(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 202210872747.0 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 北京城市学院 地址 100083 北京市海淀区北四环中路269 号 申请人 北京工业大 学　广东工业大 学 (72)发明人 唐颖　王昊　林铄　王琦　周晋军　 初祁　 (74)专利代理 机构 成都方圆聿联专利代理事务 所(普通合伙) 51241 专利代理师 苟铭 (51)Int.Cl. G06F 30/18(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/26(2012.01) (54)发明名称 基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟 方法 (57)摘要 本发明公开基于SWMM与竖向边界耦合的地 表积水模拟方法。 包 括以下步骤： (1)制作 SWMM的 inp输入文件， 并模拟得到out结果文件； (2)完成 检查井与竖向边界流动区网格 之间的拓扑关联； (3)提取SWMM模拟结果并创建溢流量/排水量时 间序列过程的竖向边界流动区输入文件； (4)将 竖向边界流动区输入文件和其他类型输入文件 载入二维水动力模型， 模拟相关区域在指定降雨 情景的内涝积水分布与 积水水深 。 本发明方法有 助于SWMM与二维水动力耦合模拟中的内涝积水 涨、 退过程、 积水面积和积水范围 的有效识别， 适 用于城市防涝能力和风险的评估、 城市排水影 响 评价、 暴雨内涝风险预报预警等有关城市内涝模 拟的相关应用与研究中。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115169065 A 2022.10.11 CN 115169065 A 1.基于SWM M与竖向边界耦合的地表积水模拟方法， 其特 征在于： 以SWMM模拟结果为基础， 提取管网的溢流量/排水量时间序列过程， 并以竖向边界流动 区的形式设置于二维水动力模型中， 模拟水量通过竖向边界流动区在地表形成积水、 积水 通过竖向边界流动区排出 的过程， 从而可获得地表积水分布与积水水深的结果， 包括以下 步骤： (1)制作SWM M的inp输入文件， 并模拟得到out结果文件； (2)完成检查井与竖向边界流动区网格之间的拓扑关联； (3)提取SWMM模拟结果并创建溢流量/排水量时间序列过程的竖向边界流动区输入文 件； (4)将竖向边界流动区输入文件和其他类型输入文件载入二维水动力模型， 模拟相关 区域在指定降雨情景的内涝积水分布与积水 水深。 2.根据权利要求1所述的基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法， 其特征在于， 具体包括以下操作步骤： (1)根据排水管网矢量数据、 土地利用数据、 降雨过程数据制作SWMM一维管网水动力模 型inp输入文件， 并调用swm m动态链接库读取i np文件执 行模拟， 生成out结果文件； (2)利用研究区域矢量文件创建地表二维网格， 运用地理信息系统软件的空间连接工 具将地表二维网格在空间位置上与检查井进行匹配， 包含一对一和多对一的匹配关系， 得 到竖向边界流动区矢量 面以及竖向边界流动区编号与检查井编号之间的匹配关系； (3)依据竖向边界流动区编号与检查井编号之间的匹配关系读取SWMM模拟结果， 得到 各个竖向边界流动区的溢流量/排水量时间序列过程， 并转化为二维水动力模型所需的输 入文件格式； (4)将竖向边界流动区输入文件和其他类型基础输入文件载入二维水动力模型进行模 拟计算， 得到内涝积水演变过程、 积水面积、 积水 范围。 3.根据权利要求2所述的基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法， 其特征在于， 步骤(1)中， 如果有井下液位过程 实测数据， 在完成SWMM的inp输入文件制作后， 进行模 型率 定， 得到率定后的SWM M模拟结果。 4.根据权利要求2所述的基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 当以竖向边界流动区作为目标要素匹配检查井时， 检查井即为连接要素； 此时 连接操作选择一对多的操作， 而匹配选项选择相交， 即目标要素与连接要素产生相交的情 况， 而输出要素类即为在空间连接完成后， 输出 的带有检查井匹配信息的竖向边界流动区 矢量面要素。 5.根据权利要求2所述的基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法其特征在于， 步骤(3)包含溢流/排水状态判断、 溢流量写入、 剩余排水能力计算， 创建各个竖向边界流动 区的溢流量/排水量时间序列过程这四个步骤； 通过调用SWMM的动态连接库读取结果并进 行判断， 进 而计算管道剩余 排水能力。 6.根据权利要求5所述的基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法其特征在于， 步骤(3)的溢流/排水状态判断规则为： 通过逐结果步长读取模拟结果中节点的溢流量， 若 不为0， 说明节点此时属于溢流状态， 则写入此时刻的溢流量大小； 若为0， 说明节点此时不 发生溢流， 则读取节点对应下游管道的充满度α， 判断充满度的状态， 进而计算管道剩余排权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169065 A 2水能力。 7.根据权利要求6所述的基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法其特征在于， 步骤(3)的管道充满度分为5种状态进行判断： α ＝0、 0＜α 0.5、 α ＝0.5、 0.5＜α ＜1、 α ＝1； 其 中， 当0＜α ＜0.5时， 管道 二分之一湿周弧长与管道中心形成的角度设为θ， 当0.5＜α ＜1时， 管道二分之一非湿周弧长与管道中心形成的角度设为θ， θ 取值角度范围均为0＜ θ＜180 °。 8.根据权利要求5所述的基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法其特征在于， 步骤(3)的剩余 排水能力计算 通过公式1进行计算： q剩＝q设‑q管            (1) 式中： q剩为管道的剩余排水能力， m3/s； q设为管道的设计排水能力， m3/s； q管为管道断面 流量， m3/s。 q设与q管均通过联立公式2、 3、 4进行计算： q＝vA                      (2) 式中： q表示管道断面 流量， m3/s； v表示 流速， m/s； A 表示排水管道断面 面积， m2； 式中： v表示流速， m/s； n表示排水管道粗糙系数， R表示水力半径， m； i表示排水管道坡 度； 式中： R表示水力半径， m； A 表示排水管道断面 面积， m2； x代表湿周， m。 9.根据权利要求2所述的基于SWMM与竖向边界耦合的地表积水模拟方法其特征在于， 步骤(3)中需根据检查井与竖向边界流动区网格的匹配关系， 将读取的溢流/排水量数据， 以竖向边界流动区编号为根据写入文件中； 当竖向边界流动区网格匹配到多个检查井的时 候， 需将每一个检查井的溢流/排水量过程的同一时刻值进 行叠加， 最 终得到各个竖向边界 流动区网格与溢流/排水量过程 一对一的关系。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169065 A 3