【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及城市内涝防治，更具体的说是涉及一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法及系统。
技术介绍
1、区域地形特征也会影响城市降雨大小。在人为因素角度，城市排水系统的建设标准较低也加重了内涝事件的发生。
2、此外，由于城镇化进程不断加快，大量自然垫面被改造成硬化路面和屋面，不透水面增加也是造成城市内涝灾害频发的原因之一。然而，雨水口作为地表与地下排水系统的连接点，其泄流能力直接影响到地表径流大小以及地下排水系统的排水能力。但是目前关于探究雨水口堵塞对城市内涝的影响的方法尚未发展成熟。
3、因此，如何在不同降雨情景下模拟雨水口堵塞对内涝的影响是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于雨水口等效排水法和雨水口泄流公式的耦合雨水口泄流的二维水动力模型，实现了对雨水口堵塞状态的模拟，对不同降雨情景下雨水口堵塞对内涝的影响情况进行了模拟分析，对易发生雨水口堵塞区域的内涝防治工作具有一定的指导意义。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一方面，提供一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，包括：
4、输入高程栅格数据、土地利用数据和管网基础数据进行dem数据重构；
5、进行itf-flood模型构建；
6、对二维水动力模型进行改进，采用雨水口等效排水法对管网排水能力进行概化，实现对雨水口堵塞状态的控制；
7、模拟分析不同降雨情
8、可选的，所述dem数据重构的具体过程为：
9、步骤a1：输入原始dem高程栅格数据、土地利用数据和管网数据中的基础数据；
10、步骤a2：删除原始dem高程栅格数据中的街道范围，将保留的非街道范围的高程栅格数据转化为高程点；
11、步骤a3：使用arcgis中“按位置选择”功能对建筑物范围内的高程点进行选择，之后使用“字段计算器”工具将被选择的高程点的高程值统一增加10m，得到修正建筑物高程的高程点数据；
12、步骤a4：基于人工测绘的检查井、雨水篦子、窨井等的地面高程数据对街道范围的高程进行处理，使用“创建渔网”工具将街道范围划分成像元大小为2m×2m的渔网；
13、步骤a5：使用“空间连接”功能实现渔网点与人工测绘的检查井、雨水篦子、窨井等的地面高程数据的同化，得到重构的街道高程数据；
14、步骤a6：将街道范围高程点与非街道范围高程点进行合并处理，得到合并后的完整栅格；
15、步骤a7：合并后的完整栅格进行反距离权重插值，得到基于多源数据融合的局部地形重构dem。
16、可选的，所述itf-flood模型构建的过程为：
17、步骤b1：首先在cpu上完成前处理；
18、步骤b2：将网格参数及物理量上传至gpu，在gpu上进行迭代计算，输出结果；
19、步骤b3：将所需物理量下载至cpu，并进行后处理。
20、可选的，所述对二维水动力模型进行改进的具体过程为：
21、步骤c1：概化管网排水能力，在连续性方程设置汇项来表征雨水口集中排水过程；
22、步骤c2：雨水口堵塞状态模拟，基于物理模型试验和量纲分析法建立了连接管和雨水篦不同堵塞情况下雨水口泄流能力；
23、步骤c3：为实现对雨水口堵塞状态的控制，设置雨水口堵塞状态控制参数；
24、步骤c4：研究区采用直接降雨法进行径流模拟，基于栅格的径流模拟方法，将整个研究区按地形栅格划分结构计算单元，每个计算单元包含高程、粗糙系数、渗透参数、不透水区百分比和洼地深度信息；
25、步骤c5：对模型数进行参数率定和验证，在模型设置初始参数的基础上，输入历史降雨场景，将实测数据与模拟数据进行对比，通过不断调整参数取值，使模拟数据与实测数据更加拟合。
26、可选的，雨水口不同堵塞情况下的泄流能力用下式表示：
27、qinlet＝ka*aufr-0.85；
28、
29、其中，qinlet为雨水口下泄流量m3/s；k为堵塞系数；a*为量纲参数；a为雨水篦净过水面积m2；u为流速m/s；fr为弗劳德数；cr为堵塞程度。
30、可选的，采用堵塞系数k对雨水口的堵塞状态进行控制，当雨水口没有发生堵塞时，即堵塞程度cr为0，则堵塞系数k为1；当雨水口完全堵塞时，即堵塞程度cr为1，则堵塞系数k为0；根据堵塞程度以及堵塞系数计算不用情况下的泄流能力。
31、可选的，所述模拟分析不同降雨情景下雨水口堵塞程度对内涝的影响具体为：
32、根据研究区域暴雨强度公式，采用芝加哥雨型生成器设置不同降雨强度工况；设置雨水口堵塞情况与实际一场降雨中的情况一致，得出不同降雨情景下雨水口堵塞情况的最大积水模拟结果，对比分析不同降雨情景下雨水口堵塞对内涝的影响情况；进一步分析雨水口堵塞对研究街区内涝情况的影响，对不同情景下雨水口不堵塞和雨水口堵塞各积水等级所占面积进行统计；
33、分析对比不同重现期下的雨水口不堵塞和雨水口堵塞的积水深度和积水总面积变化，得到模拟结果。
34、可选的，所述暴雨强度公式如下：
35、
36、其中，q为暴雨强度，mm/min；t为降雨重现期；t为降雨历时，min。另一方面，提供一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟系统，包括：
37、dem数据重构模块，将输入的高程栅格数据、土地利用数据和管网基础数据进行dem数据重构；
38、itf-flood模型构建模块，进行itf-flood模型构建；
39、模型改进模块，对二维水动力模型进行改进，采用雨水口等效排水法对管网排水能力进行概化，实现对雨水口堵塞状态的控制；
40、模拟分析模块，模拟分析不同降雨情景下雨水口堵塞程度对内涝的影响，得到模拟结果。
41、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法及系统，通过对itf-flood二维水动力模型进行改进，采用雨水口等效排水法对管网排水能力进行概化，实现了对雨水口堵塞状态的控制，模拟分析不同降雨情景下雨水口堵塞程度对内涝的影响，为城市内涝模型的构建提供了参考，对研究区内易发生雨水口堵塞区域的内涝防治工作具有一定的指导意义。
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1.一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，所述DEM数据重构的具体过程为：
3.根据权利要求1所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，所述ITF-FLOOD模型构建的过程为：
4.根据权利要求1所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，所述对二维水动力模型进行改进的具体过程为：
5.根据权利要求4所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，雨水口不同堵塞情况下的泄流能力用下式表示：
6.根据权利要求5所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，采用堵塞系数k对雨水口的堵塞状态进行控制，当雨水口没有发生堵塞时，即堵塞程度CR为0，则堵塞系数k为1；当雨水口完全堵塞时，即堵塞程度CR为1，则堵塞系数k为0；根据堵塞程度以及堵塞系数计算不用情况下的泄流能力。
7.根据权利要求1所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在
8.根据权利要求7所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，所述暴雨强度公式如下：
9.一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟系统，其特征在于，应用权利要求1-8任一所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，所述dem数据重构的具体过程为：
3.根据权利要求1所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，所述itf-flood模型构建的过程为：
4.根据权利要求1所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，所述对二维水动力模型进行改进的具体过程为：
5.根据权利要求4所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内涝数值模拟方法，其特征在于，雨水口不同堵塞情况下的泄流能力用下式表示：
6.根据权利要求5所述的一种考虑雨水箅子堵塞的城市内...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷晓辉，龙岩，翟明硕，刘子维，姜淑敏，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：
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