一种顾及气候要素的多层次城市内涝耦合模拟方法

摘要

本发明提供一种顾及气候要素的多层次城市内涝耦合模拟方法，目的在于耦合气候模块、地表产汇流模块和管网汇流模块以从多层次完整精确模拟预报城市内涝过程，方法包括以下步骤：获取目标区域气候数据；利用雨量站的点状数据推算空间降雨量分布情况；采用基于栅格数据的水文水动力模型对城市地表产汇流过程进行建模；地表产汇流计算；雨水管网汇流计算及耦合水深计算。本发明结合GIS理论与技术，深入剖析地理气候因素、地表漫流演算、管网汇流演算等多模块的耦合模型原理，通过建立科学合理(56)对比文件王建鹏;薛春芳;薛荣;金丽娜.西安城市暴雨内涝灾害气象预警系统研究.灾害学.2008,(第S1期),全文.

权利要求

1.一种顾及气候要素的多层次城市内涝耦合模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：输入经纬度坐标，从世界气候研究计划耦合模型相互比较项目档案中获取该区域气候数据；

具体如下：

S11：S1中区域气候数据中温度数据是基于Parameter‑elevation Regressions on Independent Slopes Model的观测值，如果PRISM数据不可用，则使用Global Land Data Assimilation System，如果GLDAS数据不可用，则使用具有可用GLDAS数据的最近网格单元；

S12：蒸发值由Hargreaves法确定，蒸发值E，单位是mm/day，决定了城市暴雨期间陆地地表和土壤的干燥速度：‑2 ‑1 ‑1

上式中，Ra为外来辐射水当量，单位是MJm d ，λ代表蒸发潜热，单位是MJkg ，Tr代表一段时间的平均日温度范围，单位是摄氏度，Ta代表一段时间的平均日温度，单位是摄氏度，外来辐射水当量Ra通过下式计算：上式中，dr为相对地日距离，ws代表日落时角度，代表纬度，δ代表太阳赤纬；

S13：在确定历史月蒸发率后，将温度调整应用于模拟场景的历史温度数据，并使用Hargreaves方程计算调整后的月蒸发率；

S14：通过将调整后的月蒸发值与历史月蒸发值进行比较，计算月蒸发值的变化，从而确定气候月度变化系数；

S2：利用雨量站的点状数据推算空间降雨量分布情况；

S3：基于栅格数据，采用水文水动力模型对城市地表产汇流过程进行建模；

具体如下：

S31：开展研究区的城市地表部分建模工作；

S32：以空间离散网格为基础建立地表栅格单元；

S33：基于栅格数据，采用的水文水动力模型对城市地表产汇流过程进行建模，将初损水量、高程信息、下渗速率、初始水深、曼宁系数的参数信息输入栅格单元中；

S34：将S1步骤中特定位置的气候月度变化系数添加到INPUT输入文件中，以对该区域栅格单元气温、蒸发率进行调整；

S4：地表产汇流计算；

具体如下：

S41：地表产流计算，即降雨与地表模块耦合；

S42：初损与后损过程；

S43：地表汇流计算；

采用二维圣维南方程组的扩散波方法计算城市地表的汇流，计算公式如下所示：上式中，x、y分别表示平面直角坐标系下X方向和Y方向的距离；H表示地表积水深度；t表示时间；J和K表示X方向和Y方向的单宽流量；g表示重力加速度，z表示地表积水水位，即水深与地表高程累积量；u和v表示流速矢量在X方向和Y方向的分量；n表示曼宁糙率系数，利用隐格式的有限差分法求解上述地表汇流水动力学模型，从而计算出相邻栅格单元间的流量大小与方向，再根据不同方向流量更新栅格单元上的水深；

