[發(fā)明專利]基于城市韌性與城市流域水文模型的城市洪澇評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911020514.2
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN110852577B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鵬;李冠霖
• 申請（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江德威樂普能源環(huán)保科技有限公司
• 主分類號(hào): G06Q10/0639
• 分類號(hào): G06Q10/0639;G06Q50/26
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• 代理人: 暫無信息

1.基于城市韌性與城市流域水文模型的城市洪澇評估方法，其特征在于，包括如下步驟：

(A)：獲取衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以及城市氣象數(shù)據(jù)；

(B)：通過遙感數(shù)據(jù)信息和城市氣象數(shù)據(jù)計(jì)算城市歷年洪澇災(zāi)害發(fā)生區(qū)域及洪澇積水面積、積水深度；

(C)：根據(jù)步驟(B)獲取的數(shù)據(jù)，一方面構(gòu)建城市流域水文框架模型；另一方面，選取城市的各考量維度和各考量維度對應(yīng)的要素，構(gòu)建城市應(yīng)對洪澇災(zāi)害韌性框架模型；

(D)：根據(jù)步驟(C)構(gòu)建的城市應(yīng)對洪澇災(zāi)害韌性框架模型，選取各要素的細(xì)分指標(biāo)并進(jìn)行量化，計(jì)算得出城市應(yīng)對洪澇災(zāi)害韌性指數(shù)；

(E)：根據(jù)步驟(D)的結(jié)果，對城市各要素進(jìn)行貢獻(xiàn)分析，獲取指數(shù)低于第一設(shè)定值的要素所對應(yīng)的維度；

(F)：根據(jù)步驟(C)構(gòu)建的城市流域水文框架模型計(jì)算出城市排水管道口的排水壓力以及極限排水能力，計(jì)算得出城市各區(qū)域的積水風(fēng)險(xiǎn)；

(G)：根據(jù)城市各區(qū)域的積水風(fēng)險(xiǎn)，獲取積水風(fēng)險(xiǎn)大于第二設(shè)定值的城市區(qū)域；

(H)：結(jié)合步驟(E)和步驟(G)的數(shù)據(jù)，評估城市降雨過程中的城市洪澇區(qū)域和城市薄弱維度；

其中：基于遙感數(shù)據(jù)識(shí)別得出的城市下墊面性質(zhì)、城市排水管道口分布、城市道路分布、數(shù)字高程模型構(gòu)建城市流域水文框架模型，構(gòu)建城市流域水文框架模型的步驟包括：

6a)基于泰森多邊形模型，將城市根據(jù)排水管道口分布位置及數(shù)量劃分為N個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有的特征為：

(1)每個(gè)區(qū)域內(nèi)部僅含有一個(gè)城市排水管道口；

(2)每個(gè)區(qū)域中的點(diǎn)距離排水管道口距離最近；

6b)構(gòu)建降雨過程中的每個(gè)區(qū)域的城市排水管道口的排水壓力的模型：

式中：Y為N個(gè)區(qū)域中每個(gè)區(qū)域的城市排水管道口的排水壓力，P為該區(qū)域單位面積降水量，S為該區(qū)域的面積，u為該區(qū)域的下墊面種類數(shù)，v_i為每種下墊面單位面積的雨水滲流速率，s_i為每種下墊面對應(yīng)的面積，t為降雨的持續(xù)時(shí)間；

利用Arcgis工具，結(jié)合城市排水管道口分布、城市道路分布數(shù)據(jù)以及數(shù)字高程模型對降雨過程中的城市排水管道排水情況進(jìn)行模擬，得出城市各排水管道口的極限排水能力K；

城市各排水管道口的極限排水能力K的具體計(jì)算過程如下：

(1)根據(jù)排水管網(wǎng)中排水管道端點(diǎn)處的高程差及端點(diǎn)之間的距離，高程差數(shù)據(jù)，確定排水管網(wǎng)局部排水方向，確定每個(gè)排水管道的理論極限排水速率，其中：

排水方向由高點(diǎn)到低點(diǎn)；

各排水管道的理論極限排水速率為：

其中，V_排為排水管道的理論極限排水速率，ρ_雨水為雨水的密度值，g為重力加速度，取值為9.8N/kg，πR²為排水管道面積，|DEM2-DEM1|為兩個(gè)端點(diǎn)間的高程差，|L₂-L₁|為兩端點(diǎn)的距離，n為管道內(nèi)壁的阻力常數(shù)，ξ₁為擾動(dòng)因素修正系數(shù)；

(2)根據(jù)城市中的排水管道井口位置數(shù)據(jù)，及對應(yīng)的道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，利用GIS技術(shù)模擬下水管道支管網(wǎng)絡(luò)分布圖；

(3)根據(jù)遙感所得地形數(shù)據(jù)、城市建筑物位置信息，利用GIS技術(shù)及分布式管道分布數(shù)據(jù)庫和集中式排水管道分布數(shù)據(jù)庫，模擬城市中排水管道系統(tǒng)中的主管道的位置及流向；

(4)根據(jù)遙感所得城市中的整體地勢及河流數(shù)據(jù)，市鎮(zhèn)部門所提供的城市排水口數(shù)據(jù)、利用GIS技術(shù)，模擬城市排水管道系統(tǒng)中主干管的位置及流向；

(5)根據(jù)步驟(2)、(3)、(4)所得城市主管道、主干管位置及流向以及下水管道支管網(wǎng)絡(luò)分布圖建立城市管網(wǎng)模型；

(6)將各個(gè)管道的理論極限排水速率輸入到所建立的城市管網(wǎng)模型中，得出各管道口實(shí)際極限排水速率，根據(jù)各管道口實(shí)際極限排水速率計(jì)算各管道口極限排水能力值K，極限排水能力值K的具體計(jì)算公式為：

其中，K為管道口的極限排水能力值，V_排2為管道口所對應(yīng)的實(shí)際極限排水速率，為管道口的截面面積，T為管道口保持極限排水速率的時(shí)間；

積水風(fēng)險(xiǎn)F的計(jì)算公式如下：

F＝Y(jié)-K????(7)

將積水風(fēng)險(xiǎn)F與計(jì)算得到的城市洪澇災(zāi)害區(qū)域進(jìn)行校驗(yàn)，將N個(gè)區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得到城市降雨過程中積水風(fēng)險(xiǎn)大于第二設(shè)定值的城市區(qū)域。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于城市韌性與城市流域水文模型的城市洪澇評估方法，其特征在于，對各要素的細(xì)分指標(biāo)量化，公式如下：

式中，D_i是細(xì)分指標(biāo)i的標(biāo)準(zhǔn)分值，X_i是細(xì)分指標(biāo)i某一年的指標(biāo)值，X_max是細(xì)分指標(biāo)i的最大值，X_min是細(xì)分指標(biāo)i的最小值；

城市應(yīng)對洪澇災(zāi)害韌性指數(shù)A的計(jì)算公式如下：

式中，B_j表示第j個(gè)要素的指數(shù)，W_j表示第j個(gè)要素的權(quán)重；

其中，第j個(gè)要素的指數(shù)B_j的計(jì)算公式如下：

式中，T_i是細(xì)分指標(biāo)i的權(quán)重，m是第j個(gè)要素包括的細(xì)分指標(biāo)的個(gè)數(shù)。