[發明專利]城市時變增益降雨-徑流過程模擬計算方法

有效

• 申請號: 202010965499.5
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112084671B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 夏軍;胡辰;佘敦先;張印
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06Q50/26
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發明公開了一種城市時變增益降雨?徑流過程模擬計算方法，包括以下步驟：基礎數據準備，包括降水數據，城市下墊面空間分布，城市區域規劃等；城市計算單元劃分，依據城市下墊面類型，將計算區域劃分為湖泊、匯水片區、濕地三大類，其中匯水片區內可進一步劃分為一般透水面、不透水面、道路、洼地、小型湖泊和低影響開發措施六小類；產流計算，以降水作為模型輸入，分別計算各個計算單元的產流量；匯流計算，根據產流計算結果，通過地表匯流和管網匯流計算，得到區域的總流量。本發明能綜合考慮城市的復雜下墊面情況，通過城市時變增益非線性產匯流原理，能準確模擬城市產匯流過程，對于城市內澇風險評估及預警預報有重大意義。

技術領域

本發明涉及城市水循環及產流計算領域，具體涉及一種城市時變增益降雨-徑流過程模擬計算方法。

背景技術

城市的暴雨徑流過程也是引發城市內澇、水體污染、土壤侵蝕等城市水問題的重要原因之一，也是進一步開展城市化水文效應、城市雨洪特性研究的重要內容。國內外學者針對城市降雨徑流過程中的產匯流過程開展了大量的研究工作，提出了一系列可用于城市產流的計算和模擬方法。目前，國內外常用的產流計算方法可以分為統計分析方法、下滲曲線方法以及模型方法。其中，SCS方法，下滲曲線法中的Green-Ampt下滲曲線和Horton下滲曲線在城市地區產流計算中應用較廣。但是由于城市地表覆蓋分布不均，不透水面與透水面之間存在錯綜復雜的空間分布以及對城市地區復雜下墊面產流規律認識不足以及資料短缺等諸多問題，大部分的產流計算方法都無法準確地描述城市地區不同下墊面條件下降雨量與產流量之間的非線性關系，致使目前城市地區的產流計算結果準確性偏低，因此，還需要進一步研究與探明城市地區不同下墊面類型的產流機制，找尋更為合理、準確的城市產流計算方法。

自20世紀70年代以來，在部分政府的支持下，為解決城市內澇等問題，集成城市產流過程、城市地面匯流過程、城市雨水管網匯流過程的城市雨洪模型得到了迅猛發展。根據城市雨洪模型的發展歷程，可將其分為經驗性模型、概念性模型和物理性模型三個階段。經驗性模型又稱“黑箱”模型，它基于對輸入輸出序列的經驗來建模；概念性模型主要根據水量平衡原理，采用黑箱或灰箱模型對城市降雨-徑流進行刻畫，具有一定的物理意義，其特點是發展較早，結構簡單，運算速度快。主要代表性模型有TRRL、STORM和UCURM等。物理性模型以水動力學為理論依據，具有較強的物理基礎，主要依據質量與能量守恒定律，基于圣維南方程組推導地表徑流、管道匯流的微分方程組，模型結構復雜，求解難度大，資料需求詳盡，但模擬精度高，如SWMM、MIKE-URBAN、Infoworks CS、MOUSE等。

我國城市雨洪模型起步較晚，20世紀90年代以后，國內學者開始進行城市雨洪模型研究。目前模型主要包括城市雨水管道計算模型(SSCM)、城市雨水徑流模型(CSYJM)、城市排水管網系統的非恒定流模型(CSPSM)、城市分布式水文模型(SSFM)等。盡管國外城市雨洪模型較多，但是每個模型都有其適用性的一面，不存在“萬能”的模型。國內的城市雨洪模型注重于對雨水管網模擬和地表徑流匯流過程的模擬，在城市地區產流計算方式上缺少更深入的研究。此外，國內大部分的城市雨洪模型僅有核心程序，在可視性、共享性和可移植性上相對國外模型較為薄弱。

雖然眾多學者針對城市產匯流機理、城市雨洪模型等方面開展了一定量的研究，并提出了許多城市產流計算方法。但目前城市產流過程的計算精度仍相對較低，且產流計算部分大多以線性產流方法為主，需進一步發展和應用時變非線性城市產流計算方法，提升城市產流計算的精度。此外，隨著社會經濟的進一步發展和長江經濟帶綠色發展的推進，對城市產匯流規律的認識與研究有待進一步加深與開展。城市產匯流規律的進一步研究，將為城市水環境綜合模擬平臺的建設提供重要的科學依據和技術支撐。如何提升城市水文循環過程的模擬效果，尤其是城市復雜下墊面情況下的準確產流模擬，仍存在諸多挑戰。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中城市地區產流模擬精度較低的缺陷，提供一種綜合考慮湖泊、洼蓄、不透水面、道路等城市復雜下墊面條件，基于非線性產流機理，準確地模擬城市地區的產流過程的時變增益降雨-徑流過程模擬計算方法。