S44：采用多次计算和选值的模型参数率定方法，根据模拟结果对参数组合择优；

S5：雨水管网汇流计算；

具体如下：

S51：建立研究区的雨水管网模型；

S52：在管网要素遍历的过程中，结合有向图的广度优先遍历算法，对属性和拓扑信息有错误的管网数据进行修正；

S53：雨水管网汇流计算，采用Pressimann虚拟窄缝法和非恒定圣维南方程对雨水管网汇流过程进行建模，具体的计算方程式为：上式中，M表示管道断面面积；N表示虚拟窄缝宽度；Q表示管道断面流量；u为基于管道方向的侧向边界输入流速；q表示侧向边界流量；x表示沿管道方向距离；a为对动量的修正系数；g表示重力加速度；y表示位置水头；Sf为管道的摩阻坡度，采用显格式算法求解上述雨水管网汇流模型，从S51雨水管网模型数据中获取管网水动力学参数和几何形态；

S54：雨水管网汇流过程中模型参数的率定仅针对较敏感参数进行，以达到降维效果从而大幅提升模型计算效率，采用Morris法进行全局敏感性分析来选取敏感参数；

S55：采用遗传算法对S54中敏感参数进行全自动率定；

S6：耦合水深计算

具体如下：

S61：雨水箅与地表的耦合，计算雨水箅耦合流量，即雨水箅和地表水体进行流量交换；

S62：雨水检查井与地表耦合，计算雨水井溢流量；

S63：雨水出水口与地表耦合，计算出水口排水量；

S64：采用多次选值、多次计算的模型参数率定方法，依据模拟结果对耦合节点处的孔口出流系数与堰流系数进行率定；

S65：耦合INPUT输入文件中气候月度变化系数，对该区域气温、蒸发率进行调整，从而更新网格水深与管线节点流量。

2.根据权利要求1所述的一种顾及气候要素的多层次城市内涝耦合模拟方法，其特征在于，所述的S42初损与后损过程包括以下步骤：S421：利用土地利用类型数据对地表格网的渗透能力与截留能力数值化；

S422：按照地表类型分类标准，将土地利用类型数据与湖泊、道路、河流等矢量数据进行叠加、重采样，得到地表网格分类结果；

S423：利用水文学知识在每个地表格网单元中用模拟初损与后损过程，利用箱体模型将雨水截留量数值化，最后用稳定下渗模型将雨水下渗量量化。

3.根据权利要求1所述的一种顾及气候要素的多层次城市内涝耦合模拟方法，其特征在于，所述的S61雨水箅和地表水体进行流量交换包括以下过程：S611：当雨水箅处于蓄水状态且地表积水深度浅时，用堰流公式计算地表积水汇入雨水箅的流量；

S612：当地表积水深度逐渐增加，但雨水箅未蓄满水时，用孔口出流公式计算地表积水汇入雨水箅的流量；

S613：当雨水箅井室内蓄满时，则变为有压流状态。

说明书

一种顾及气候要素的多层次城市内涝耦合模拟方法

技术领域

[0001] 本发明属于水文水资源领域的城市内涝技术领域，具体涉及一种顾及气候要素的多层次城市内涝耦合模拟方法。

背景技术

[0002] 近年来，全球极端降雨天气频发，暴雨内涝给人民生命财产与社会经济活动带来极大威胁。尤其进入本世纪以来，温室气体增加引起的气候变化导致气温时空分布和全球降水随之发生改变，水文循环要素在各种尺度上不断发生变化，洪水事件频发，显著影响着人类社会的可持续发展。

[0003] 针对城市暴雨内涝灾害问题，国内外部分学者改造传统模型以适应城市复杂的地理空间环境，部分学者基于新的理论成果自主研发模型。例如国内学者吴晓丹基于暴雨洪水管理模型Storm Water Management Model(SWMM)的模拟结果，对某城市中心城区的暴雨积水原理进行分析。SWMM具有概念简单、能够模拟排水设施等优点，但其无法给出城市地表的淹没情况；以管网溢流为主要驱动的地表管线单向耦合模拟能够给出溢流水在陆面的淹没分布情况，但其难以真实模拟城市内涝积水和地表径流，且这些耦合模型未顾及气候要素进行偏差校正，不能有效捕捉模拟区域气候要素的数值。

发明内容

[0004] 为解决上述问题，本发明公开了一种顾及气候要素的多层次城市内涝耦合模拟方法，耦合气候模块、地表产汇流模块和管网汇流模块，从多层次较为完整精确地模拟城市内涝过程。

