一种城区地表径流二维数值模拟方法技术

本发明专利技术提供了城区地表径流二维数值模拟方法。获取城区地形、地貌数据后，采用三角形非结构网格离散城区计算区域，建筑物所在区域不参与剖分，其轮廓线作为网格剖分的控制线，每根建筑物雨水管通过汇流连接边与地面相连。先计算每根雨水管的汇流面积，再计算每根雨水管的出流过程。二维网格单元设置初始计算条件后启动二维Godunov模型进行模拟计算，雨水管出流过程作为与连接边对应单元的流量边界条件，地面网格单元内的降雨在模型中当作源项处理。本发明专利技术充分考虑城区内建筑物汇流的特点，既能保证城区洪涝计算时整体的质量守恒特性，同时又能考虑雨水管出口水流动量对地面径流的影响，克服现有城市洪涝模型无法考虑建筑物汇流过程的缺点，提高计算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种城区地表径流二维数值模拟方法
本专利技术属于水利工程
，特别涉及一种考虑建筑物汇流特点的城区地表径流二维数值模拟方法。
技术介绍
近几年，城市暴雨洪涝灾害呈常态化现象，成为干扰城市正常运行、威胁城市公共安全的重大问题。在城市洪涝问题的研究工作中，城市洪涝模型成为解决城市规划、城市洪涝预警等领域的重要科学工具。目前，城市洪涝过程的模拟大致来讲主要有三种模式：水文模型、简化模型和水动力模型。相比于水文模型和简化模型，基于物理机理的水动力模型在模拟具有复杂城市下垫面条件的水流运动时具有更好的准确性，能够提供更加翔实的水力要素信息。这类模型通常把计算区域离散成三角形(四边形)非结构网格或正方形网格，通过浅水方程或简化的动力波、扩散波模型来模拟地表的降雨径流过程。现有的城市洪涝水动力模型方面的分析，较多的是关注一个较大区域的城市洪水淹没趋势，因此在网格离散方面选取了相对较大的尺度，对城市地貌进行了较大的概化处理。然而，由于城市复杂下垫面条件下的水流运动极易受到微地形的影响，因此，精细化是城市洪涝模型发展的必然趋势。城市地表分布有密集的建筑物，这点与普通的自然流域有显著不同，建筑物的汇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城区地表径流二维数值模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)获取城区地形数据和楼房、街道地貌几何特征数据，楼房地貌几何特征数据包含雨水管数据；(2)计算区域离散：采用三角形非结构网格离散城区计算区域，建筑物所在区域不参与剖分，建筑物轮廓线作为网格剖分的控制边界线；剖分完成后，建筑物轮廓线被离散作为多个新生成的三角形单元的单元边，建筑物雨水管在水平面的投影点落在的单元边，被定义为连接建筑物和普通城市地面的汇流连接边；(3)计算每根雨水管的楼顶集水面积；(4)计算每条汇流连接边的流量过流：建筑物顶部的降雨径流通过雨水管对应的汇流连接边进入网格单元，每根雨水管末端的出流流量过程如式(1)所...

【技术特征摘要】
1.一种城区地表径流二维数值模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)获取城区地形数据和楼房、街道地貌几何特征数据，楼房地貌几何特征数据包含雨水管数据；(2)计算区域离散：采用三角形非结构网格离散城区计算区域，建筑物所在区域不参与剖分，建筑物轮廓线作为网格剖分的控制边界线；剖分完成后，建筑物轮廓线被离散作为多个新生成的三角形单元的单元边，建筑物雨水管在水平面的投影点落在的单元边，被定义为连接建筑物和普通城市地面的汇流连接边；(3)计算每根雨水管的楼顶集水面积；(4)计算每条汇流连接边的流量过流：建筑物顶部的降雨径流通过雨水管对应的汇流连接边进入网格单元，每根雨水管末端的出流流量过程如式(1)所示：Qk(t)＝I(t-τ)*Ak(1)其中，Qk(t)为第k根雨水管出口流量过程；t为时间变量；τ为建筑物顶部到地面的平均汇流时间，表述为τ＝τ1+τ2，τ1为雨水管对应集水区的平面汇流时间，τ2为雨水管垂向的汇流时间；I为降雨强度；Ak为第k根雨水管对应的集水面积；(5)设置计算初始条件：采用地形数据对三角形网格节点和网格型心进行高程插值，获取网格高程数据；给每个网格设置糙率和初始条件，初始流速和水深均设置为0；(6)城区二维地表径流计算：采用基于完整二维浅水方程组的Godunov模型模拟城区二维地表径流过程，各条汇流连接边处的Qk(t)作为各对应单元流量边界条件处理；普通地面网格单元内的降雨作为源项处理，地表汇流过程直接采用二维Godunov模型进行模拟。2.根据权利要求1所述的城区地表径流二维数值模拟方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大伟，丁留谦，向立云，马建明，张娜，权锦，赵雪莹，张爱静，贾兵营，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11