基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法技术

本发明专利技术属于水文水资源技术领域，公开了一种基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法，包括：采集研究区域空间地理数据、气象数据、降雨相关的水文数据及水文地质基础数据；结合所采集的数据，构建适用于研究区域的SWMM与MODFLOW耦合模型；构建不同降雨情景，结合SWMM模型分析不同降雨情境下地表水的动态变化；结合SWMM模型模拟结果，构建不同降雨补给情景，结合MODFLOW模型分析不同降雨不给情景下地下水动态变化。本发明专利技术提供的耦合的水资源模拟方法有效避免了在城镇化较高的区域面临极端天气时，快排模式的传统治水方式现局部内涝、河道水质污染严重、水体生态环境恶化等城市雨水的问题，提高了城市的排水强度。

Water resources simulation method based on SWMM and MODFLOW coupling

The invention belongs to the technical field of hydrology and water resources, and discloses a water resources simulation method based on the coupling of SWMM and MODFLOW, including: collecting regional spatial geographic data, meteorological data, Rainfall-Related hydrological data and hydrogeological basic data; combining the collected data, constructing a SWMM and MODFLOW coupling model suitable for the research area; constructing different rainfall scenarios, and concluding. Based on the SWMM model, the dynamic changes of surface water under different rainfall scenarios were analyzed. Combined with the simulation results of SWMM model, different rainfall recharge scenarios were constructed, and groundwater dynamic changes under different rainfall non-supply scenarios were analyzed by MODFLOW model. The coupling water resources simulation method provided by the invention effectively avoids the problems of local waterlogging, serious water pollution of rivers, deterioration of water ecological environment and other urban rainwater in the traditional water control mode of fast drainage mode when facing extreme weather in the highly urbanized area, and improves the drainage intensity of the city.

