【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及城市內(nèi)澇局地精細化模擬計算的，尤其是涉及一種顯性表達地表建筑-建筑排水系統(tǒng)-地表徑流交互的局地內(nèi)澇直接模擬技術(shù)。
技術(shù)介紹
1、隨著全球氣候變化和城市化進程的加速，城市內(nèi)澇事件越來越頻繁。而城市中的建筑空間分布、建筑排水系統(tǒng)特征、建筑間的綠化植被分布等會很大程度上影響地表水的形成、遷移、下滲到地下水和入流到排水管網(wǎng)的過程，是決定局地內(nèi)澇形成、發(fā)展和消退的關(guān)鍵因素。
2、然而，目前國際上主流的城市內(nèi)澇模擬模型都無法顯式精細化表達不同建筑區(qū)域的分布、排水系統(tǒng)特征等對于局地內(nèi)澇過程的影響，只能通過高度簡化的參數(shù)化方案來近似表達這些復(fù)雜過程。例如，建筑物和房屋被表達為不與地表水或地下水交互的無水區(qū)域，建筑物之間的綠化用地能夠接納一定地表水下滲，但無法和地下水交互。這些過度簡化的過程表達方法，會導(dǎo)致內(nèi)澇演進關(guān)鍵過程的缺失，例如將建筑物和房屋僅僅視為不與地下水互動的無水區(qū)域，會忽略其它重要的交互作用，如雨水的滲透、建筑物下的地下水流動、綠化植被的蒸騰作用等，從而導(dǎo)致計算結(jié)果的錯誤，并直接影響內(nèi)澇應(yīng)對預(yù)案和應(yīng)對策略的準確性，帶來潛在的生命和財產(chǎn)風(fēng)險。
3、本專利的
技術(shù)實現(xiàn)思路
將精細化考慮局地的建筑分布、建筑類型和植被類型對地表水文過程的動態(tài)影響，將地表建筑-建筑排水系統(tǒng)-地表徑流的水分遷移過程完整地在一個框架中開展動態(tài)模擬分析，完成各要素之間的水量交互表達，提升城市局地內(nèi)澇模型的結(jié)果準確度和應(yīng)用范圍。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為精準預(yù)測城市局地內(nèi)澇，本申請?zhí)峁┮环N顯性
2、步驟一：基于研究區(qū)域的降雨、土壤、地形、排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建區(qū)域內(nèi)澇演進模擬計算框架；
3、步驟二：識別研究區(qū)域內(nèi)的建筑類型，根據(jù)建筑特征，將研究范圍內(nèi)的建筑物進行特征參數(shù)分類；
4、步驟三：根據(jù)不同建筑屋頂特征和排水方式，表達屋頂?shù)男钏⒄羯l(fā)和排水過程；
5、步驟四：根據(jù)不同建筑雨水收集方式，表達屋頂排水被雨水桶收集或排放至地表從而入流至地下管網(wǎng)的過程；
6、步驟五：基于基礎(chǔ)區(qū)域內(nèi)澇演進模擬計算框架，耦合步驟二、三、四，實現(xiàn)對建筑區(qū)域水文水動力過程顯式模擬，獲得城市地表建筑-建筑排水系統(tǒng)-地表徑流動態(tài)交互的局地內(nèi)澇高精度模擬結(jié)果。
7、通過上述方案，能夠充分考慮城市建筑對局部地表徑流的影響，能夠?qū)^(qū)域地表徑流的水分遷移、轉(zhuǎn)換、再分配進行精細化模擬，可顯著提升對局部內(nèi)澇過程的模擬精度。
8、優(yōu)選的，步驟一的具體內(nèi)容為，基于研究區(qū)域的降雨、土壤、地形、排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建區(qū)域內(nèi)澇演進模擬計算框架，具體建模步驟包括：
9、a、確定模型的研究區(qū)域邊界，在區(qū)域內(nèi)根據(jù)道路、建筑、坑塘用地特征將模擬區(qū)域離散化為多個大小不一的三角形網(wǎng)格，將氣象、地形、土地利用、城市綠化和土壤的分異性賦予每個三角形網(wǎng)格，其中，氣象包括6要素-降水、溫度、相對濕度、風(fēng)速、輻射、大氣壓，城市綠化植被的局地分布特征包括詳細的植被分類，具體包括草本、喬木、灌木、草地、樹、花；
