一种顾及要素空间形态的SWMM和LISFLOOD-FP对象化耦合方法技术

本发明专利技术公开了一种顾及要素空间形态的SWMM和LISFLOOD

【技术实现步骤摘要】
一种顾及要素空间形态的SWMM和LISFLOOD
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FP对象化耦合方法


[0001]本专利技术属于城市雨洪模拟领域和地理信息系统领域，尤其涉及一种顾及要素空间形态的SWMM和LISFLOOD
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FP对象化耦合方法。

技术介绍

[0002]城市雨洪是城市化地区的降雨产流、管网汇流与河道行洪过程中的径流的统称，是模拟城市内涝的重要手段，过去几十年里出现了许多城市雨洪模拟软件以表达城市雨洪过程，但现有的单一模型不能充分代表建模系统的所有细节，因此多模型耦合进行水文综合建模来解决复杂的水文问题已成为研究的热点。
[0003]SWMM(storm water management model，暴雨洪水管理模型)是一个美国弗罗里达大学开发的一个主要应用于城市区域水文水利学模拟的软件，是一个降雨
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产流模型，其可同时模拟河道和管网的水力状态，但无法反映地表径流过程，其采用矢量化的方法对管点、蓄水池、排水建筑物等地理要素进行表达。
[0004]LISFLOOD
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FP是由英国布里斯托尔大学开发的一个二维水动力模型，是一个分布式水文模型，相较于SWMM，其具有明确的地表径流过程，可以反映出积水在地表的分布情况。LISFLOOD
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FP基于栅格描述要素，所有要素在LISFLOOD
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FP中以栅格的形式存在。
[0005]对于管点、蓄水池、排水建筑物等地理要素的表达，SWMM将其概化为矢量点要素，而对于LISFLOOD
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FP,这些要素以栅格点的形式存在于研究区域地形上，并根据要素的形态特征占据不同数量和位置的栅格。但遗憾的是，目前的主流SWMM与LISFLOOD
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FP耦合方法没有顾及到矢栅要素的空间表达差异，将LISFLOOD
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FP中的要素概化为位置与SWMM中要素相同或相近的点，将耦合过程简单地概化为点
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点耦合。
[0006]在具体的应用场景上，SWMM与LISFLOOD
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FP之间的耦合方案存在异构性，技术选型、数据处理以及耦合架构均存在不同程度的不同。但纵观现有方法，SWMM与LISFLOOD
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FP空间耦合方法均未考虑到要素的形态特征，出于模拟速度和效率的考虑，现有方法将排水建筑物、管点等排水要素简单地概化为点要素，例如，论文《基于SWMM与LISFLOOD
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FP模型的城市暴雨内涝模拟——以济南市为例》(李鹏,徐宗学,赵刚,左斌斌,王京晶,宋苏林.南水北调与水利科技(中英文),2021,19(06))忽略了排水要素的空间形态特征，为点
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点耦合方式；论文《基于SWMM和LISFLOOD模型的暴雨内涝模拟研究》(曾照洋,王兆礼,吴旭树,赖成光,陈晓宏.水力发电学报,2017,36(05):68
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77.)指出其LISFLOOD中的bci文件内存储的是溢流节点坐标，没有考虑城市中的大型排水设施的形态特征，为点
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点耦合方式；名为“一种基于显卡加速耦合管网的高精度城市雨洪模拟方法”的中国专利，采用就近原则建立节点与网格的匹配关系，仍是一种点
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点耦合的空间耦合方法；名为“一种基于竖向边界耦合的地表积水快速模拟方法及系统”的中国专利，构建检查井与排水管以及检查井与地表二维网格的拓扑连接关系时，采用的是点
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点耦合的空间耦合方式；这些方法均未考虑到要素在栅格上的形状、尺度等空间形态特征。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术的目的是在城市雨洪空间耦合模拟过程中，针对空间匹配过程的精细化表达，提供一种顾及要素空间形态的SWMM和LISFLOOD
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FP对象化耦合方法。
[0008]技术方案：本专利技术旨在提供一种顾及要素空间形态的SWMM和LISFLOOD
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FP对象化耦合方法，具体包括以下步骤：
[0009](1)确定SWMM与LISFLOOD
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FP中的待耦合要素；要素对象在SWMM中以节点形式表达，并有唯一标识符标识该要素，在LISFLOOD
