一种基于排水管网分布的城市地表混合产流计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于排水管网分布的城市地表混合产流计算方法，包括以下步骤：排水管网拓扑检查与概化，子汇水区产流方法计算范围的初步确定，二维网格单元划分，两类产流方法计算区域的最终确定，SF区域子汇水区的划分，TF区域内网格单元的产流设置，以及地表产流计算。本发明专利技术所述的城市地表产流计算方法，克服了现有基于二维网格单元或子汇水区这两种方式来计算城市区域产汇流各自存在的缺陷，将两者有机结合，利用所选定待研究区域内排水管网的分布来确定两种方法各自适用的区域范围，在无需额外收集资料的情况下，有效提升城市地表产流计算方法的适用性，同时大大减少计算量。算量。算量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于排水管网分布的城市地表混合产流计算方法


[0001]本专利技术属于城市排水以及城市防洪减灾领域，特别涉及一种基于排水管网分布的城市地表混合产流计算方法。

技术介绍

[0002]城市暴雨内涝模拟是城市排水系统规划设计、暴雨内涝预警预报、排水工程和海绵措施效果评估等方面重要且必不可少的手段。城市暴雨内涝的模拟一般采用地表地下一二维耦合模型，其中一维模型用于计算城市排水管网和河道水流，二维模型用于模拟地面水流(包括管道溢流、河道漫堤洪水)，从过程上看包括地表产流计算、地表汇流计算、管网汇流计算、河网汇流计算等多个环节，地表产流计算是首要环节，对暴雨内涝模拟精度具有重要的影响。
[0003]现有的地表产流计算一般有两种思路：一是基于子汇水区进行产流计算；二是基于网格单元进行产流计算。
[0004]基于子汇水区进行产流计算的方法使用较为普遍，一般是将整个计算区域划分成若干个子汇水区分别进行产流计算，进而将产流量对应至特定排水节点(雨水井、雨水篦子)，这一种方法要求计算区域排水管网数据质量较好，在计算地表积水时，耦合的二维模型可以只在重点关注的和可能会发生地表积水的区域划分网格即可，且网格尺寸可以不要求很小，可以大幅度减少二维模型计算量。
[0005]基于网格单元进行产流的计算方法较为简单，不需要单独划分子汇水区，通常是结合二维地表模型，直接将降雨纳入二维网格中进行计算，不再划分子汇水区，由网格充当子汇水区的角色来与排水节点进行产流汇入，这一种方法要求高精度地形数据且要求整个区域划分精细化二维网格单元，否则地表产流可能无法最终汇入排水系统，并且计算量较大。
[0006]当前技术条件下，对于计算范围同时存在具有完善的排水系统且排水管网资料较为齐全的区域，和无排水管网系统或是没有完善的排水管网资料的区域时，上述两种产流方法均无法有效的适用。
[0007]因此，如何能够获得一种适用于不同类型计算区域的城市地表产流计算方法，是目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的问题，本专利技术将现有基于二维网格单元和子汇水区这两种进行产流计算的方式相结合，首次提出了一种基于排水管网分布的城市地表混合产流计算方法，所述的方法能够适用于不同类型计算区域的城市地表产流计算，在无需额外收集资料的情况下，有效提升城市地表产流计算方法的适用性，同时大大减少计算量。
[0009]现有技术中，基于二维网格单元或子汇水区这两种方式来计算城市区域产汇流，各自均存在一定的缺陷，将两者结合使用是一种较为合理的思路和做法，但两种方式如何
结合使用，特别是两种方法结合使用时各自的边界如何确定是一个非常有意义的科学和技术问题，直接关系到两种方法过渡区域的产汇流计算精度。有鉴于此，专利技术人提供了本专利技术的如下方案：
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于排水管网分布的城市地表混合产流计算方法，该方法的关键在于利用待研究区域内排水管网的分布，来确定两种方法各自适用的区域范围，具体实现包括以下步骤：
[0011]步骤1，排水管网拓扑检查与概化：
[0012]对于选定的城市待研究区域，收集区域内的排水管网数据、河流水系和河道断面数据，并对排水管网数据进行拓扑检查、属性检查和概化处理。
[0013]步骤2，子汇水区产流方法计算范围的初步确定：
[0014]利用步骤1收集到的排水管网数据，根据待研究区域内有无排水管道，将所述待研究区域划分为两种类型，分别为基于子汇水区产流方法计算区域和基于网格进行产流方法计算的区域；
[0015]其中，所述基于子汇水区产流方法计算区域的确定，先根据排水管道的级别或最大深度，设定对应的集水边界缓冲距离D，假设待研究区域内包含n条排水管道，则每条排水管道对应的集水边界缓冲距离分别为D1、D2、
…
、D
n
，生成每个排水管道节点的缓冲区，并将各缓冲区的重合部分进行合并，初步形成排水管网缓冲区；
[0016]当初步形成的排水管网缓冲区内局部存在空白区域时，需根据面积阈值A进行处理，面积阈值A的计算公式为：
[0017]A＝D
max
·
D
max
[0018]式中，D