[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

[0006] 一种顾及气候要素的多层次城市内涝耦合模拟方法，包括以下步骤：

[0007] S1：输入经纬度坐标，从世界气候研究计划(World  Climate  Research Programme)耦合模型相互比较项目(Coupled Model Intercomparison Project)档案中获取该区域气候数据；

[0008] S2：利用雨量站的点状数据推算空间降雨量分布情况；

[0009] S3：基于栅格数据，采用水文水动力模型对城市地表产汇流过程进行建模；

[0010] S4：地表产汇流计算；

[0011] S5：雨水管网汇流计算；

[0012] S6：耦合水深计算。

[0013] 进一步地，所述S1包括以下步骤：

[0014] S11：温度数据基于独立坡度模型的参数‑海拔回归Parameter‑elevation Regressions on Independent Slopes Model(PRISM)观测值，如果PRISM数据不可用，则使用全球陆地数据同化系统Global Land Data Assimilation System(GLDAS)。如果GLDAS数据不可用，则使用具有可用GLDAS数据的最近网格单元；

[0015] S12：蒸发值由Hargreaves法确定，蒸发值E(单位是mm/day)决定了城市暴雨期间陆地地表和土壤的干燥速度：

[0016]

[0017] 上式中，Ra为外来辐射水当量(单位是MJm‑2d‑1)，λ代表蒸发潜热(单位是MJkg‑1)，Tr代表一段时间的平均日温度范围(单位是摄氏度)，Ta代表一段时间的平均日温度(单位是摄氏度)。

[0018] 外来辐射水当量Ra通过下式计算：

[0019]

[0020] 上式中，dr为相对地日距离，ws代表日落时角度(弧度制)，代表纬度，δ代表太阳赤纬；

[0021] S13：在确定历史月蒸发率后，将温度调整应用于模拟场景的历史温度数据，并使用Hargreaves方程计算调整后的月蒸发率；

[0022] S14：通过将调整后的月蒸发值与历史月蒸发值进行比较，计算月蒸发值的变化，从而确定气候月度变化系数(温度变化系数与蒸发值变化系数)。

[0023] 进一步地，所述S3包括以下步骤：

[0024] S31：开展研究区的城市地表部分建模工作；

[0025] S32：以空间离散网格为基础建立地表栅格单元；

[0026] S33：基于栅格数据，采用的水文水动力模型对城市地表产汇流过程进行建模，将初损水量、高程信息(DEM)、下渗速率、初始水深、曼宁系数等参数信息输入栅格单元中；

[0027] S34：将S1步骤中特定位置的气候月度变化系数添加到INPUT输入文件中，以对该区域栅格单元气温、蒸发率进行调整。

[0028] 进一步地，所述S4包括以下步骤：

[0029] S41：地表产流计算，即降雨与地表模块耦合；

[0030] S42：初损与后损过程。

[0031] 进一步的，所述S42包括以下步骤：

[0032] S421：利用土地利用类型数据对地表格网的渗透能力与截留能力数值化；

[0033] S422：按照地表类型分类标准，将土地利用类型数据与湖泊、道路、河流等矢量数据进行叠加、重采样，得到地表网格分类结果；

[0034] S423：利用水文学知识在每个地表格网单元中用模拟初损与后损过程，利用箱体模型将雨水截留量数值化，最后用稳定下渗模型将雨水下渗量量化。

[0035] S43：地表汇流计算。

[0036] 采用二维圣维南方程组的扩散波方法计算城市地表的汇流，计算公式如下所示：

[0037]

[0038]

[0039]

[0040] 上式中，x、y分别表示平面直角坐标系下X方向和Y方向的距离；H表示地表积水深度；t表示时间；J和K表示X方向和Y方向的单宽流量；g表示重力加速度，z表示地表积水水位，即水深与地表高程累积量；u和v表示流速矢量在X方向和Y方向的分量(垂直方向)；n表示曼宁糙率系数。