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FP中以栅格多点的形式存在；
[0010](2)基于要素语义信息，针对地理要素在模型中的不同概化形式，建立SWMM与LISFLOOD
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FP模型间的统一空间匹配规则；
[0011](3)进行SWMM与LISFLOOD
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FP间的流量交换与分配：在一致的时间过程中，按照步骤2建立的空间匹配规则对同名要素进行流量交换与分配。
[0012]进一步地，步骤(1)所述耦合要素包括点对象、面对象、点集对象三种；当要素形状大小小于栅格空间分辨率时，栅格范围为点；当要素形状大小大于栅格空间分辨率，若不考虑建筑物内部的管网空间分布情况，则栅格范围为面，反之，要素的栅格范围为点集。
[0013]进一步地，所述步骤(2)实现过程如下：
[0014](21)构建要素的空间范围映射，确定地理要素矢量、栅格边界；
[0015](22)构建SWMM与LISFLOOD
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FP的要素语义映射关系；LISFLOOD
‑
FP中使用QVAR边界条件，并使LISFLOOD
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FP中要素所对应的栅格范围内的任意栅格点的边界条件名与SWMM中的唯一标识符相同；
[0016](23)建立SWMM与LISFLOOD
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FP的要素流量交换通道：为SWMM和LISFLOOD
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FP提供一个同步变化的流量交换通道，通道存储要素的流速信息，以进行流量交换与分配。
[0017]进一步地，所述步骤(3)实现过程如下：
[0018]当要素节点溢流时，溢流量利用流量交换通道在要素对应的地表栅格上进行流量再分配，LISFLOOD
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FP的每个对应栅格上的边界条件时间序列的流量值为：
[0019]q＝Q/n
[0020]其中，Q为SWMM中的节点溢流量，n为要素节点对应的栅格点数量，q为该节点的时间序列的流速值；
[0021]当要素节点未溢流时，LISFLOOD
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FP的要素流量通过流量交换通道进入SWMM管网，LISFLOOD
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FP中的要素范围内的流量均纳入计算，并在LISFLOOD
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FP中要素对应的各栅格减去对应流量值，要素对应的地表栅格上的水加权平均后汇入管网：
[0022][0023]其中，SWMM的要素总入流量为Q，LISFLOOD
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FP中的要素对应的每个栅格的出流量为q，n为要素节点对应的栅格点数量，C为经验参数，A为检查井面积，h为该点水深。
[0024]进一步地，所述步骤(21)实现过程如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种顾及要素空间形态的SWMM和LISFLOOD
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FP对象化耦合方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)确定SWMM与LISFLOOD
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FP中的待耦合要素；要素对象在SWMM中以节点形式表达，并有唯一标识符标识该要素，在LISFLOOD
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FP中以栅格多点的形式存在；(2)基于要素语义信息，针对地理要素在模型中的不同概化形式，建立SWMM与LISFLOOD
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FP模型间的统一空间匹配规则；(3)进行SWMM与LISFLOOD
‑
FP间的流量交换与分配：在一致的时间过程中，按照步骤2建立的空间匹配规则对同名要素进行流量交换与分配。2.根据权利要求1所述的顾及要素空间形态的SWMM和LISFLOOD
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FP对象化耦合方法，其特征在于，步骤(1)所述耦合要素包括点对象、面对象、点集对象三种；当要素形状大小小于栅格空间分辨率时，栅格范围为点；当要素形状大小大于栅格空间分辨率，若不考虑建筑物内部的管网空间分布情况，则栅格范围为面，反之，要素的栅格范围为点集。3.根据权利要求1所述的顾及要素空间形态的SWMM和LISFLOOD
‑
FP对象化耦合方法，其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：(21)构建要素的空间范围映射，确定地理要素矢量、栅格边界；(22)构建SWMM与LISFLOOD
‑
FP的要素语义映射关系；LISFLOOD
‑
FP中使用QVAR边界条件，并使LISFLOOD
‑
FP中要素所对应的栅格范围内的任意栅格点的边界条件名与SWMM中的唯一标识符相同；(23)建立SWMM与LISFLOOD

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩丞，张卓，乐松山，武家兴，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：