井口水深数据、过充井深数据、表面水位数据、水平面数据；

所述井口水深数据为在每一个下渗点位处，耦合前一时刻的地下管网系统模型中的井口水深值；

所述过充井深数据为在每一个下渗点位处，耦合前一时刻的地下管网系统模型中的过充井深值；过充井深值是过充水面与井口高程之间的距离；

所述表面水位数据为在每一个下渗点位处，或者距离下渗点位最近的网格节点处，耦合前一时刻的地表道路径流模型中的表面水位值；

所述水平面数据为在每一个下渗点位处，或者距离下渗点位最近的城市网格节点处，耦合前一时刻的地表道路径流模型中的水平面值；

对计算数据进行耦合判断，所述耦合判断包括以下内容：

当不存在过充水的时候，井口水深数据会小于过充井深数据；

当存在过充水即在当前井口由于管道承载能力达到上限而发生井喷现象时，两者的值保持相同；

当道路出现积水情况时，表面水位数据会大于水平面数据；

当道路没有积水时，表面水位数据会等于水平面数据。

2.如权利要求1所述的一种基于径流耦合仿真的城市内涝预测方法，其特征在于，

建立地表道路径流模型的方法如下：

基于卫星地图或/和地理数据，根据需求确定地表道路径流模型的覆盖区域；

根据覆盖区域，建立二维有限元网格，剔除二维有限元网格中存在建筑物的部分；

对二维有限元网格的每一个城市网格节点进行数据插值，使得每个城市网格节点都有地面高程信息；

在城市网格节点的基础上，根据覆盖区域的下垫面种类及属性，按照不同的城市街区设置当前区域的土壤下渗系数，并对每条城市道路设定摩擦系数，完成地表道路径流模型的建立。

3.如权利要求1所述的一种基于径流耦合仿真的城市内涝预测方法，其特征在于，

搭建地下管网系统模型的方法如下：

通过城市区域的地下管网设计数据，合并若干雨水管网和雨水井口，形成耦合过程所需的下渗点位；

根据下渗点位，并利用城市地下管网系统模型的高程勘测数据，获取井口标准高度、井底标准高程以及地下管道的管径及形状；

根据地下管道的材质以及管道的新旧程度，确定地下管道的摩擦系数；

根据摩擦系数以及基于城市地下管网系统模型的拓扑关系数据，还原城市真实管网系统之间的管线连接，形成与地表道路径流模型的覆盖区域相匹配的地下管网系统模型。