[0041] 利用隐格式的有限差分法求解上述地表汇流水动力学模型，从而计算出相邻栅格单元间的流量大小与方向，再根据不同方向流量更新栅格单元上的水深；

[0042] S44：采用多次计算和选值的模型参数率定方法，根据模拟结果对参数组合择优。

[0043] 进一步的，所述S5包括以下步骤：

[0044] S51：建立研究区的雨水管网模型；

[0045] S52：在管网要素遍历的过程中，结合有向图的广度优先遍历算法，对属性和拓扑信息有错误的管网数据进行修正；

[0046] S53：雨水管网汇流计算。

[0047] 采用Pressimann虚拟窄缝法和非恒定圣维南方程对雨水管网汇流过程进行建模，具体的计算方程式为：

[0048]

[0049]

[0050] 上式中，M表示管道断面面积；N表示虚拟窄缝宽度；t表示时间；Q表示管道断面流量；u为基于管道方向的侧向边界输入流速；q表示侧向边界流量；x表示距离(沿管道方向)；a为对动量的修正系数；g表示重力加速度；y表示位置水头；Sf为管道的摩阻坡度。

[0051] 采用显格式算法求解上述雨水管网汇流模型，从S51雨水管网模型数据中获取管网水动力学参数和几何形态；

[0052] S54：雨水管网汇流过程中模型参数的率定仅针对较敏感参数进行，以达到降维效果从而大幅提升模型计算效率。本发明采用Morris法进行全局敏感性分析来选取敏感参数；

[0053] S55：采用遗传算法对S54中敏感参数进行全自动率定。

[0054] 进一步的，所述S6包括以下步骤：

[0055] S61：雨水箅与地表的耦合，计算雨水箅耦合流量。雨水箅和地表水体进行流量交换时存在三种过程：

[0056] S611：当雨水箅处于蓄水状态且地表积水深度较浅时，用堰流公式计算地表积水汇入雨水箅的流量；

[0057] S612：当地表积水深度逐渐增加，但雨水箅未蓄满水时，用孔口出流公式计算地表积水汇入雨水箅的流量；

[0058] S613：当雨水箅井室内蓄满时，则变为有压流状态，流向既可能向内也可能向外(具体根据篦子井室内压强分布)。

[0059] S62：雨水检查井与地表耦合，计算雨水井溢流量；

[0060] S63：雨水出水口与地表耦合，计算出水口排水量；

[0061] S64：结合专家经验，采用多次选值、多次计算的模型参数率定方法，依据模拟结果对耦合节点处的孔口出流系数与堰流系数进行率定；

[0062] S65：耦合INPUT输入文件中气候月度变化系数，对该区域气温、蒸发率进行调整，从而更新网格水深与管线节点流量。

[0063] 本发明的有益效果为：

[0064] 1、结合GIS理论与技术，深入剖析气候要素、地表漫流演算、管网汇流演算等多模块的耦合模型原理，通过建立科学合理的模型结构，较为完整地表达城市暴雨内涝情景下的水文过程；

[0065] 2、克服了仅考虑单一因素导致城市洪涝模拟结果不准确的弊端，将气候变化预测纳入耦合模型，综合利用多源地理信息数据及水文气候资料，更准确地刻画真实城市暴雨内涝灾害事件的时空演化特征，提高暴雨内涝模拟结果的准确性与时效性，从而有力地支撑城市易涝区域的海绵城市建设以及防汛排涝决策。

附图说明

[0066] 图1为本发明方法框架图；

[0067] 图2是本发明地表栅格单元属性图；

[0068] 图3为本发明雨水管网矢量数据图；

[0069] 图4为本发明地面积水进入雨水箅的方式图；

[0070] 图5为本发明实施例某监测站点的暴雨内涝水深模拟结果图。

具体实施方式

[0071] 下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

[0072] 现以某地区为例，区域内雨水排水管网相对独立，拥有各类人工沟渠和湖泊等蓄水单元。因此可判定本实施例区域属于边界条件较为明确的城市流域。实施例区域气候类型为北亚热带季风性湿润气候，季节分明，春秋短冬夏长，年平均气温15，℃相对湿度76％，平均降雨量达1106毫米，常年平均降雨110天。该地区多台风雨，降水过程时间短、强度大。