10、b、根據(jù)排水系統(tǒng)上下游拓撲關(guān)系、排水設(shè)施分布、管網(wǎng)幾何特征表達模擬區(qū)域內(nèi)的排水特征；
11、c、結(jié)合場地實際情況，表達排水管網(wǎng)/節(jié)點與三角網(wǎng)格的空間映射關(guān)系，以保證水分遷移方向準確，即垂向上將排水管網(wǎng)和水工構(gòu)筑物的置于對應(yīng)的三角網(wǎng)格之下。
12、優(yōu)選的，步驟二的具體內(nèi)容為，識別研究區(qū)域內(nèi)的建筑類型，根據(jù)建筑特征，將研究范圍內(nèi)的建筑物進行特征參數(shù)分類，其中：
13、建筑特征包括：樓層高度、是否配置綠色屋頂、建筑排水系統(tǒng)以及雨水收集方式；
14、特征參數(shù)包括：建筑屋頂蓄水槽高度、排水管道直徑、綠色屋頂中材質(zhì)的透水性和排水量。
15、優(yōu)選的，步驟三的具體內(nèi)容為，根據(jù)不同建筑屋頂特征和排水方式，表達屋頂?shù)男钏⒄羯l(fā)和排水過程，其中：
16、蓄水過程：基于線型水庫方程模擬屋頂蓄水深度在不同屋頂蓄水槽高度、降雨量、排水管道直徑、綠色屋頂透水性和排水量的組合條件下的深度變化，線性水庫方程為：
17、
18、其中，
19、是下一個時刻屋頂?shù)男钏浚?/p>
20、是當前時刻屋頂?shù)男钏浚?/p>
21、是當前時刻屋頂?shù)膬艚邓浚?/p>
22、是當前時刻屋頂?shù)恼舭l(fā)量，如果是綠色屋頂，還包括植被的蒸騰量；
23、是當前時刻屋頂水從孔口的泄流量；
24、是當前時刻屋頂積水的溢流量。
25、排水過程1：基于孔方程模擬屋頂排水管的排水量，孔方程為：
26、
27、其中，
28、是流量系數(shù)，表示孔洞的幾何形狀和流體性質(zhì)對流量的影響；
29、是孔洞的截面積；
30、是重力加速度；
31、是當前時刻孔洞中心線上的液面高度。
32、排水過程2：基于堰方程模擬屋頂溢流條件下的排水量，堰方程為：
33、
34、其中，
35、是韋爾留利系數(shù)，表示堰的幾何形狀和流動條件的影響；
36、是堰的有效長度，即水流通過的堰的橫截面長度，此處為屋頂?shù)闹荛L；
37、是當前時刻水面到屋頂蓄水槽的垂直距離；
38、n是流量指數(shù)，通常取2。
39、地表蒸發(fā)過程：使用penman公式計算水分從土壤、水面和植被表面蒸發(fā)的水分總和，penman方程為：
40、
41、其中，
42、是水面蒸發(fā)；
43、是凈輻射（能量/面積/時間）；
44、是土壤熱通量；
45、是飽和水汽壓和溫度的斜率變化；
46、是空氣密度；
47、是空氣比熱容；
48、是飽和水汽壓差與風(fēng)阻的比值；
49、是大氣邊界層的總阻力；
50、是植被表面的總阻力。
51、實際屋頂蒸發(fā)量為計算蒸發(fā)量和屋頂蓄水量二者中的較小值，即：
52、
53、植被蒸騰過程：使用monteith公式計算植物蒸騰水量，monteith方程為：
54、
55、其中，
56、是植被潛在蒸散發(fā)；
57、植物對太陽輻射的利用效率；
58、是凈輻射；
59、是土壤熱通量；
60、是水的潛熱；
61、是飽和水汽壓和溫度的斜率變化；
62、是飽和水汽壓差與溫度的斜率。
63、實際植被蒸騰量為計算蒸騰量和屋頂蓄水量二者中的較小值，即：
64、
65、實際屋頂蒸發(fā)蒸騰計算公式為：
66、
67、優(yōu)選的，步驟四的具體內(nèi)容為根據(jù)不同建筑雨水收集方式，表達屋頂排水被雨水桶收集或排放至地本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種顯性表達地表建筑-建筑排水系統(tǒng)-地表徑流動態(tài)交互的局地內(nèi)澇直接模擬技術(shù)，其特征在于，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一基于研究區(qū)域的降雨、地形、土地利用、土壤、管網(wǎng)拓撲關(guān)系、水工構(gòu)筑物數(shù)據(jù)，構(gòu)建區(qū)域內(nèi)澇演進模擬計算框架的過程包括：
