[發(fā)明專利]一種平原水網地區(qū)內澇風險的模塊化分析方法

有效

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• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107832931B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 宋晨怡;王詩婧;馮詩豪;姜茁;朱宇峰
• 申請（專利權）人: 上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 上海世圓知識產權代理有限公司 31320
• 代理人: 陳穎潔

1.一種平原水網地區(qū)內澇風險的模塊化分析方法，其特征在于該方法包括六個模塊：

地形模塊，所述地形模塊由眾多高程點數據的組合而形成；

水力模塊，所述水力模塊通過管線普查數據或管線規(guī)劃數據，提取節(jié)點屬性：編號、系統(tǒng)類型、坐標、井底高程，以及管線屬性：拓撲關系、長度、形狀、寬度高度、糙率；通過管線上下游節(jié)點編號建立空間拓撲關系，水流在管道內部以一維圣維南方程組為基礎依據進行水動力學計算，精確模擬回水和溢流現象；

水文模塊，反映子集水區(qū)特性、具有空間特征的屬性信息，包括匯水區(qū)面積、不透水率、平均坡度以及漫流寬度；

水工模塊，收集各類水工構筑物的信息資料，輸入水工設施和設備的相關參數，首先確定其在坐標系中連接節(jié)點的坐標，確定連接關系，之后根據構筑物運行控制方式進行設施屬性設置；

河網模塊，通過河道中心線、橫斷面線、河岸線、坐標、拓撲關系的設置確定河網的基本屬性、連接關系以及河道走向，來模擬復雜的河網和滯洪區(qū)，包括樹枝狀的、分叉的和回路河網，以及受堤壩或防洪堤保護的滯洪區(qū)，河網內的水可以通過連接方式與外界發(fā)生聯(lián)通與交換；

降雨模塊，降雨模塊用于模擬實際降雨或設計降雨；

該方法包括四個流程：

數據采集流程，用于獲取水文模塊、地形模塊、降雨模塊、水力模塊、水工模塊及河網模塊所需的原始數據；

概化分析流程，在數據采集流程收集數據的基礎上進行信息的提取和挖掘，整合成為上述模塊能夠識別的數據格式；

模塊耦合流程，水力模塊、水文模塊、降雨模塊三者相互耦合，進行一維分析：即降雨去除蒸發(fā)后降落到水文模塊，通過定義在水文模塊內部的產匯流方式將降雨轉化為地表徑流，地表徑流根據子集水區(qū)的劃分進入對應管道，即水力模塊，在水力模塊內部通過水力計算公式進行管內水力計算，形成一維模型；一維模型耦合地形模塊、河網模塊、水工模塊形成二維模型，進行二維分析：即水力模塊末端與河網模塊耦合，管道末端出流進入河道，河道水位提升又會對管道內部水流產生頂托作用，影響管道水流排放，當河道水位上升到最高水位時，管道出口無法繼續(xù)排水，在節(jié)點處產生溢水，水流在二維地形模塊上形成二維積水，從而可以進行內澇風險分析；

多維運行流程，利用上述模塊耦合流程進行多維模擬分析；

其中水文模塊中，子集水區(qū)的不透水率根據資料情況提取，為方便數據處理及輸入，將提取的子集水區(qū)不透水率進行分級處理，級差為 5%，水面不透水率為 100%；城區(qū)建筑物密集處，不透水率為 60%~70%；城區(qū)有綠化的廣場、草地，不透水率取 20%；城市與農村的結合部，不透水率取 40~50%；農田，農村地區(qū)根據地表覆蓋的實際情況，不透水率在 5~20%之間取值；通過不透水率的識別可對目標區(qū)域的下墊面進行解析，并在GIS系統(tǒng)中采用以下方法對各子集水區(qū)的徑流系數進行推算：

φ=∑φ_iα_i

，

式中φi為第i種下墊面對應的徑流系數賦值；αi為第i種下墊面面積占總匯水面積比例；Fi為第i種下墊面面積，F為總匯水面積；

賦值后并在GIS系統(tǒng)中進行計算處理后，可導出帶有各子集水區(qū)徑流系數的圖層屬性表，并導入模型軟件，選擇產匯流模型計算方法，水文模塊內部耦合不同的產匯流模型計算方法，通過產匯流方式的選擇將降雨轉化為地表徑流，排入管網；

針對平原水網地區(qū)，選用霍頓下滲模型作為產流模型，透水與半透水表面采用Horton模型，表達為時間相關的函數：

其中：f₀：初始下滲率；fc：最終下滲率；k：指數項參數；

累計滲透量為：

匯流模型選用SWMM匯流模型，與Horton下滲模型聯(lián)合使用，分為初期損失、徑流體積、匯流量計算三個部分，采用非線性水庫與運動波方程計算；

非線性水庫方程如下：

其中：t：模擬時間；Gt：對應時間出流量；

G0：初始出流量，a、b為根據當地情況計算出的參數。

2.如權利要求1所述的一種平原水網地區(qū)內澇風險的模塊化分析方法，其特征在于，模塊耦合流程中，降雨模塊通過實測降雨或設計降雨數據的錄入，通過產流表面屬性的設置，轉化為地表徑流進入水力模塊或河網模塊。