[0073] 此外，由于该地区城市化程度高，夏季地表温度高，汽车尾气和空调加热底层大气，密度超高的建筑物阻碍了大气环流，在区域上空形成较为深厚的气团，废气污染、工程扬尘导致上空的凝结核较多，有促进暖云降水的作用，为暴雨天气的发生创造了条件，极易引发暴雨内涝灾害。

[0074] 如图1所示，本发明实施例公开的一种顾及气候要素的多层次城市内涝耦合模拟方法,主要包括以下步骤：

[0075] S1：输入经纬度坐标，从世界气候研究计划(World  Climate  Research Programme)耦合模型相互比较项目(Coupled Model Intercomparison Project)档案中获取该区域气候数据；

[0076] S2：利用雨量站的点状数据推算实施例区域的空间降雨量分布情况。该实施例中有两个雨量站点，雨量站数据主要的信息包括地理坐标、雨量站名称、监测时间段以及该时间段内的降雨量。

[0077] 具体的推算空间降雨量分布情况的方法有三种：

[0078] 方法一是利用算数平均法，计算模拟区内同一时段雨量计观测的平均降水量，除以总时间，得到该时段内模拟区的有效降水强度；

[0079] 方法二是利用等雨量线法，根据点雨量数据绘制降雨等值线，利用空间插值算法得到区域雨量数据，再除以总时间得到观测期内的有效雨强；

[0080] 方法三是利用泰森多边形法，将模拟区域划分为多个多边形，雨量测量站位于多边形的重心，将测得的降水量除以时间作为多边形内的有效降雨强度；

[0081] S3：基于栅格数据，采用水文水动力模型对城市地表产汇流过程进行建模；

[0082] S4：地表产汇流计算；

[0083] S5：雨水管网汇流计算；

[0084] S6：耦合水深计算。

[0085] 进一步地，所述S1包括以下步骤：

[0086] S11：温度数据基于独立坡度模型的参数‑海拔回归(Parameter‑elevation Regressions on Independent Slopes Model，PRISM)观测值，如果PRISM数据不可用，则使用全球陆地数据同化系统(Global Land Data Assimilation System，GLDAS)。如果GLDAS数据不可用，则使用具有可用GLDAS数据的最近网格单元。气温用于模拟融雪过程，同时也影响蒸发值；

[0087] S12：蒸发值由哈格里夫斯法确定，蒸发值E(单位是mm/day)决定了城市暴雨期间陆地地表和土壤的干燥速度：

[0088]

[0089] 上式中，Ra为外来辐射水当量(单位是MJm‑2d‑1)，λ代表蒸发潜热(单位是MJkg‑1)，Tr代表一段时间的平均日温度范围(单位是摄氏度)，Ta代表一段时间的平均日温度(单位是摄氏度)。

[0090] 在有降水数据的所有地点都发现了每日最低和最高气温。在可能的情况下，PRISM被用作每日温度源。当不可用时，使用GLDAS数据。如果GLDAS数据不可用，则使用具有可用GLDAS数据的最近网格单元。外来辐射水当量Ra通过下式计算：

[0091]

[0092] 上式中，dr为相对地日距离，ws代表日落时角度(弧度制)，代表纬度，δ代表太阳赤纬；

[0093] S13：在确定历史月蒸发率后，将温度调整应用于模拟场景的历史温度数据，并使用Hargreaves方程计算调整后的月蒸发率；

[0094] S14：通过将调整后的月蒸发值与历史月蒸发值进行比较，计算月蒸发值的变化，从而确定气候月度变化系数(温度变化系数与蒸发值变化系数)。

[0095] 进一步地，所述S3包括以下步骤：

[0096] S31：对实施例城市地表进行建模。为开展实施例区域的城市地表部分建模工作，本发明从该市规划和自然资源局获取了土地利用类型、遥感影像、建筑物及河网水系分布等地理空间数据，皆采用WGS‑84坐标系，采用平面坐标系时，地图投影统一采用UTM zone 50N投影。主要地理信息数据见表1：

