(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211025778.9 (22)申请日 2022.08.25 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 王兴桦　侯精明　李东来　孔祥建　 王添　李丙尧　陈光照　李轩　 吕佳豪　马勇勇　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 罗笛 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 基于降雨示踪的城市雨洪积水溯源数值模 拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于 降雨示踪的城市雨 洪积水溯源数值模拟方法， 采用如下步骤： 步骤 1.在参数信息输入模块中输入模拟参数； 步骤2. 执行城市雨洪溯源即时模拟模块； 步骤3.设置可 视化输出模块的输出参数， 并输出模拟结果。 本 发明的模拟方法提高了城市雨洪积水模拟的精 度， 能更好的指导进行城市雨洪管理。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115408955 A 2022.11.29 CN 115408955 A 1.基于降雨 示踪的城市雨洪积水溯源数值模拟方法， 其特 征在于， 具体包括如下步骤： 步骤1， 在参数信息 输入模块中输入 模拟参数； 步骤2， 执 行城市雨洪及溯源即时模拟模块； 步骤3， 设置可视化输出模块的输出参数， 并输出模拟结果。 2.根据权利要求1所述的模拟方法， 其特征在于， 所述的步骤1中参数信息输入模块包 括： 参数设置模块、 地表数据输入 模块、 雨洪源区输入 模块。 3.根据权利要求2所述的模拟方法， 其特征在于， 所述的参数设置模块所输入的参数为 进行模拟所需的基本 设置参数， 具体包括： 库朗数、 依照模拟需求设置的模拟总时长和结果 输出间隔， 被模拟场景实地调研获取的雨洪源区数量、 研究区域网格数。 4.根据权利要求2所述的模拟方法， 其特征在于， 所述的地表数据输入模块包括如下参 数： 来源于实测数据或经验模型模拟的降雨强度值和下渗率值， 所述的降雨强度值和下渗 率值以时间序列的模式形成降雨时间序列文件和下渗时间序列文件， 通过对被模拟场景实 地调研或遥感数据获取的地形数据、 糙率数据和土地利用数据， 所述的地形数据、 糙率数据 和土地利用数据为格栅形式。 5.根据权利要求2所述的模拟方法， 其特征在于， 所述的雨洪源区输入模块包括如下格 栅形式的参数： 依照规划目标和地理空间数据划分的雨洪源区划分数据， 或以均分的形式 划分出的雨洪源区划分数据。 6.根据权利要求1所述的模拟方法， 其特征在于， 所述的步骤2中城市雨洪及溯源即时 模拟模块为基于有限体积法求解的二 维浅水方程计算每个网格的水深变化情况， 并根据城 市雨洪溯源分析方法计算源区降雨示踪在每个网格的分布情况的计算模块， 包括依次执行 的城市水文过程模块、 地表 径流模拟模块和地表 径流溯源分析模块。 7.根据权利要求6所述的模拟方法， 其特征在于， 所述的城市水文过程模块的具体计算 步骤为： 根据输入的下渗时间序列， 管网排水等效计算方法计算降雨条件下网格的平均水 深： 根据公式(1)计算每个网格的净雨强度， Qsurface表示净雨强度(m/s)， P表示降雨强度， Qin表示其它网格流入的径流强度(m/s)， f表示下渗强度(m/s)， Qdrainage表示管网排水强度 (m/s)； 根据公式(2)计算每个网格的平均水深， dt表示计算时间步长(s)； dt由公式(3)计 算， CFL表示库朗数， u， v表示x， y方向的流速(m/s)， g表示重力加速度(m/s2)， h表示网格平 均水深(m)， Qsurface＝max(0,P+Qin‑f‑Qdrainage)                 (1) hsurface＝Qsurface×dt                           (2) 公式中， 降雨强度P和下渗强度f根据输入数据进行转换得到； 径流强度Qin根据二维浅 水方程计算； Qdrainage根据排水 管网设计标准 转换得到。 8.根据权利要求6所述的模拟方法， 其特征在于， 所述的地表径流模拟模块的具体计算 步骤为： 根据基于有限体积法求 解的二维浅水 方程计算网格的水深变化： 计算波速SL、 SR及SM：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115408955 A 2计算中间波速SM两侧的FL、 FR： 式中， u||为网格单元边界的切向速度， 计算式为u||＝‑uny+vnx， m/s； nx、 ny分别为方向向 量n在x和y方向上的分量； 中间通 量F*＝[F*1,F*2]T通过式(9)计算得 出： 计算FL、 FR： 根据式(1 1)计算HL LC通量： 迎风信息捕捉： Ff＝0.5·(FL+FR)‑0.5·|nu|(qR‑qL)             (12) 计算该网格的4个相邻网格的迎风信息， 并以通量的形式向相邻网格内演进， 分别为F0 (h)， F1(h)， F2(h)， F3(h)； 将演进到新网格的信息均化融合， 根据公式(13)计算该网格单元内的水深变量单位时 间内变化 值(dhdt)： dhdt＝(F1(h)+F2(h)+F3(h)+F4(h))/dx           (13) 根据公式(14)更新网格单 元水深， 其中Δt为计算时间步长： ht+Δt＝ht+dhdt×Δt。                   (14) 9.根据权利要求6所述的模拟方法， 其特征在于， 所述的地表径流溯源分析模块为根据权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115408955 A 3