【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水利工程，特别涉及一种基于非结构网格的城市降雨径流计算中不透水构筑物雨水收集分配方法。
技术介绍
1、城市降雨径流数值模拟技术在城市洪涝预警预报工作中起到了关键的数据支撑作用，因此提高城市降雨径流计算的准确性可显著提高防洪减灾工作的成效。
2、城市内分布着大量不规则的不透水构筑物，在进行降雨径流计算时，往往需要对城市研究区域进行网格剖分。学术和工程界往往通过非结构网格自动剖分技术，设置内、外边界，并采用内边界内部不打网格的方式，实现构筑物的不透水效果。然而，由于构筑物所在位置不存在计算网格，因此不再参与径流计算的同时也会影响实际构筑物屋顶的雨水收集计算，从而影响了整体计算结果的准确性。
3、从这一
技术介绍
出发，一种可能的方法是在保持现有非结构网格自动剖分技术的基础上，对构筑物屋顶附近计算网格进行特别处理，以在计算中实现屋顶的雨水收集作用，进而更精准地预测和管理城市洪涝风险。但现有技术中还没有出现此类成熟的技术方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种城市降雨径流计算中基于非结构网格的不透水构筑物雨水收集分配方法，以实现城市降雨径流计算中不透水构筑物屋顶雨水收集分配的准确高效计算。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种城市降雨径流计算中不透水构筑物雨水收集分配方法，包括以下步骤：
4、步骤一、获取研究区域边界轮廓数据、研究内不透水构筑物的边界轮廓数据、研究区域地表高程数据、土地利
5、步骤二、将研究区域边界轮廓定义为外边界，将研究范围内不透水构筑物的边界轮廓定义为内边界(不透水固壁边界)，内边界内部和外边界外部为非计算区域，内边界外部和外边界内部为计算区域；采用三角形非结构网格对所述计算区域进行网格剖分，不透水构筑物的内部区域通过不剖分网格的方式做空腔处理，最终完成研究区域计算网格的剖分。
6、步骤三、对研究区域内所有单元边按照索引顺序从第一条开始进行第一次遍历，并给每条边赋予两个属性：赋予所述内边界的单元边“边界类型”属性为1，否则为0；赋予所有单元边的“是否遍历”属性均为0；当所有单元边的二者属性均被赋予后结束本次遍历。本步骤中对所有的单元边赋予“边界类型”属性时，判断的依据为此边是否为参与组成不透水构筑物的轮廓边界。
7、以下步骤四至步骤十为循环设置，确定参与组成研究区域内每一不透水构筑物边界的单元边，完成研究区域内所有不透水构筑物边界的识别和单元集水分配权重系数的计算；其中步骤六和步骤七也为一个循环设置，完成对组成同一构筑物边界所有单元边的判定：
8、步骤四、依次确定参与组成研究区域内每一构不透水筑物边界的单元边：对研究区域内所有单元边按照索引顺序从第一条单元边开始进行第二次遍历，当遍历到某单元边的“边界类型”属性为1且“是否遍历”属性为0时，并修改其“是否遍历”属性为1，暂停遍历，进入步骤五。本步骤中确定组成内边界的单元边时，采用的方法是从第一条单元边开始寻找“边界类型”为1且“是否遍历”为0的单元，并将此边的“是否遍历”属性修改为1。
9、步骤五、识别并记录步骤四中得到的“边界类型”属性为1且“是否遍历”属性为1的单元边两个端点的索引号及位置坐标，以及此单元边所属网格单元的索引号和单元面积，所述单元边两个端点记作顶点a和顶点b，并将顶点a设为此单元边参与组成的构筑物边界的初始节点o，并进入步骤六；
10、步骤六、首先判断所述顶点b的位置信息与所述初始节点o的位置信息是否一致：如若不一致，表明尚未完成上述构筑物边界所有单元边的判定，则识别所有共用所述顶点b的单元边，寻找其中“边界类型”属性为“1”且“是否遍历”属性为“0”的新单元边，同时将此新单元边的“是否遍历”属性修改为“1”，并记录顶点b的位置坐标信息，进入步骤七；如若一致，则说明已完成对上述构筑物边界所有单元边的判定，进入步骤八；
11、步骤七、将所述顶点b更名为顶点a，将步骤六中所述新单元边的另一个顶点设为顶点b，重复步骤六进行下一条单元边的判定；
12、步骤八、依据步骤五至步骤七中记录的顶点位置坐标信息，计算得到此不透水构筑物的占地面积，完成此不透水构筑物占地面积和构成单元的记录；