[0097] 表1：基础地理信息数据：

[0098]

[0099]

[0100] S32：以空间离散网格为基础建立地表栅格单元；

[0101] S33：基于栅格数据，采用的水文水动力模型对城市地表产汇流过程进行建模，将初损水量、高程信息(DEM)、下渗速率、初始水深、曼宁系数等参数信息输入栅格单元中，如图2所示；

[0102] S34：将S1步骤中特定位置的气候月度变化系数添加到INPUT输入文件中，以对该区域栅格单元气温、蒸发率进行调整。

[0103] 进一步地，所述S4包括以下步骤：

[0104] S41：地表产流计算，即降雨与地表模块耦合。采用均匀法计算雨量站数据一段时间内的累积降雨量，即将一段时间内的演算步长乘以有效降雨强度，得到雨量并添加到S3中的地表栅格单元上；

[0105] S42：初损与后损过程。降水降到地表后的初始损失过程是由坑洼土壤和植被截留造成的，而随后的损失过程主要表现为雨水通过地表孔隙渗入土壤，初始损失和后续损失后的剩余降水为地表径流。根据雨水截留能力，城市地下大致可分为草地、裸地、硬地和平坦硬地。根据土壤渗透能力，下垫面可分为不透水面、半透水面、透水面和强透水面。

[0106] 进一步的，所述S42包括以下步骤：

[0107] S421：利用土地利用类型数据对地表格网的渗透能力与截留能力数值化。综合考虑城市下垫面的产流特性，本发明将城市地表格网分为8种类型：草地、水体、农田、道路、商住用地、林地、湿地和裸地；

[0108] S422：按照地表类型分类标准，将5m精度的土地利用类型数据与3m精度的湖泊、路河流等矢量数据进行叠加、重采样，得到地表网格分类结果；

[0109] S423：利用水文学知识在每个地表格网单元中用模拟初损与后损过程，利用箱体模型将雨水截留量数值化，最后用稳定下渗模型将雨水下渗量量化。

[0110] 不同栅格单元的雨量初损和后损参数如表2所示：

[0111] 表2不同类型栅格的初损后损参数值：

[0112]

[0113]

[0114] S43：地表汇流计算。使用规则网格表示城市表面的建模思想与在GIS中使用网格数据描述地表属性是一致的。网格的数据结构是通用的，易于与其他模块配对。基于规则格网数据表达的地表汇流过程建模是指利用水动力法计算栅格单元之间的水量交换，即模拟在重力和构筑物阻挡作用下的水流运动，输出与地形格网形态一致的水深分布结果。采用二维圣维南方程组的扩散波方法计算城市地表的汇流，计算公式如下所示：

[0115]

[0116]

[0117] 上式中，x、y分别表示平面直角坐标系下X方向和Y方向的距离；H表示地表积水深度；t表示时间；J和K表示X方向和Y方向的单宽流量；g表示重力加速度，z表示地表积水水位，即水深与地表高程累积量；u和v表示流速矢量在X方向和Y方向的分量(垂直方向)；n表示曼宁糙率系数。

[0118] 利用隐格式的有限差分法求解上述地表汇流水动力学模型，从而计算出相邻栅格单元间的流量大小与方向，再根据不同方向流量更新栅格单元上的水深；

[0119] S44：采用多次计算和选值的模型参数率定方法，根据模拟结果对参数组合择优。地表产汇流过程所需要的参数主要是指曼宁糙率系数、初损截留雨量以及下渗速率。最终的地表产汇流过程的参数率定结果见表3：

[0120] 表3：地表产汇流参数率定结果：

[0121]

[0122] 进一步的，所述S5包括以下步骤：

[0123] S51：建立实施例区域的雨水管网模型。本实施例区域具有完整的排水系统专题数据，它可用于建立实施例区域内的雨水管网模型，包括排水节点、排水管道、泵站和闸站信息。排水节点和排水管道分为雨水和污水。其中，排水节点包括出水口、窨井和篦子，关键属性信息是地面高程、节点代码、井深、雨污水类型和附属物。排水管道元件的关键属性信息是长度、材料、起点和终点的代码、起点和终点埋深、截断面形状和尺寸。泵站元素的属性信息仅包括地理坐标和泵站类型。闸站的属性信息仅包括地理坐标。雨水管网各要素矢量数据如图3所示；

