一种基于CD-TIN的城区内涝淹没过程模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CD-TIN的城区内涝淹没过程模拟方法，以基于三角形面片划分的城区汇水区作为后续模拟的基础，内容包括：1)根据汇水区的流入和流出水量，给出了汇水区水量产流过程的计算方法；2)基于以三角形为底面、三个顶点向上做铅垂线形成的三棱柱，提出了淹没区积水水位的计算方法；3)设计了汇水区的水量到达出水口之后，顾及地表特征的邻域汇水区间的水量汇流算法。本发明专利技术专利可有效模拟分析城区内涝淹没的范围及水深，为城区内涝淹没分析软件研发提供了一种新的方法，可为城区防洪、排水规划和应急预警、救援提供了技术支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到城区内涝淹没模拟分析与仿真领域。更具体地，涉及一种基于约束狄洛尼不规则三角网(Constrained Delaunay Triangular Irregular Network, CD-TIN)的城区内涝淹没过程模拟方法。
技术介绍
随着我国城市化进程的加快，城市规模激增，特别是对大城市而言，城区气温高、空气中粉尘大，周边上升气流形成向城区汇聚性运动。一旦上升的热气流遭遇高空强对流的冷气团，就会形成以城市为中心的暴雨，即“城市雨岛效应”。然而，城区下垫面的改变、河道水系的填占毁坏、排水管网等排水设施的建设缺陷等，导致了城区防洪能力偏低，较易因暴雨及城区排水问题引发城市内涝。对人口稠密、工商业发达、建筑物和基础设施繁多的城市构成了严重的威胁。仅2012年，北京、天津、武汉、杭州等城市均发生了严重的暴雨城市内涝灾害，严重影响了人们的生命财产安全，直接威胁着人类生存与城市发展。因此，亟需建立一套城区暴雨内涝的淹没过程模拟方法，为城区防洪和应急救援提供有力的技术支持。目前，国内外对城市内 劳淹没模拟多米用SWMM(Storm Water Management Model)模型、基于GIS的水文分析法、水动力方程数值模拟等方法，但这些方法或不能顾及到城区精细地表情况M、或多是针对栅格地表进行淹没模拟(分为有源淹没和无源淹没)、或未考虑城区排水能力气或城区产汇流考虑不足M。本专利技术基于城区复杂地表约束特征(雨水篦、出水口、河流、道路、建筑等)构建CD-TIN，根据三角形面上的汇流方法生成城区的汇水区(对应于专利技术专利“一种基于三角形面片的汇水区划分方法”(申请号:201210384805.1)的一级汇水区)，以基于三角形面片形成的三棱柱进行相关的淹没模拟。针对本专利技术研究中提出的基于CD-TIN的城区内涝淹没过程模拟所涉及到的方法和技术，专利技术申请人通过中国知识产权网中外`专利数据库服务平台(http://www.cnipr.com/),利用多种关键字组合方式，进行了细致、全面地与本专利技术主要内容相关的国内外专利技术专利查询，结果介绍与分析如下:.以“城市and淹没”作为摘要关键词进行检索，查询结果为8项，仅2项与本专利技术有关。权利要求1.一种基于CD-TIN的城区内涝淹没过程模拟方法，以基于三角面片进行城区汇水区划分的结果作为计算基础，先根据汇水区的流入和流出水量，计算汇水区水量产流过程，然后以三棱柱为计算单元、结合不同汇水区间汇流算法进行内涝淹没过程模拟，其特征在于，该方法包括: 以三角形为底面、三个顶点向上作铅垂线形成的三棱柱作为水位计算的基本单元，按照等体积水量的思想，给出水量和水位关系的算法； 汇水区的水量不断累积，当到达出水口之后，积水将按照邻域汇水区汇流算法流向邻域汇水区。2.根据权利要求1所述的基于CD-TIN的城区内涝淹没过程模拟方法，其中基于三棱柱的水位计算方法中，以三角形为底面、三个顶点向上做铅垂线形成的三棱柱作为淹没计算的基本单元。3.根据权利要求2所述的三棱柱基本淹没计算单元，根据积水淹没底面三角形顶点的情况，将三棱柱淹没概化为三个步骤(即积水淹没三角形一个顶点、二个顶点、三个顶点的步骤)分别计算水位和水量的关系。4.根据权利要求3所述的积水淹没三角形一个顶点、二个顶点、三个顶点情况下的水量和水位关系计算方法，其特征在于，包括以下几个主要步骤: (1)积水淹没三棱柱底面三角形的一个顶点，此时积水面和三棱柱所组成的是三棱锥。按照三棱锥体积计算公式可得到水量和淹没水深的关系式； (2)积水淹没三棱柱底面三角形的两个顶点，此时积水面和三棱柱所组成的是不规则体，剖分该不规则体为棱锥、棱柱和楔形，分别利用对应体积公式可得到水量和淹没水深的关系式； (3)积水淹没三棱柱底面三角形的三个顶点，此时积水面和三棱柱所组成的是不规则体，剖分该不规则体为棱锥和棱柱，分别利用对应体积公式可得到水量和淹没水深的关系式。5.根据权利要求1所述的邻域汇水区汇流算法，其特征在于，包括以下几个主要步骤: (1)判断汇水区内的水位值是否到达出水口点；如果没达到，则水位按照上述步骤继续增加，否则进入(2); (2)根据出水口点处的地表情况(地表类型、坡降等)和水位值，计算该处的水流量V； (3)搜索出水口点处所连接的汇水区，比较水位值；如果高于邻域汇水区，则积水按照流量V流入到邻域汇水区当中，否则水位继续增长； (4)所有汇水区按照步骤(I) (3)依次进行汇流，可得到某时刻的城区的淹没模拟情况(含范围和水深)； (5)每个时间间隔下依次调用步骤(I) (4)，即可得到城区的淹没的历时情况。全文摘要本专利技术公开了一种基于CD-TIN的城区内涝淹没过程模拟方法，以基于三角形面片划分的城区汇水区作为后续模拟的基础，内容包括1)根据汇水区的流入和流出水量，给出了汇水区水量产流过程的计算方法；2)基于以三角形为底面、三个顶点向上做铅垂线形成的三棱柱，提出了淹没区积水水位的计算方法；3)设计了汇水区的水量到达出水口之后，顾及地表特征的邻域汇水区间的水量汇流算法。本专利技术专利可有效模拟分析城区内涝淹没的范围及水深，为城区内涝淹没分析软件研发提供了一种新的方法，可为城区防洪、排水规划和应急预警、救援提供了技术支持。文档编号G06F19/00GK103116695SQ20131001521公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日专利技术者吴立新, 李志锋, 张振鑫, 王植 申请人:吴立新, 李志锋, 张振鑫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CD?TIN的城区内涝淹没过程模拟方法，以基于三角面片进行城区汇水区划分的结果作为计算基础，先根据汇水区的流入和流出水量，计算汇水区水量产流过程，然后以三棱柱为计算单元、结合不同汇水区间汇流算法进行内涝淹没过程模拟，其特征在于，该方法包括：以三角形为底面、三个顶点向上作铅垂线形成的三棱柱作为水位计算的基本单元，按照等体积水量的思想，给出水量和水位关系的算法；汇水区的水量不断累积，当到达出水口之后，积水将按照邻域汇水区汇流算法流向邻域汇水区。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立新，李志锋，张振鑫，王植，
申请(专利权)人：吴立新，李志锋，张振鑫，
类型：发明
国别省市：