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟二所述的識別研究區(qū)域內(nèi)的建筑類型，根據(jù)建筑特征，將研究范圍內(nèi)的建筑物進行特征參數(shù)分類。其中建筑特征包括：樓層高度、是否配置綠色屋頂、建筑排水系統(tǒng)以及雨水收集方式，特征參數(shù)包括：建筑屋頂蓄水槽高度、排水管道直徑、綠色屋頂中材質(zhì)的透水性和排水量。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三根據(jù)不同建筑屋頂特征和排水方式，表達屋頂?shù)男钏⑴潘驼羯l(fā)過程，具體包括：屋頂?shù)男钏^程、通過排水管道的排水過程、溢流過程、屋頂表面蒸發(fā)過程以及綠色屋頂中的植被蒸散發(fā)過程。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，屋頂?shù)男钏⑴潘驼羯l(fā)過程的模擬方式具體包括：
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟四根據(jù)不同
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合步驟二、三、四，實現(xiàn)城市建筑區(qū)域水文水動力過程的顯式模擬，分為連接關(guān)系耦合和計算耦合兩個步驟。其中連接關(guān)系耦合包括：
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，顯性表達地表建筑-建筑排水系統(tǒng)-地表徑流動態(tài)交互的局地內(nèi)澇直接模擬技術(shù)是緊耦合的方式，即每個時間步長所有計算完成后，統(tǒng)一進入下一時間步長的計算，計算過程包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種顯性表達地表建筑-建筑排水系統(tǒng)-地表徑流動態(tài)交互的局地內(nèi)澇直接模擬技術(shù)，其特征在于，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一基于研究區(qū)域的降雨、地形、土地利用、土壤、管網(wǎng)拓撲關(guān)系、水工構(gòu)筑物數(shù)據(jù)，構(gòu)建區(qū)域內(nèi)澇演進模擬計算框架的過程包括：
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟二所述的識別研究區(qū)域內(nèi)的建筑類型，根據(jù)建筑特征，將研究范圍內(nèi)的建筑物進行特征參數(shù)分類。其中建筑特征包括：樓層高度、是否配置綠色屋頂、建筑排水系統(tǒng)以及雨水收集方式，特征參數(shù)包括：建筑屋頂蓄水槽高度、排水管道直徑、綠色屋頂中材質(zhì)的透水性和排水量。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟三根據(jù)不同建筑屋頂特征和排水方式，表達屋頂?shù)男钏⑴潘驼羯l(fā)過程，具體包括：屋頂?shù)男钏^程、通過排水管道的排水過程、溢流過程、屋頂表面蒸發(fā)過程以及綠色屋頂中的植被蒸散發(fā)過程。
<...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳星，鄒銳，魏欣星，
申請(專利權(quán))人：北京英特利為環(huán)境科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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