【技术实现步骤摘要】
本申请涉及城市内涝局地精细化模拟计算的，尤其是涉及一种显性表达地表建筑-建筑排水系统-地表径流交互的局地内涝直接模拟技术。
技术介绍
1、随着全球气候变化和城市化进程的加速，城市内涝事件越来越频繁。而城市中的建筑空间分布、建筑排水系统特征、建筑间的绿化植被分布等会很大程度上影响地表水的形成、迁移、下渗到地下水和入流到排水管网的过程，是决定局地内涝形成、发展和消退的关键因素。
2、然而，目前国际上主流的城市内涝模拟模型都无法显式精细化表达不同建筑区域的分布、排水系统特征等对于局地内涝过程的影响，只能通过高度简化的参数化方案来近似表达这些复杂过程。例如，建筑物和房屋被表达为不与地表水或地下水交互的无水区域，建筑物之间的绿化用地能够接纳一定地表水下渗，但无法和地下水交互。这些过度简化的过程表达方法，会导致内涝演进关键过程的缺失，例如将建筑物和房屋仅仅视为不与地下水互动的无水区域，会忽略其它重要的交互作用，如雨水的渗透、建筑物下的地下水流动、绿化植被的蒸腾作用等，从而导致计算结果的错误，并直接影响内涝应对预案和应对策略的准确性，带来潜在的生命和财产风险。
3、本专利的
技术实现思路
将精细化考虑局地的建筑分布、建筑类型和植被类型对地表水文过程的动态影响，将地表建筑-建筑排水系统-地表径流的水分迁移过程完整地在一个框架中开展动态模拟分析，完成各要素之间的水量交互表达，提升城市局地内涝模型的结果准确度和应用范围。
技术实现思路
1、为精准预测城市局地内涝，本申请提供一种显性
2、步骤一：基于研究区域的降雨、土壤、地形、排水管网数据，构建区域内涝演进模拟计算框架；
3、步骤二：识别研究区域内的建筑类型，根据建筑特征，将研究范围内的建筑物进行特征参数分类；
4、步骤三：根据不同建筑屋顶特征和排水方式，表达屋顶的蓄水、蒸散发和排水过程；
5、步骤四：根据不同建筑雨水收集方式，表达屋顶排水被雨水桶收集或排放至地表从而入流至地下管网的过程；
6、步骤五：基于基础区域内涝演进模拟计算框架，耦合步骤二、三、四，实现对建筑区域水文水动力过程显式模拟，获得城市地表建筑-建筑排水系统-地表径流动态交互的局地内涝高精度模拟结果。
7、通过上述方案，能够充分考虑城市建筑对局部地表径流的影响，能够对区域地表径流的水分迁移、转换、再分配进行精细化模拟，可显著提升对局部内涝过程的模拟精度。
8、优选的，步骤一的具体内容为，基于研究区域的降雨、土壤、地形、排水管网数据，构建区域内涝演进模拟计算框架，具体建模步骤包括：
9、a、确定模型的研究区域边界，在区域内根据道路、建筑、坑塘用地特征将模拟区域离散化为多个大小不一的三角形网格，将气象、地形、土地利用、城市绿化和土壤的分异性赋予每个三角形网格，其中，气象包括6要素-降水、温度、相对湿度、风速、辐射、大气压，城市绿化植被的局地分布特征包括详细的植被分类，具体包括草本、乔木、灌木、草地、树、花；
10、b、根据排水系统上下游拓扑关系、排水设施分布、管网几何特征表达模拟区域内的排水特征；
11、c、结合场地实际情况，表达排水管网/节点与三角网格的空间映射关系，以保证水分迁移方向准确，即垂向上将排水管网和水工构筑物的置于对应的三角网格之下。
12、优选的，步骤二的具体内容为，识别研究区域内的建筑类型，根据建筑特征，将研究范围内的建筑物进行特征参数分类，其中：
13、建筑特征包括：楼层高度、是否配置绿色屋顶、建筑排水系统以及雨水收集方式；
14、特征参数包括：建筑屋顶蓄水槽高度、排水管道直径、绿色屋顶中材质的透水性和排水量。
15、优选的，步骤三的具体内容为，根据不同建筑屋顶特征和排水方式，表达屋顶的蓄水、蒸散发和排水过程，其中：
16、蓄水过程：基于线型水库方程模拟屋顶蓄水深度在不同屋顶蓄水槽高度、降雨量、排水管道直径、绿色屋顶透水性和排水量的组合条件下的深度变化，线性水库方程为：
17、
18、其中，
19、是下一个时刻屋顶的蓄水量；
20、是当前时刻屋顶的蓄水量；
21、是当前时刻屋顶的净降水量；
22、是当前时刻屋顶的蒸发量，如果是绿色屋顶，还包括植被的蒸腾量；
23、是当前时刻屋顶水从孔口的泄流量；
24、是当前时刻屋顶积水的溢流量。
25、排水过程1：基于孔方程模拟屋顶排水管的排水量，孔方程为：
26、
27、其中，
28、是流量系数，表示孔洞的几何形状和流体性质对流量的影响；
29、是孔洞的截面积；
30、是重力加速度；
31、是当前时刻孔洞中心线上的液面高度。
32、排水过程2：基于堰方程模拟屋顶溢流条件下的排水量，堰方程为：
33、
34、其中，
35、是韦尔留利系数，表示堰的几何形状和流动条件的影响；
36、是堰的有效长度，即水流通过的堰的横截面长度，此处为屋顶的周长；
37、是当前时刻水面到屋顶蓄水槽的垂直距离；
38、n是流量指数，通常取2。
