[发明专利]一种智慧型海绵城市洪涝预报方法

权利要求书

1.一种智慧型海绵城市洪涝预报方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、构建研究区平面计算网格；

步骤2、网格间水文水动力时程连续演算时间间隔的确定；

步骤3、提取高空间分辨率网格高程和土地利用/覆被信息；

步骤4、依据水文水动力时程连续演算时间间隔，对网格降水时程数据进行赋值；

步骤5、依据水文水动力时程连续演算时间间隔，对网格产汇流参数进行赋值；

步骤6、以所述网格高程、土地利用/覆被信息、降水和产汇流参数作为模型运行数据库，集成水文水动力理论、方法构建水文水动力模型；

步骤7、验证所述水文水动力模型；

步骤8：基于所述水文水动力模型的模拟结果进行流域产汇流和洪涝灾害预报；

所述步骤6包括以下步骤：

步骤61、模拟网格产流过程

基于所述水文水动力模型计算网格处暴雨过程、CN值、地表稳渗率数据，耦合SCS-CN模型和地表超渗产流模型作为产流模块，模拟网格处的产流损失量、净雨总量、净雨起讫时间、时段地表和地下净雨量，制定模拟流程，具体流程为：自场次暴雨开始，确定演算时段，读取演算时段内二维网格处的时段暴水量和SCS-CN模型CN值矩阵；借助IntelliJIDEA对SCS-CN曲线进行程序编译，计算各网格点场次净雨总量和产流损失量；依据地表超渗产流原理，编程实现暴雨过程逐时段扣损，直至累积扣损量到达场次产流损失量为止；假设净雨时间和暴雨时间的比例等于净雨量和暴雨量的比例，采用线性内插方法计算产流损失时段、净雨时段和净雨开始时间；地下净雨量按照网格稳渗率和时段乘积计算，地表净雨量为时段净雨量和地下净雨量之差；

其中，构建SCS-CN模型：

SCS-CN值法基于水平衡方程，有2个假设：①实际地表径流量Q与最大径流量的比值等于实际入渗量F与最大潜在滞留水量S的比值；②降雨初损量I_a正比于最大潜在滞水量S；

P＝F+I_a+Q (2)

其中I_a＝λ·S(3)，λ一般取值为0.2；

即推算出：

又因：

步骤62、模拟坡面网格汇流过程

基于研究流域DEM数据，采用D8算法生成坡度、流向和累积汇流量，制定汇流演算方案，编写坡面网格汇流模块，制定坡面网格汇流流程，具体流程为：收集研究区DEM栅格数据，借助ArcGIS软件的水文分析工具，对DEM栅格数据进行填洼，获得研究流域数字边界，生成研究流域坡度、流向和累积汇流量栅格数据；借助Java语言开发集成环境IntelliJ IDEA进行程序编译，将累积汇流量按照级别分组，累积汇流量为0的组即为流域的源头网格，作为坡面汇流演算的起点；设定累积汇流量的河道阈值，累积汇流量为阈值的组即为坡面汇流的终点网格，其下游网格对应河道；自坡面汇流演算的源头网格开始，将D8算法确定的网格流向作为空间二维网格演算方向，依据累积汇流量级别由小到大的原则，将累积汇流量级别作为循环变量，编程实现平面二维网格洪涝演算，直至网格演算到河道网格为止；

其中，构建一维圣维南方程的运动波近似法来模拟坡面水流运动：

式中：h为地面水平均深度m；q为单宽流量m²/s；r为净雨m/s；S0为地表坡度；n为地表曼宁糙率系数；x代表流向；

其中(6)式的数值解法如下：

式中：i表示当前栅格的空间位置；q(i，t)表示当前上的单宽流量；j表示上游相邻栅格；表示上游相邻栅格的单宽流量之和；

步骤63、模拟河道网格汇流过程

基于河道上游网格流量边界条件，依据洪水传播特征河长划分河段，逐河段进行河道洪水演算直至流域出口断面，编写河道网格汇流模块，制定河道汇流流程，具体流程为：调查河道的平均水深、河底比降，采用谢才公式估算特征河长；依据特征河长将河道划分为河段，对河道自上游向下游编号；借助Java语言开发集成环境IntelliJ IDEA进行编程，筛选逐河段的上游坡面网格，计算上游相邻坡面网格逐时段平均单宽流量，作为河段演算的流量边界条件；采用马斯京根法，自上游河段向下游河段按照河段编号进行洪水演算，直至流域出口断面；此时，流域出口断面流量过程线为地表洪水流量过程线；

步骤64、模拟流域地下水汇流过程

基于二维网格地下净雨量，采用指数型退水曲线模拟流域地下水汇流过程，制定地下水汇流流程，具体流程为：逐时段选取二维网格地下净雨量，乘以网格面积获得网格逐时段净雨总量；逐时段累加流域网格净雨总量，获取流域净雨总量；依据水量平衡原理，该流域净雨总量即为地下水涨水和退水过程线与时间轴围成的面积；涨水曲线为起涨点和退水点之间的线性连线，退水曲线为以退水点为起点的指数型曲线；依据面积相等法，借助Java语言开发集成环境IntelliJ IDEA编程，求取退水点流量、出现时间和退水曲线的蓄量常数，模拟流域出口断面地下水过程线；

步骤65、模拟流域洪涝时空过程

平面二维网格逐时段内涝积水深度即为流域内涝时空过程的模拟值，按照时程叠加流域出口断面地表和地下径流过程，获取流域洪水时程模拟值，制定相应流程。