[发明专利]一种多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法

权利要求书

1.一种多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法，包括获取洪水数据，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤1：搭建多尺度分层耦合模拟技术架构，采用粗细两种尺度的计算单元，粗尺度计算单元称为精细网格，细尺度计算单元称为超级网格；

步骤2：将所述精细网格置于底层，将所述超级网格置于上层，并将所述超级网格和所述精细网格进行分层耦合，所述分层耦合包括所述超级网格和所述精细网格在空间层面的耦合和时间层面的切换；

步骤3：将所述洪水数据带入到所述多尺度分层耦合模拟技术架构进行模拟计算，根据区域洪涝淹没发生的情况，在所述超级网格和所述精细网格进行自动切换。

2.如权利要求1所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法，其特征在于，所述精细网格是指按照地表二维模型建模要求，将地表剖分成二维网格，构建地表、管网和河网完全耦合的全分布式暴雨洪涝模型。

3.如权利要求2所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法，其特征在于，所述精细网格用于未形成地表洪涝淹没区域或时段的降雨产汇流计算。

4.如权利要求1所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法，其特征在于，所述超级网格是指根据地表地形、建筑物分布、排水关系和历史洪涝发生情况将地表进行划分的计算单元，所述超级网格的尺度是所述精细网格的尺度的N倍，其中，N1。

5.如权利要求4所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法，其特征在于，所述超级网格用于已经形成地表洪涝淹没区域和时段的降雨产汇流计算。

6.如权利要求1所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法，其特征在于，所述空间层面的耦合方法包括：

（1）超级网格与内部精细网格之间的拓扑关系，即每个超级网格内部包含的精细网格的数量及编号；

（2）超级网格与周边精细网格之间的拓扑关系，即每个超级网格周边相邻的精细网格的数量及编号；

（3）超级网格与管网节点之间的拓扑关系，即每个超级网格径流汇入的管网节点编号及分流比例；

（4）超级网格与河网节点之间的拓扑关系，即每个超级网格径流汇入的河网节点编号及分流比例。

7.如权利要求1所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法，其特征在于，所述步骤3包括在模拟计算过程中，优先采用超级网格计算降雨产汇流，并实时监控超级网格的积水深度或水量，当某个超级网格有可能发生洪涝淹没时，自动切换至精细网格，并采用精细网格进行计算。

8.如权利要求7所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法，其特征在于，所述时间层面的切换方法包括：

（1）在计算初期尚未发生洪涝时，默认优先启用超级网格计算单元，被超级网格覆盖的精细网格暂不参与计算；

（2）随着计算时间的推进，若某个超级网格内的水深或水量达到一定的阈值且降雨持续，即预示该超级网格可能出现洪涝淹没，则暂停该超级网格的计算，同时启动该超级网格内部精细网格计算，并根据超级网格的水量给精细网格设置初始水深；

（3）随着时间进一步推进，若降雨停止，且某个区域的精细网格内积水深度小于某个阈值，则暂停该区域的精细网格计算，同时启动对应的超级网格计算，并根据该区域内精细网格的总水量，给对应的超级网格设置初始水深或水量。

9.如权利要求8所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法，其特征在于，所述超级网格通过水位-容积进行计算，公式为：

其中，为第t+△t时刻超级网格与相邻网格之间的单元边j上的单宽流量，n为糙率，h_j为第t时刻超级网格与相邻网格之间的单元边j上的水深，S_j为第t时刻超级网格与相邻网格之间的单元边j上的底坡，为第t+△t时刻超级网格单元i的水量，h_i为第t时刻超级网格单元i的水深，A_i为第t时刻超级网格单元i的面积，q_j为第t时刻超级网格与相邻网格之间的单元边j上的单宽流量，△L为单元边长度，r_i为第t时刻超级网格单元i降雨强度，f_i为第t时刻超级网格单元i下渗强度，c_i为第t时刻超级网格单元i排水强度，为第t+△t时刻超级网格单元i的水深，F_i为第t时刻超级网格单元i的容积-水位函数。