39、地表蒸发过程：使用penman公式计算水分从土壤、水面和植被表面蒸发的水分总和，penman方程为：
40、
41、其中，
42、是水面蒸发；
43、是净辐射（能量/面积/时间）；
44、是土壤热通量；
45、是饱和水汽压和温度的斜率变化；
46、是空气密度；
47、是空气比热容；
48、是饱和水汽压差与风阻的比值；
49、是大气边界层的总阻力；
50、是植被表面的总阻力。
51、实际屋顶蒸发量为计算蒸发量和屋顶蓄水量二者中的较小值，即：
52、
53、植被蒸腾过程：使用monteith公式计算植物蒸腾水量，monteith方程为：
54、
55、其中，
56、是植被潜在蒸散发；
57、植物对太阳辐射的利用效率；
58、是净辐射；
59、是土壤热通量；
60、是水的潜热；
61、是饱和水汽压和温度的斜率变化；
62、是饱和水汽压差与温度的斜率。
63、实际植被蒸腾量为计算蒸腾量和屋顶蓄水量二者中的较小值，即：
64、
65、实际屋顶蒸发蒸腾计算公式为：
66、
67、优选的，步骤四的具体内容为根据不同建筑雨水收集方式，表达屋顶排水被雨水桶收集或排放至地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种显性表达地表建筑-建筑排水系统-地表径流动态交互的局地内涝直接模拟技术，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一基于研究区域的降雨、地形、土地利用、土壤、管网拓扑关系、水工构筑物数据，构建区域内涝演进模拟计算框架的过程包括：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二所述的识别研究区域内的建筑类型，根据建筑特征，将研究范围内的建筑物进行特征参数分类。其中建筑特征包括：楼层高度、是否配置绿色屋顶、建筑排水系统以及雨水收集方式，特征参数包括：建筑屋顶蓄水槽高度、排水管道直径、绿色屋顶中材质的透水性和排水量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三根据不同建筑屋顶特征和排水方式，表达屋顶的蓄水、排水和蒸散发过程，具体包括：屋顶的蓄水过程、通过排水管道的排水过程、溢流过程、屋顶表面蒸发过程以及绿色屋顶中的植被蒸散发过程。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，屋顶的蓄水、排水和蒸散发过程的模拟方式具体包括：
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四根据不同
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合步骤二、三、四，实现城市建筑区域水文水动力过程的显式模拟，分为连接关系耦合和计算耦合两个步骤。其中连接关系耦合包括：
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，显性表达地表建筑-建筑排水系统-地表径流动态交互的局地内涝直接模拟技术是紧耦合的方式，即每个时间步长所有计算完成后，统一进入下一时间步长的计算，计算过程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种显性表达地表建筑-建筑排水系统-地表径流动态交互的局地内涝直接模拟技术，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一基于研究区域的降雨、地形、土地利用、土壤、管网拓扑关系、水工构筑物数据，构建区域内涝演进模拟计算框架的过程包括：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二所述的识别研究区域内的建筑类型，根据建筑特征，将研究范围内的建筑物进行特征参数分类。其中建筑特征包括：楼层高度、是否配置绿色屋顶、建筑排水系统以及雨水收集方式，特征参数包括：建筑屋顶蓄水槽高度、排水管道直径、绿色屋顶中材质的透水性和排水量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三根据不同建筑屋顶特征和排水方式，表达屋顶的蓄水、排水和蒸散发过程，具体包括：屋顶的蓄水过程、通过排水管道的排水过程、溢流过程、屋顶表面蒸发过程以及绿色屋顶中的植被蒸散发过程。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：陈星，邹锐，魏欣星，
申请(专利权)人：北京英特利为环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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