【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及城市洪水數值模擬與市政排水效率評估領域，具體涉及到一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方法。
技術介紹
1、傳統觀點認為，排水管容量不足是城市洪水的主要原因。然而，最近的研究表明，由于城市雨水入口性能不佳而引發的洪水事件遠比容量問題更為普遍。例如，2022年廣州的城市洪水統計數據顯示，約78％的洪水事件是由于雨水入口性能不足所致，而非排水管道容量問題。城市雨水入口負責地表徑流與排水系統的交互，但其性能往往受到堵塞、老化、不良設計、施工質量不達標、設計標準低以及環境變化等因素的影響。這些問題妨礙了雨水順利進入排水系統，從而導致地面積水和洪澇問題。
2、為了實現準確的城市洪水模擬和預測，必須詳細刻畫地表水和排水系統之間復雜的水流交換過程。然而，由于雨水入口的數量龐大、類型多樣、運行狀況不確定以及潛在的隨機缺陷，精確模擬這些過程面臨巨大挑戰。此外，近年來，隨著海綿城市(scp)、低影響開發(lid)和綠色基礎設施(gi)等城市排水設計理念的廣泛應用，雨水入口系統的復雜性不斷增加，這也進一步影響了城市洪水模擬的準確性。因此，將雨水入口性能納入洪水模擬模型中進行考量的稱為了必然趨勢。
3、暴雨洪水管理模型(swmm)是典型的未考慮雨水入口性能對城市洪水形成影響的傳統模型，針對這一不足，本專利技術通過對其建模方法的改進，解決了swmm在模擬中未能納入雨水入口性能限制的問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方
2、進一步的，方法具體步驟如下：
3、步驟一、參照為自然流域內水庫繪制流域范圍的方法，為城市積水點繪制獨立的排水單元和積水點的集水區；
4、步驟二、為積水點所在洼地繪制水深-面積/體積曲線，基于dem，使用arcgis軟件為城市積水點繪制積水曲線；
5、步驟三、為目標排水單元內，積水點的集水區之外地表覆蓋的排水設施按照雨水管理模型swmm的標準建模方法進行建模；
6、步驟四、對于積水點集水區所覆蓋區域的排水設施，采用改進的swmm模型進行建模，積水點及其集水區被建模為具有底部孔口和頂部溢流堰的地表蓄水單元、連接到孔口的檢查井、連接到檢查井的地下排水管道以及連接存儲單元的匯水區；
7、步驟五、模型校準，包括調整模型參數，以使模型輸出與觀察到的數據精確對齊，swmm參數分為可測參數和不可測參數，需要校準的參數除了使用標準建模流程時的不可測參數，還包括改進方法中概化出的底部孔口、頂部溢流堰、地表蓄水單元、檢查井、地下排水管道和匯水區的各項參數。
8、進一步的，步驟一中的繪制獨立的排水單元和積水點的集水區具體具體步驟如下：
9、步驟一、使用大-小-中劃分方法，首先整個流域初步按照自然水系控制范圍，防止過早人工劃分造成邊界誤差；
10、步驟二、使用arcswat中的watershed?delineator模塊，根據自然地形將自然水系細分為較小的地塊，每個小流域都定義了流域范圍、流域內徑流路徑和出水口；
11、步驟三、根據徑流方向和出水口的指向，將排入同一管道或者道路，并最終排入同一排水口的小流域合并為中等流域，這些中等流域即為獨立的排水單元劃分成果，分為不含積水點的低風險排水單元和含積水點的高風險排水單元；
12、步驟四、含積水點的高風險排水單元被進一步細分，為每個積水點創建集水區，將徑流方向指向同一地表積水點的小流域合并，形成該區域的集水區；
13、進一步的，步驟二中的使用arcgis軟件為城市積水點繪制積水曲線具體步驟如下：
14、步驟一、在arcmap的工具欄中點擊“arctoolbox”，選擇“contour”工具，打開等高線生成對話框，設置生成等高線的高度間距，當每隔0.1米生成一條等高線，就輸入“0.1”；
15、步驟二、設置好參數后，點擊“ok”運行工具，gis會根據dem數據計算并生成等高線；
16、步驟三、利用生成好的等高線繪制等高面，得到一組高程-面積數據，并根據積水點最低點的高程將高程-面積換算成水深-面積數據，使用臺體體積計算公式將水深-面積數據換算成水深-體積數據，即為積水點的水深-容積曲線。
17、進一步的，步驟四中的改進的swmm模型建模具體步驟如下：
18、步驟一、在swmm模型中，每個雨水入口都有自己的匯水區，然而，由于準確測量每個入口的性能十分具挑戰性，將洼地集水區內的所有雨水入口組合成一個具有與所有實際雨水入口具有等效排水能力的大型雨水入口；