[0124] S52：在管网要素遍历的过程中，结合有向图的广度优先遍历算法，对属性和拓扑信息有错误的管网数据进行修正。在结束遍历后，修正遍历到的节点，根据数据标记提取出雨水管线、雨水出水口、雨水篦和雨水检查井；

[0125] S53：雨水管网汇流计算。城市地表的水体自流至低洼处，通过雨水箅进入雨水管网，利用管网与地表耦合计算出的溢流量或排水量构成雨水管网汇流模型的上边界条件。采用动力波，对雨水进入管网后的管线的水力要素和雨水节点进行演算，雨水进入管网后，但水流在管道内的流态会在明渠流和有压管流之间不断切换，为平滑两种流态交替变化的过程。采用Pressimann虚拟窄缝法和非恒定圣维南方程对雨水管网汇流过程进行建模，具体的计算方程式为：

[0126]

[0127]

[0128] 上式中，M表示管道断面面积；N表示虚拟窄缝宽度；Q表示管道断面流量；u为基于管道方向的侧向边界输入流速；q表示侧向边界流量；x表示距离(沿管道方向)；a为动量的修正系数；g表示重力加速度；y表示位置水头；Sf为管道的摩阻坡度。

[0129] 采用显格式算法求解上述雨水管网汇流模型，从S51雨水管网模型数据中获取管网水动力学参数和几何形态；

[0130] S54：雨水管网汇流过程中模型参数的率定仅针对较敏感参数进行，以达到降维效果从而大幅提升模型计算效率。本发明采用Morris法进行全局敏感性分析来选取敏感参数；

[0131] S55：采用遗传算法对S54中敏感参数进行全自动率定。其中管道曼宁糙率系数率定结果见表4：

[0132] 表4：雨水管网汇流参数率定结果：

[0133]

[0134]

[0135] 进一步的，所述S6包括以下步骤：

[0136] S61：雨水箅与地表的耦合，计算雨水箅耦合流量。雨水箅和地表水体进行流量交换时存在三种过程，如图4所示：

[0137] S611：当雨水箅处于蓄水状态且地表积水深度较浅时，用堰流公式计算地表积水汇入雨水箅的流量；

[0138] S612：当地表积水深度逐渐增加，但雨水箅未蓄满水时，用孔口出流公式计算地表积水汇入雨水箅的流量；

[0139] S613：当雨水箅井室内蓄满时，则变为有压流状态，流向既可能向内也可能向外(具体根据篦子井室内压强分布)。

[0140] S62：雨水检查井与地表耦合，计算雨水井溢流量。雨水检查井是方便城市雨水管网检修而设置的附属构筑物，在城市发生暴雨天气时，只有极少部分的雨水通过检查井进入雨水管网。而当地表网格的位置水头小于雨水检查井内的总水头时，检查井内的水会通过孔口与井盖缝隙溢流至地表；

[0141] S63：雨水出水口与地表耦合，计算出水口排水量。城市雨水管网系统中，部分出水口并非直接将水体排入河流或湖泊，而是排入地表格网，也存在部分实施例中使用具有初始水深的二维网格表达河流、池塘和湖泊。因此，此类出水口也需要与地表进行耦合，即将出水口的排水量添加到出水口所在的网格之上；

[0142] S64：结合专家经验，采用多次选值、多次计算的模型参数率定方法，依据模拟结果对耦合节点处的孔口出流系数与堰流系数进行率定，该实施例区域雨水管网与地表耦合计算的孔口出流系数为0.42，堰流系数为0.21；

[0143] S65：耦合INPUT输入文件中气候月度变化系数，以对该区域气温、蒸发率进行调整，从而更新网格水深与管线节点流量。

[0144] 需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。