【技术实现步骤摘要】
基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法
本专利技术属于水文水资源
，尤其涉及一种基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：随着经济社会的高速发展，城市化迅速，城市地区的地下水开采量增大出现严重的地下水位下降现象；还有全球气候变暖，天气恶劣，城市地区常常出现，造成城市看“海”等景象，极易造成灾害。城市雨洪灾害是威胁人类生存、发展最主要的自然灾害之一。随着城镇化的迅速发展，城市化的地面硬化比例越来越高，地面的渗透性能越来越低，这种改变导致了城市化区域逐渐丧失了原有的涵水、保水、渗水、滞水的功能，地下水不能及时得到补充，再加上城市发展下对地下水的过度开采利用，使得部分地区出现地下水大漏斗问题。在城镇化较高的区域面临极端天气时，快排模式的传统治水方式往往出现局部内涝、河道水质污染严重、水体生态环境恶化等城市雨水问题。综上所述，现有技术存在的问题是：随着城镇化的迅速发展，城市地面的硬化比例越来越高，地面的渗透性能越来越低，这种改变导致了城市化区域逐渐丧失了原有的涵水、保水、渗水、滞水的功能，在城镇化较高的区域面临极端天气时，快排模式的传统治水方式往往出现局部内涝、河道水质污染严重、水体生态环境恶化等城市雨水问题，以及城市发展下对地下水的过度开采利用，使得部分地区出现地下水大漏斗问题。解决上述技术问题的难度和意义：在对城市雨洪调控措施的动态、定性和定量的分析的同时，考虑其对地下水补给效果。为海绵城市建设提供科学依据。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法。本专利技术是这样实现的，一种基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法包括：步骤一：采集研究区域空间地理数据、气象数据、降雨相关的水文数据及水文地质基础数据；步骤二：结合所采集的数据，基于SWMM与MODFLOW模型构建适用于研究区域的地表水与地下水耦合模型；步骤三：构建不同降雨情景，结合SWMM模型分析不同降雨情境下地表水的动态变化；步骤四：结合SWMM模型模拟结果，构建不同降雨补给情景，结合MODFLOW模型分析不同降雨不给情景下地下水动态变化。进一步，所述研究区域的SWMM与MODFLOW耦合模型的构建方法为：步骤一：对搜集的基础数据进行处理，形成符合实际和模型计算要求的形式，利用SWMM模型构建地表产汇流模型，并对构建的SWMM模型进行参数率定，评价模型精度；步骤二：建立MODFLOW模型，确定地下水含水系统结构，构建有限差分网格，划分水文地质参数分区，确定边界条件；步骤三：提取SWMM模型模拟结果的下渗量作为MODFLOW模型的降雨补给的输入项，并对构建的MODFLOW模型进行水量均衡计算。进一步，所述评价模型精度的方法为：步骤一：将研究区域SWMM模型的汇水区概化为与MODFLOW模型中有限差分网格对应；步骤二：在SWMM模型中构建地表产流模型，分别对渗透地表、洼蓄不渗透地表和无洼蓄不渗透地表的径流量分别进行计算，然后通过面积的加权平均获得子汇水区域的径流出流过程线；步骤三：在SWMM模型中采用非线性水库模型进行地表产流演算；步骤四：结合降雨、土壤类型及地面状况选取适合当地的下渗模型来模拟当地的下渗过程。进一步，所述确定地下水含水系统结构，构建有限差分网格，划分水文地质参数分区，确定边界条件的方法为：步骤一：将模拟区域分层，并划分为若干单元格，根据SWMM模型中汇水区概化情况确定MODFLOW模型的有限差分网格，使两个模型的坐标位置对应，并使MODFLOW模型的有效计算网格和SWMM模型的汇水区网格对应；步骤二：确定层顶部高程，根据研究区域的水文地质图，确定MODFLOW模型中各水文地质参数的分区；步骤三：根据搜集的研究区域的地下水水位初始数据，确定模型初始条件；步骤四：根据研究区域内河流湖泊的水位数据，确定模型边界条件。进一步，所述对构建的MODFLOW模型进行水量均衡计算的方法为：步骤一：提取SWMM模型模拟结果中每个子汇水区对应的下渗时间序列，经过单位格式的变换作为MODFLOW模型中Recharge模块的输入文件；步骤二：根据各水文地质参数及分区，建立研究区的地下水流数学模拟模型。进一步，所述地下水流数学模拟模型为：其中：Kx，Ky和Kz为渗透系数在x、y和z方向上的分量。假定渗透系数的主轴方向与坐标轴的方向一致，量纲为(LT-1)；h：水头(L)；W：单位体积流量(T-1)，用以代表流进汇或来自源的水量；Ss：空隙介质的贮水率(L-1)；T：时间(T)。进一步，所述根据SWMM模型分析不同降雨情境下地表水的动态变化的方法为：步骤一：设置极端降雨情形，利用符合该区域暴雨特性的暴雨强度公式，求得该区域不同重现期及不同降雨历时的雨强，与芝加哥雨型合成能同时反映降雨强度、降雨历时和雨峰系数的降雨数据；步骤二：根据各重现期降雨情景下SWMM模型模拟的结果，对比LID添加前后汇水区域的最大汇流量和下渗量，汇水区添加适当的LID后最大汇流量将减少，下渗量将增加；进一步，所述不同降雨补给情景下的地下水动态变化情况为：(1)根据各降雨情景下所提取的SWMM模型模拟出的降雨下渗数据，构造不同的降雨补给情况；(2)根据各降雨补给情景下MODFLOW模型模拟的结果，对比添加LID区域前后的地下水位变化。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：现有技术利用SWMM模拟海绵城市建设中的LID效果只能单一的得到地表径流的控制情况，而MODFLOW多用于模拟流域地下水情况，本专利技术提供的耦合的水资源模拟方法，构建了城市地区地表水和地下水模型，模拟在极端降雨情境下区域经LID措施调控前后的子汇水区域高峰径流、地下水位，解决了现有单一的城市区域地表或地下水模型模拟问题，有助于把握海绵城市建设中LID措施对区域雨洪的调控效果以及地下水补给效果，方便海绵城市建设中LID措施的布置及选择。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法流程图；图2是本专利技术实施例提供的研究区域的SWMM与MODFLOW耦合模型的构建方法流程图；图3是本专利技术实施例提供的评价模型精度的方法流程图；图4是本专利技术实施例提供的确定地下水含水系统结构，构建有限差分网格，划分水文地质参数分区确定边界条件的方法流程图；图5是本专利技术实施例提供的对构建的MODFLOW模型进行水量均衡计算的方法流程图；图6是本专利技术实施例提供的根据SWMM模型分析不同降雨情境下地表水的动态变化的方法流程图；图7是本专利技术实施例提供的模拟流程示意图；图8是本专利技术实施例提供的非线性水库模型计算方法的原理示意图；图9是本专利技术实施例提供的汇水区域概化示意图；图10是本专利技术实施例提供的研究区域位置图；图11是本专利技术实施例提供的空港区域子流域概化图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理做详细描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法包括：S101：采集研究区域空间地理数据、气象本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法，其特征在于，所述基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法包括：采集研究区域空间地理数据、气象数据、降雨相关的水文数据及水文地质基础数据；结合所采集的数据，构建适用于研究区域的SWMM与MODFLOW耦合模型；构建不同降雨情景，结合SWMM模型分析不同降雨情境下地表水的动态变化；结合SWMM模型模拟结果，构建不同降雨补给情景，结合MODFLOW模型分析不同降雨不给情景下地下水动态变化。

