專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種基于cd-tin的城區(qū)內(nèi)澇淹沒(méi)過(guò)程模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到城區(qū)內(nèi)澇淹沒(méi)模擬分析與仿真領(lǐng)域。更具體地，涉及一種基于約束狄洛尼不規(guī)則三角網(wǎng)(ConstrainedDelaunayTriangularIrregularNetwork,CD-TIN)的城區(qū)內(nèi)澇淹沒(méi)過(guò)程模擬方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模激增，特別是對(duì)大城市而言，城區(qū)氣溫高、空氣中粉塵大，周邊上升氣流形成向城區(qū)匯聚性運(yùn)動(dòng)。一旦上升的熱氣流遭遇高空強(qiáng)對(duì)流的冷氣團(tuán)，就會(huì)形成以城市為中心的暴雨，即“城市雨島效應(yīng)”。然而，城區(qū)下墊面的改變、河道水系的填占?xì)摹⑴潘芫W(wǎng)等排水設(shè)施的建設(shè)缺陷等，導(dǎo)致了城區(qū)防洪能力偏低，較易因暴雨及城區(qū)排水問(wèn)題引發(fā)城市內(nèi)澇。對(duì)人口稠密、工商業(yè)發(fā)達(dá)、建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施繁多的城市構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。僅2012年，北京、天津、武漢、杭州等城市均發(fā)生了嚴(yán)重的暴雨城市內(nèi)澇災(zāi)害，嚴(yán)重影響了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，直接威脅著人類(lèi)生存與城市發(fā)展。因此，亟需建立一套城區(qū)暴雨內(nèi)澇的淹沒(méi)過(guò)程模擬方法，為城區(qū)防洪和應(yīng)急救援提供有力的技術(shù)支持。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)城市內(nèi)勞淹沒(méi)模擬多米用SWMM(StormWaterManagementModel)模型[1’2]、基于GIS的水文分析法[3_5]、水動(dòng)力方程數(shù)值模擬[6’7]等方法，但這些方法或不能顧及到城區(qū)精細(xì)地表情況M、或多是針對(duì)柵格地表進(jìn)行淹沒(méi)模擬(分為有源淹沒(méi)和無(wú)源淹沒(méi))[3’4]、或未考慮城區(qū)排水能力氣或城區(qū)產(chǎn)匯流考慮不足M。本發(fā)明基于城區(qū)復(fù)雜地表約束特征(雨水篦、出水口、河流、道路、建筑等)構(gòu)建CD-TIN，根據(jù)三角形面上的匯流方法生成城區(qū)的匯水區(qū)(對(duì)應(yīng)于發(fā)明專(zhuān)利“一種基于三角形面片的匯水區(qū)劃分方法”(申請(qǐng)?zhí)?201210384805.1)的一級(jí)匯水區(qū))，以基于三角形面片形成的三棱柱進(jìn)行相關(guān)的淹沒(méi)模擬。針對(duì)本發(fā)明研究中提出的基于CD-TIN的城區(qū)內(nèi)澇淹沒(méi)過(guò)程模擬所涉及到的方法和技術(shù)，發(fā)明申請(qǐng)人通過(guò)中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)網(wǎng)中外`專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)平臺(tái)(http://www.cnipr.com/),利用多種關(guān)鍵字組合方式，進(jìn)行了細(xì)致、全面地與本發(fā)明主要內(nèi)容相關(guān)的國(guó)內(nèi)外發(fā)明專(zhuān)利查詢，結(jié)果介紹與分析如下:.以“城市and淹沒(méi)”作為摘要關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，查詢結(jié)果為8項(xiàng)，僅2項(xiàng)與本發(fā)明有關(guān)。權(quán)利要求1.