13、步骤九、依据步骤五至步骤七中所记录的每条边所在单元的面积，得到所有与此不透水构筑物相邻单元的面积之和，并基于每个单元面积在其中的占比得到此单元参与构筑物集水分配的权重系数；
14、步骤十、回到步骤四，按照索引顺序进行下一条边的判定，重复步骤五至步骤九，直至将所有计算网格单元边遍历完毕，即可完成研究区域内所有不透水构筑物边界的识别和单元集水分配权重系数的计算；
15、步骤十一、每个计算时间步内在每个单元格上开始降雨分配计算，将每个不透水构筑物的雨水收集量按照步骤十所述的权重系数分配给周围的计算单元，完成不透水构筑物的雨水收集分配计算；
16、步骤十二、将步骤十一得到的单元集水量以源项的方式添加至二维浅水方程组中，在计算单元内求解进行地表径流计算；
17、步骤十三、时间推进至下一个时间步，并重复步骤十一至步骤十二，直到计算结束。
18、进一步的优化，步骤八中构筑物占地面积的计算的方法为：假设组成内边界的n个顶点坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)，则构筑物占地面积的计算方法如下：
19、
20、式中，n为任一内边界顶点的数量，单位为个；i为参与此构筑物集水分配的单元索引值；x和y为任一内边界顶点在投影坐标系下的横坐标和纵坐标，单位为m；sblock为此构筑物投影坐标系下的占地面积，单位为m2。
21、进一步的优化，步骤九中任意单元i参与构筑物集水分配的权重系数wi的计算方法为：
22、
23、式中，m为组成单一构筑物边界的单元边数量，单位为个；s为单元的面积，下标i和j为单元索引号，单位为m2；wi为单元i集水分配计算的权重系数，无量纲单位。
24、进一步的，步骤十一中每个单元当前时间步的降雨量的计算方法如下：
25、当单元i为构筑物相邻单元时：
26、
27、当单元i不是构筑物相邻单元时：
28、
29、式中，δt为当前时间步长，单位为s；i为单元的索引值；为单元i当前时间步下收集到的降雨量，单位为m3/s；rt为当前时间步下的降雨强度，单位为m/s。
30、本专利技术的有益效果在于：
31、本专利技术提出的方法可以在模拟城市降雨径流时，充分考虑构筑物雨水收集分配的影响，提高模型的准确性的同时不影响计算效率。针对存在不透水构筑物的研究区域，只需在前处理步骤中进行一次单元雨水收集分配权重系数的计算，即可在数值模拟中体现屋顶雨水收集的作用，从而在不影响计算效率的基础上更精准地预测和管理城市洪涝风险。...
【技术保护点】
1.一种城市降雨径流计算中不透水构筑物雨水收集分配方法，所述方法基于非结构网格，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种城市降雨径流计算中不透水构筑物雨水收集分配方法，其特征在于，步骤八中构筑物占地面积的计算的方法为：假设组成内边界的n个顶点坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)，...，(xn，yn)，则构筑物占地面积的计算方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种城市降雨径流计算中不透水构筑物雨水收集分配方法，其特征在于，步骤九中任意单元i参与构筑物集水分配的权重系数wi的计算方法为：
4.根据权利要求1所述的一种基于非结构网格的不透水构筑物雨水收集分配方法，其特征在于，步骤十一中每个单元当前时间步的降雨量的计算方法如下：
【技术特征摘要】
1.一种城市降雨径流计算中不透水构筑物雨水收集分配方法，所述方法基于非结构网格，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种城市降雨径流计算中不透水构筑物雨水收集分配方法，其特征在于，步骤八中构筑物占地面积的计算的方法为：假设组成内边界的n个顶点坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)，...，(xn，yn)，则构筑物...
【专利技术属性】
技术研发人员：王玮琦，林文青，毕吴瑕，张大伟，王帆，
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：
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