【技术特征摘要】
1.一种基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法，其特征在于，所述基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法包括：采集研究区域空间地理数据、气象数据、降雨相关的水文数据及水文地质基础数据；结合所采集的数据，构建适用于研究区域的SWMM与MODFLOW耦合模型；构建不同降雨情景，结合SWMM模型分析不同降雨情境下地表水的动态变化；结合SWMM模型模拟结果，构建不同降雨补给情景，结合MODFLOW模型分析不同降雨不给情景下地下水动态变化。2.如权利要求1所述的基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法，其特征在于，所述研究区域的SWMM与MODFLOW耦合模型的构建方法包括：步骤一：对搜集的基础数据进行处理，形成符合实际和模型计算要求的形式，利用SWMM模型构建地表产汇流模型，并对构建的SWMM模型进行参数率定，评价模型精度；步骤二：建立MODFLOW模型，确定地下水含水系统结构，构建有限差分网格，划分水文地质参数分区，确定边界条件；步骤三：提取SWMM模型模拟结果的下渗量作为MODFLOW模型的降雨补给的输入项，并对构建的MODFLOW模型进行水量均衡计算。3.如权利要求2所述的基于SWMM与MODFLOW耦合的水资源模拟方法，其特征在于，所述评价模型精度的方法为：步骤一：将研究区域SWMM模型的汇水区概化为与MODFLOW模型中有限差分网格对应；步骤二：在SWMM模型中构建地表产流模型，分别对渗透地表、洼蓄不渗透地表和无洼蓄不渗透地表的径流量分别进行计算，然后通过面积的加权平均获得子汇水区域的径流出流过程线；步骤三：在SWMM模型中采用非线性水库模型进行地表产流演算；步骤四：结合降雨、土壤类型及地面状况选取适合当地的下渗模型来模拟当地的下渗过程。4.如权利要求2所述研究区域的SWMM与MODFLOW耦合模型的构建方法，其特征在于，所述确定地下水含水系统结构，构建有限差分网格，划分水文地质参数分区，确定边界条件的方法为：步骤一：将模拟区域分层，并划分为若干单元格，根据SWMM模型中汇水区概化情况确定MODFL...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄津辉，黄润影，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12