19、步驟二、這個大型雨水入口位于地表蓄水池的底部，由地表蓄水池的底部排水孔表示，蓄水池頂部設置一個溢流堰，用于模擬積水洼地蓄滿后的水流溢出動態，積水點所在洼地的整個集水區被視為連接到這個大型雨水入口的子匯水區；
20、步驟三、地表蓄水池則代表著積水洼地，是一個使用水深-面積曲線參數定義的不規則形狀蓄水池，這個子匯水區中的降雨將在蓄水池通過孔口進行調蓄，一些水通過swmm的大型雨水入口進入地下排水系統，而因為入口能力不足而未進入地下排水系統的徑流則留在地表蓄水池中，形成地表積水。
21、進一步的，步驟五中的標準建模步驟中可測參數包括子集水區、管道長度、坡度和截面形狀，不需要校準，不可測參數包括粗糙度和滲透系數等，需要校準，改進的swmm模型步驟中所有參數均需要校準包括子匯水區、地表蓄水池、孔口、堰、檢查井和排水管道。
22、本專利技術具有以下優勢：本專利技術通過在洪水模擬中納入了對雨水入口性能的考慮，對現狀大量存在的因為城市雨水入口性能不足而造成的洪水事件，進行了更加精準的模擬，從而帶來更好的預報效果。
23、本專利技術可以直接模擬洪水模型，而不用與地表模型進行耦合，降低了模型的復雜度。
24、本專利技術通過簡化地表易澇洼地的排水基礎設施，使得模型的運行速度大大提高，從而降低了對計算資源的需求。
25、本專利技術在模擬城市洪水的同時還能夠模擬積水洼地處地表和地下排水設施的流量交換過程，從而得到這個區域排水設施的綜合性能數據，降低模型更新的工作量的同時降低了模型更新的難度。
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1.一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方法，包括改進的SWMM模型，其特征在于：所述改進的SWMM模型包括在SWMM模型地表入口添加一個排水效率等同于地表積水洼地的不規則的帶底部孔口和頂部溢流堰的蓄水池來實現對雨水入口性能限制的考量和模擬。
2.如權利要求1所述的一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方法，其特征在于：所述方法具體步驟如下：
3.如權利要求2所述的一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方法，其特征在于：所述步驟一中的繪制獨立的排水單元和積水點的集水區具體具體步驟如下：
4.如權利要求2所述的一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方法，其特征在于：所述步驟二中的使用ARCGIS軟件為城市積水點繪制積水曲線具體步驟如下：
5.如權利要求2所述的一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方法，其特征在于：所述步驟四中的改進的SWMM模型建模具體步驟如下：
6.如權利要求2所述的一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方法，其特征在于：所述步驟五中的標準建模步驟中可測參數包括子集水區、管道長度、坡度和截面形狀，不需
...【技術特征摘要】
1.一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方法，包括改進的swmm模型，其特征在于：所述改進的swmm模型包括在swmm模型地表入口添加一個排水效率等同于地表積水洼地的不規則的帶底部孔口和頂部溢流堰的蓄水池來實現對雨水入口性能限制的考量和模擬。
2.如權利要求1所述的一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方法，其特征在于：所述方法具體步驟如下：
3.如權利要求2所述的一種考慮雨水入口性能限制的城市內澇模擬方法，其特征在于：所述步驟一中的繪制獨立的排水單元和積水點的集水區具體具體步驟如下：
4.如權利要求2所述的一種考慮雨水入口性能限制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張雪蓮，康愛卿，李哲，雷曉輝，儲逆詩，
申請(專利權)人：中國水利水電科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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