一種基于CD-TIN的城區(qū)內(nèi)澇淹沒(méi)過(guò)程模擬方法，以基于三角面片進(jìn)行城區(qū)匯水區(qū)劃分的結(jié)果作為計(jì)算基礎(chǔ)，先根據(jù)匯水區(qū)的流入和流出水量，計(jì)算匯水區(qū)水量產(chǎn)流過(guò)程，然后以三棱柱為計(jì)算單元、結(jié)合不同匯水區(qū)間匯流算法進(jìn)行內(nèi)澇淹沒(méi)過(guò)程模擬，其特征在于，該方法包括:以三角形為底面、三個(gè)頂點(diǎn)向上作鉛垂線形成的三棱柱作為水位計(jì)算的基本單元，按照等體積水量的思想，給出水量和水位關(guān)系的算法；匯水區(qū)的水量不斷累積，當(dāng)?shù)竭_(dá)出水口之后，積水將按照鄰域匯水區(qū)匯流算法流向鄰域匯水區(qū)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CD-TIN的城區(qū)內(nèi)澇淹沒(méi)過(guò)程模擬方法，其中基于三棱柱的水位計(jì)算方法中，以三角形為底面、三個(gè)頂點(diǎn)向上做鉛垂線形成的三棱柱作為淹沒(méi)計(jì)算的基本單元。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三棱柱基本淹沒(méi)計(jì)算單元，根據(jù)積水淹沒(méi)底面三角形頂點(diǎn)的情況，將三棱柱淹沒(méi)概化為三個(gè)步驟(即積水淹沒(méi)三角形一個(gè)頂點(diǎn)、二個(gè)頂點(diǎn)、三個(gè)頂點(diǎn)的步驟)分別計(jì)算水位和水量的關(guān)系。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的積水淹沒(méi)三角形一個(gè)頂點(diǎn)、二個(gè)頂點(diǎn)、三個(gè)頂點(diǎn)情況下的水量和水位關(guān)系計(jì)算方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)主要步驟:(1)積水淹沒(méi)三棱柱底面三角形的一個(gè)頂點(diǎn)，此時(shí)積水面和三棱柱所組成的是三棱錐。按照三棱錐體積計(jì)算公式可得到水量和淹沒(méi)水深的關(guān)系式；(2)積水淹沒(méi)三棱柱底面三角形的兩個(gè)頂點(diǎn)，此時(shí)積水面和三棱柱所組成的是不規(guī)則體，剖分該不規(guī)則體為棱錐、棱柱和楔形，分別利用對(duì)應(yīng)體積公式可得到水量和淹沒(méi)水深的關(guān)系式；(3)積水淹沒(méi)三棱柱底面三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，此時(shí)積水面和三棱柱所組成的是不規(guī)則體，剖分該不規(guī)則體為棱錐和棱柱，分別利用對(duì)應(yīng)體積公式可得到水量和淹沒(méi)水深的關(guān)系式。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鄰域匯水區(qū)匯流算法，其特征在于，包括以下幾個(gè)主要步驟:(1)判斷匯水區(qū)內(nèi)的水位值是否到達(dá)出水口點(diǎn)；如果沒(méi)達(dá)到，則水位按照上述步驟繼續(xù)增加，否則進(jìn)入(2);(2)根據(jù)出水口點(diǎn)處的地表情況(地表類(lèi)型、坡降等)和水位值，計(jì)算該處的水流量V；(3)搜索出水口點(diǎn)處所連接的匯水區(qū)，比較水位值；如果高于鄰域匯水區(qū)，則積水按照流量V流入到鄰域匯水區(qū)當(dāng)中，否則水位繼續(xù)增長(zhǎng)；(4)所有匯水區(qū)按照步驟(I)(3)依次進(jìn)行匯流，可得到某時(shí)刻的城區(qū)的淹沒(méi)模擬情況(含范圍和水深)；(5)每個(gè)時(shí)間間隔下依次調(diào)用步驟(I)(4)，即可得到城區(qū)的淹沒(méi)的歷時(shí)情況。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種基于CD-TIN的城區(qū)內(nèi)澇淹沒(méi)過(guò)程模擬方法，以基于三角形面片劃分的城區(qū)匯水區(qū)作為后續(xù)模擬的基礎(chǔ)，內(nèi)容包括1)根據(jù)匯水區(qū)的流入和流出水量，給出了匯水區(qū)水量產(chǎn)流過(guò)程的計(jì)算方法；2)基于以三角形為底面、三個(gè)頂點(diǎn)向上做鉛垂線形成的三棱柱，提出了淹沒(méi)區(qū)積水水位的計(jì)算方法；3)設(shè)計(jì)了匯水區(qū)的水量到達(dá)出水口之后，顧及地表特征的鄰域匯水區(qū)間的水量匯流算法。本發(fā)明專(zhuān)利可有效模擬分析城區(qū)內(nèi)澇淹沒(méi)的范圍及水深，為城區(qū)內(nèi)澇淹沒(méi)分析軟件研發(fā)提供了一種新的方法，可為城區(qū)防洪、排水規(guī)劃和應(yīng)急預(yù)警、救援提供了技術(shù)支持。文檔編號(hào)G06F19/00GK103116695SQ20131001521公開(kāi)日2013年5月22日申請(qǐng)日期2013年1月16日優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日發(fā)明者吳立新,李志鋒,張振鑫,王植申請(qǐng)人:吳立新,李志鋒,張振鑫