[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

说明书

本发明公开了一种基于径流耦合仿真的城市内涝预测方法及系统，属于城市内涝预测技术领域。现有方案没有考虑积水流动特性对模型的影响，导致方案不够科学、合理，分析结果可能不够准确。本发明的一种基于径流耦合仿真的城市内涝预测方法，建立地表道路径流模型、地下管网系统模型；并根据地表道路径流模型、地下管网系统模型，构建耦合仿真模型，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；再根据水位和水流矢量流速，预测城市道路内涝情况。本发明充分考虑积水流动特性对模型的影响，能够对城市道路的内涝情况进行准确预测，方案科学、合理，考量因素全面，分析结果准确，有效提升模型预测的准确性。

技术领域

本发明涉及一种基于径流耦合仿真的城市内涝预测方法及系统，属于城市内涝预测技术领域。

背景技术

随着我国地形勘探技术和远程测量技术的不断改进，基于在轨卫星和无人机航测的数字高程模型DEM/DSM数据已经能够满足城市区域的高精度数字模型的建立。

利用现代GIS技术可以实现将测绘的高精度数字高程模型DEM或DSM数据转换为相应的GIS信息，通过基于此类GIS信息的数据解析和操作可以达到建立高精度二维有限元模型的目的，从而实现简单的水力学仿真及预测。这类预报预警方法通常需要大量有效数据校准模型，并且由于无法完整考虑城市管网系统，其计算结果难以达到需要的准确度。

另有部分技术采取的水文模型计算，通过引入城市管网系统进行市区范围的二维水文和一维水动力研究实现预测功能。虽然通过这种方法可以评估城市内涝程度，但受限于水文模型的计算能力，无法实现对城市内涝导致的局部洪水波传播的模拟，在部分道路与建筑情况复杂的地区无法预测内涝变化。此外还有诸如基于深度学习、气象雨洪模型、专家经验公式的城市内涝模拟研究。

现有的城市内涝预测技术主要基于气象预报和经验公式的简单结合，在局部范围内可以较为有效地达到预测功能，但受限于系统的简单性，想要借此达到对整个城区的内涝预测是并不可靠的。由于城市通常具有复杂繁复的管道系统，仅仅依靠单一的二维甚至一维的地表径流，达到城市内涝的预报功能已不再可取。现如今，想要根据天气预报数据实现城市内涝的预测预警功能，人们亟需一种能够包含城市管网系统、实时降雨预报信息、二维高精度城市数字仿真模型等信息的综合方法。

中国专利（公开号：CN110298076A）公开了一种基于GIS和SWMM的城市内涝智能建模及分析方法，构建基于GIS和SWMM的模拟系统；对模型数据进行自动化预处理及自动识别拓扑错误；结合降雨量，基于SWMM进行水文-水动力耦合模型计算，计算汇流进入排水管网系统的雨水量，模拟得到排水管网内实况信息，获得管点溢流数据；根据管点溢流数据进行地表水淹没分析，对地表积水进行模拟以获取地表积水深度，基于视窗法对地表水流进行分配；对地表积水内涝进行预警分析，综合考虑地表积水预测，基于水文-水动力耦合模型的计算结果，根据地表水淹没分析的结果自动划分不同区域的内涝风险等级，为排水防涝应急提供预警方案。

但上述方案，主要考虑积水程度，没有充分考虑积水流动特性对模型的影响，导致方案不够科学、合理，分析结果可能不够准确。

进一步，上述方案没有公开如何计算积水流速，影响内涝预测方案的实施，进而影响模型预测的准确性，不利于推广使用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的一在于提供一种建立地表道路径流模型、地下管网系统模型；并根据地表道路径流模型、地下管网系统模型，构建耦合仿真模型，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；再根据水位和水流矢量流速，预测城市道路内涝情况的基于径流耦合仿真的城市内涝预测方法。

本发明的目的二在于提供一种充分考虑积水流动特性对模型的影响，利用耦合仿真模型得到城市范围内的水流矢量流速，根据水位和水流矢量流速，对城市道路的内涝情况进行准确预测，方案科学、合理，分析结果准确，有效提升模型预测准确性，利于推广使用的基于径流耦合仿真的城市内涝预测方法。