[发明专利]一种顾及子模型模块完整性的城市雨洪过程集成建模方法

说明书

本发明公开了一种顾及子模型模块完整性的城市雨洪过程集成建模方法，首先，建立模型模块间的数据映射关系，并进行模型参数率定；其次，建立模型流量规则映射通道，保证两模型流量同步变化；然后，两模型独立运行，在同一时间内利用流量映射通道，设置管网产溢流；最后，模拟直至结束，分别输出两模型模拟结果。本发明顾及子模型完整性进行城市雨洪模拟过程的集成建模，独立于现有的模型耦合体系，构建一个多模型集成运行框架，解决了传统模型耦合导致的重要功能模块不可用，并使框架内的各子模型建模流程与其单独建模时的流程保持一致，从而方便不同领域的模型人员可以分工合作，共同构建耦合模型。

技术领域

本发明涉及城市雨洪模拟领域和地理信息系统领域的集成建模方法，尤其涉及一种顾及子模型模块完整性的城市雨洪过程集成建模方法。

背景技术

城市雨洪是城市化地区的降雨产流、管网汇流与河道行洪过程中的径流的统称，是模拟城市内涝的重要手段，过去几十年里出现了许多城市雨洪模拟软件以表达城市雨洪过程，但现有的单一模型不能充分代表建模系统的所有细节，因此多模型进行水文综合建模来解决复杂的水文问题已成为研究的热点。

SWMM(stormwater management model，暴雨洪水管理模型)是一个美国弗罗里达大学开发的一个主要应用于城市区域水文水利学模拟的软件，是一个降雨-产流模型，其可同时模拟河道和管网的水力状态，，具有低影响开发(LID,Low Impact Development)、水质模拟、降雨下渗、积雪与融雪等丰富的水力、水质模块，应用简便，能够较好的针对水文资料匮乏区域的城市进行建模与模拟，但无法反映地表径流过程。

LISFLOOD-FP是由英国布里斯托尔大学开发的一个二维水动力模型，是一个分布式水文模型，相较于SWMM，其具有明确的地表径流过程，可以反映出积水在地表的分布情况，可以描述堰和桥等人造要素，无法对LID、水质模拟等SWMM模块进行描述。

目前在城市雨洪模拟领域，海绵城市、智慧城市等诸多任务要求模型可以完成城市场景下复杂地理过程的综合模拟，任何单一模型都无法胜任这项要求，因此多模型耦合的方式已经成为了研究的热点；但现有的多模型耦合方法会破坏子模型的概念模型完整性，耦合后单一子模型无法描述完整的城市雨洪过程，甚至无法完成其单独运行时可以完成的全部任务。例如，论文《基于耦合雨洪模型的城市内涝数值模拟与风险分析》(李伟,高俊波,祁旭阳,冯宇轩,赖成光.水利技术监督,2021,(12):56-61.)舍弃LISFLOOD-FP的降雨模块，LISFLOOD-FP仅用于表达SWMM中的管网溢流情况，LISFLOOD-FP部分无法表达管网溢流外的流量，因此无法描述降雨在地表的分布情况；论文《基于SWMM和LISFLOOD模型的暴雨内涝模拟研究》(曾照洋,王兆礼,吴旭树,赖成光,陈晓宏.水力发电学报,2017,36(05):68-77.)采用单向耦合的方式模拟东莞市的城市雨洪过程，其舍弃LISFLOOD-FP的降雨模块，破坏了LISFLOOD-FP的概念模型，因此其模拟结果中的地表积水均来自管网，从而无法模拟复杂来源的洪涝灾害；论文《城市暴雨内涝灾害地理本体构建与推理方法研究》(龚之妍.南京师范大学,2021.)中舍弃了SWMM的降雨-地表径流部分，用LISFLOOD-FP来表达地表径流过程，SWMM中没有子汇水区的表达，破坏了SWMM概念模型，从而无法描述低影响开发、水质等人们关心的水文过程。名为《一种地表与管网分布式的直接双向耦合方法》(张红萍,胡昌伟.2021-07-30)的中国专利，舍弃了SWMM的降雨、子汇水区部分，因此缺少对LID、水质模块进行模拟的能力。

综上所述，首先现有的耦合方法或出于对精度的考虑，或出于对效率的考虑，均对子模型的部分模块进行舍弃，这导致原有模型中的重要功能失效，模型功能减少，从而导致耦合模型无法适应城市雨洪模拟中复杂洪涝场景的模拟；

其次，耦合模型中的单一子模型无法描述完整的城市雨洪过程，会导致研究者对耦合模型学习成本增加，对集成建模中子模型建模流程的理解歧义，不利于模型建模工作的高效进行。