一種城區(qū)地表徑流二維數(shù)值模擬方法
專利匯可以提供一種城區(qū)地表徑流二維數(shù)值模擬方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 提供了城區(qū) 地表徑流 二維數(shù)值模擬方法。獲取城區(qū)地形、 地貌 數(shù)據(jù)后，采用三 角 形非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格離散城區(qū)計(jì)算區(qū)域， 建筑物 所在區(qū)域不參與剖分，其輪廓線作為網(wǎng)格剖分的控制線，每根建筑物雨 水 管通過匯流連接邊與地面相連。先計(jì)算每根雨水管的匯流面積，再計(jì)算每根雨水管的出流過程。二維網(wǎng)格單元設(shè)置初始計(jì)算條件后啟動(dòng)二維Godunov模型進(jìn)行模擬計(jì)算，雨水管出流過程作為與連接邊對(duì)應(yīng)單元的流量邊界條件，地面網(wǎng)格單元內(nèi)的降雨在模型中當(dāng)作源項(xiàng)處理。本發(fā)明充分考慮城區(qū)內(nèi)建筑物匯流的特點(diǎn)，既能保證城區(qū)洪澇計(jì)算時(shí)整體的 質(zhì)量 守恒特性，同時(shí)又能考慮雨水管出口水流動(dòng)量對(duì)地面徑流的影響，克服現(xiàn)有城市洪澇模型無法考慮建筑物匯流過程的缺點(diǎn)，提高計(jì)算 精度 。，下面是一種城區(qū)地表徑流二維數(shù)值模擬方法專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種城區(qū)地表徑流二維數(shù)值模擬方法，其特征在于：
包括以下步驟：
(1)獲取城區(qū)地形數(shù)據(jù)和樓房、街道地貌幾何特征數(shù)據(jù)，樓房地貌幾何特征數(shù)據(jù)包含雨水管數(shù)據(jù)；
(2)計(jì)算區(qū)域離散：采用三角形非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格離散城區(qū)計(jì)算區(qū)域，建筑物所在區(qū)域不參與剖分，建筑物輪廓線作為網(wǎng)格剖分的控制邊界線；剖分完成后，建筑物輪廓線被離散作為多個(gè)新生成的三角形單元的單元邊，建筑物雨水管在水平面的投影點(diǎn)落在的單元邊，被定義為連接建筑物和普通城市地面的匯流連接邊；
(3)計(jì)算每根雨水管的樓頂集水面積；
(4)計(jì)算每條匯流連接邊的流量過流：建筑物頂部的降雨徑流通過雨水管對(duì)應(yīng)的匯流連接邊進(jìn)入網(wǎng)格單元，每根雨水管末端的出流流量過程如式(1)所示：
Qk(t)＝I(t-τ)*Ak??(1)
其中，Qk(t)為第k根雨水管出口流量過程；t為時(shí)間變量；τ為建筑物頂部到地面的平均匯流時(shí)間，表述為τ＝τ1+τ2，τ1為雨水管對(duì)應(yīng)集水區(qū)的平面匯流時(shí)間，τ2為雨水管垂向的匯流時(shí)間；I為降雨強(qiáng)度；Ak為第k根雨水管對(duì)應(yīng)的集水面積；
(5)設(shè)置計(jì)算初始條件：采用地形數(shù)據(jù)對(duì)三角形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格型心進(jìn)行高程插值，獲取網(wǎng)格高程數(shù)據(jù)；給每個(gè)網(wǎng)格設(shè)置糙率和初始條件，初始流速和水深均設(shè)置為0；
(6)城區(qū)二維地表徑流計(jì)算：采用基于完整二維淺水方程組的Godunov模型模擬城區(qū)二維地表徑流過程，各條匯流連接邊處的Qk(t)作為各對(duì)應(yīng)單元流量邊界條件處理；普通地面網(wǎng)格單元內(nèi)的降雨作為源項(xiàng)處理，地表匯流過程直接采用二維Godunov模型進(jìn)行模擬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城區(qū)地表徑流二維數(shù)值模擬方法，其特征在于：
步驟(1)中獲取城區(qū)地形數(shù)據(jù)和樓房、街道地貌幾何特征數(shù)據(jù)，比例尺為1:2000或1:
2000以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城區(qū)地表徑流二維數(shù)值模擬方法，其特征在于：步驟(2)計(jì)算區(qū)域離散中，計(jì)算區(qū)域建筑物輪廓線的剖分尺度不超過5m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城區(qū)地表徑流二維數(shù)值模擬方法，其特征在于：如果有建筑物頂部高程數(shù)據(jù)，則根據(jù)D8算法計(jì)算每根雨水管的集水面積；如果無樓頂高程數(shù)據(jù)，則將建筑物頂部的集水面積平均分配到每根雨水管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城區(qū)地表徑流二維數(shù)值模擬方法，其特征在于：步驟(6)城市二維地表徑流計(jì)算中，所采用的模型為基于完整二維淺水方程組的Godunov模型，該模型所采用的控制方程組的守恒形式如式(2)所示：
其中：
h為水深，u，v分別為x，y方向的流速，t為時(shí)間, 分別為x，y方向的單位向量；
分別為x，y方向的坡度，Zb為地面高程，g為重力加速度；
分別為x，y方向的摩阻項(xiàng)，其中n為Manning糙
率系數(shù)，r為凈雨源項(xiàng)，由降雨數(shù)據(jù)經(jīng)過產(chǎn)流計(jì)算得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城區(qū)地表徑流二維數(shù)值模擬方法，其特征在于：步驟(6)城市二維地表徑流計(jì)算中，在處理連接邊處的流量過程Qk(t)時(shí)，直接采用Roe格式的近似Riemann解求解通過匯流連接邊處的數(shù)值通量，公式如式(3)所示：
其中，F(xiàn)*·n為通過匯流連接邊法線方向的數(shù)值通量；h*,u*,v*分別為該連接邊中點(diǎn)處的水深、x方向流速和y方向流速；nx，ny分別為匯流連接邊外法線單位向量在x方向和y方向的分量；g為重力加速度。
一種城區(qū)地表徑流二維數(shù)值模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)
發(fā)明內(nèi)容
具體實(shí)施方式
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