max
为集水边界缓冲距离D1、D2、
…
、D
n
中的最大值；
[0019]当排水管网缓冲区内空白区域的面积小于面积阈值A时，对该空白区域进行填充，使其与周边融合，同样视为排水管网缓冲区，设定为SI区域。
[0020]步骤3，二维网格单元划分：
[0021]采用结构网格或非结构网格，对整个选定的城市待研究区域进行离散划分，形成若干二维网格单元。
[0022]步骤4，两类产流方法计算区域的最终确定：
[0023]将整个选定的城市待研究区域，与步骤2初步合并生成的SI区域作剪切处理，得到的剩余部分区域设定为TI区域，将所述TI区域与步骤3划分得到的二维网格单元的边线进行融合处理，从而确定待研究区域中的基于网格进行产流方法计算的区域，设定为TF区域；再利用整个选定的城市待研究区域减去所述TF区域，剩余部分则是基于子汇水区产流方法计算区域，设定为SF区域。
[0024]步骤5，SF区域子汇水区的划分：
[0025]结合排水节点的分布，将所述SF区域划分为N个子汇水区，并分别设置包括不透水率、下渗率和填洼量在内的产流参数。
[0026]步骤6，TF区域内网格单元的产流设置：
[0027]将步骤3划分得到的二维网格单元与所述TF区域进行空间拓扑分析，将位于TF区域内的M个网格单元，分别设置包括不透水率、下渗率和填洼量在内的产流参数。
[0028]步骤7，地表产流计算：
[0029]分别向步骤5划分获得的各子汇水区，和步骤6各网格单元输入包括降雨数据在内的驱动因素，分别对N个子汇水区和M个网格单元进行产汇流计算，从而完成对所选定城市待研究区域的地表产流计算。
[0030]进一步的，步骤1中所述排水管网数据包括管道级别、管道深度，以及包括雨水口、检查井和排水管道在内的数量统计，所述管道级别分为小区内部管道、道路支管、次干管和主干管；所述河流水系和河道断面数据包括河道级别、河道深度，所述河道级别分为小沟渠、大中河道。
[0031]进一步的，步骤2所述排水管道为广义的排水节点和线性汇流通道，包括河道、地面沟渠和地下管网。
[0032]进一步的，步骤2中不同排水管道的级别或最大深度，所对应的集水边界缓冲距离D分别为：
[0033]小区内部管道或最大深度0mm＜d≤300mm，集水边界缓冲距离D为30m；
[0034]道路支管或最大深度300mm＜d≤600mm，集水边界缓冲距离D为80m；
[0035]次干管或最大深度600mm＜d≤1000mm，集水边界缓冲距离D为150m；
[0036]主干管或最大深度1000m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于排水管网分布的城市地表混合产流计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，排水管网拓扑检查与概化：对于选定的城市待研究区域，收集区域内的排水管网数据、河流水系和河道断面数据，并对排水管网数据进行拓扑检查、属性检查和概化处理；步骤2，子汇水区产流方法计算范围的初步确定：利用步骤1收集到的排水管网数据，根据待研究区域内有无排水管道，将所述待研究区域划分为两种类型，分别为基于子汇水区产流方法计算区域和基于网格进行产流方法计算的区域；其中，所述基于子汇水区产流方法计算区域的确定，先根据排水管道的级别或最大深度，设定对应的集水边界缓冲距离D，假设待研究区域内包含n条排水管道，则每条排水管道对应的集水边界缓冲距离分别为D1、D2、
…
、D
n
，生成每个排水管道节点的缓冲区，并将各缓冲区的重合部分进行合并，初步形成排水管网缓冲区；当初步形成的排水管网缓冲区内局部存在空白区域时，需根据面积阈值A进行处理，面积阈值A的计算公式为：A＝D
max
·
D
max
式中，D
max
为集水边界缓冲距离D1、D2、
…
、D
n
中的最大值；当排水管网缓冲区内空白区域的面积小于面积阈值A时，对该空白区域进行填充，使其与周边融合，同样视为排水管网缓冲区，设定为SI区域；步骤3，二维网格单元划分：采用结构网格或非结构网格，对整个选定的城市待研究区域进行离散划分，形成若干二维网格单元；步骤4，两类产流方法计算区域的最终确定：将整个选定的城市待研究区域，与步骤2初步合并生成的SI区域作剪切处理，得到的剩余部分区域设定为TI区域，将所述TI区域与步骤3划分得到的二维网格单元的边线进行融合处理，从而确定待研究区域中的基于网格进行产流方法计算的区域，设定为TF区域；再利用整个选定的城市待研究区域减去所述TF区域，剩余部分则是基于子汇水区产流方法计算区域，设定为SF区域；步骤5，SF区域子汇水区的划分：结合排水节点的分布，将所述SF区域划分为N个子汇水区，并分别设置包括不透水率、下渗率和填洼量在内的产流参数；步骤6，TF区域内网格单元的产流设置：将步骤3划分得到的二维网格单元与TF区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻海军，于汪洋，范玉燕，穆杰，吴滨滨，
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：