[发明专利]一种基于CD-TIN的城区内涝淹没过程模拟方法

说明书

技术领域

本发明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。 

背景技术

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，国内外对城市内涝淹没模拟多采用SWMM(Storm Water Management Model)模型^[1，2]、基于GIS的水文分析法^[3-5]、水动力方程数值模拟^[6，7]等方法，但这些方法或不能顾及到城区精细地表情况^[8]、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)^[3，4]、或未考虑城区排水能力^[3]、或城区产汇流考虑不足^[4]。本发明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(对应于发明专利“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。针对本发明研究中提出的基于CD-TIN的城区内涝淹没过程模拟所涉及到的方法和技术，发明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、全面地与本发明主要内容相关的国内外发明专利查询，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项与本发明有关。 

·以“城市and暴雨”作为摘要关键词进行检索，查询结果为36项，仅2项与本发明有关，其中《一种城市暴雨洪涝演化过程的预测方法》已经出现，不再赘述。 

综上，目前城区内涝的淹没过程模拟多是基于栅格DEM的方法，而基于CD-TIN的DEM方法较少；对城区复杂地表的精细建模、排水能力和汇水区的邻域作用考虑较少则限制了城市内涝淹没模拟方法的实用性。本发明专利基于CD-TIN的城区地表划分汇水区，提出了基于三棱柱的积水水位计算方法，给出了单个汇水区降雨产流和邻域汇水区汇流的方法，获取 了城区内涝的淹没水深和历时，可为城区内涝淹没过程模拟软件研发提供算法、方法和模型支持，具有较好的实用价值和应用前景。 

参考文献： 

[1]丛翔宇，倪广恒，惠士博，等.基于SWMM的北京市典型城区暴雨洪水模拟分析[J].水利水电技术，2006，37(4)：64-68. 

[2]Ying-Po Liao，Shiu-Shin Lin and Hung-Sung Chou.Integration of urbanrunoff and storm sewer models using the OpenMI framework[J].Journal of Hydroinformatics，14(4)：884-902. 

[3]丁志雄，李纪人，李琳.基于GIS格网模型的洪水淹没分析方法[J].水利学报.2004，6：56-67. 

[4]Chen J，Hill AA，Urbano LD.A GIS-based model for urban flood inundation[J].Journal of Hydrology.2009，373(1-2)：184-192. 

[5]王林，秦其明，李吉芝，等.基于GIS的城市内涝灾害分析模型研究[J].测绘科学.2004，29(3)：48-53.