CN105550803A - 一种城市内涝分析方法及系统 - Google Patents

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赵希奇
葛宝玉
杨俊刚
王彦贺
丛恩泽
于雷
王兆祥
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Abstract

本发明公开了一种城市内涝分析方法及系统，用以解决现有的内涝分析方法中，对于地下排水设施并没有精确的数据，模型中很多变量都是模拟的数据，造成结果的不准确的问题，该方法包括：根据城市空间信息，生成包含各个洼地的城市空间模型，根据获取T时间内预测总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，判定积水深度是否大于设定阈值，在积水深度大于设定阈值时，生成表征洼地内涝的告警信息。在本发明技术方案中基于降雨模型和汇流模型，并改进了排水模型，共同组成了积水模型，解决了传统暴雨内涝数学模型中对城市排水系统设施的概化问题，提升了对积水深度的预测准确性。

Description

一种城市内涝分析方法及系统
技术领域
本申请涉及市政工程技术领域，尤其涉及一种城市内涝分析方法及系统。
背景技术
随着现代化及城市化速度的加快，城市建设不断追求“水泥硬化”，从而减弱了雨水的渗透能力，加重了城市地下排水系统的负担。近年来，越来越多的大城市由于短时强降雨而发生严重的城市内涝，城市内涝对局部地区会造成严重的淹没损失，产生城市交通瘫痪，影响城市生活及工作秩序，对城市居民的生命财产带来巨大威胁，因此，城市防御气象灾害脆弱性的问题吸引了社会各界的广泛关注。
积涝现象一般易出现在城市内涝敏感区域，如立交桥、地下通道、低洼地带的居民区和工厂等，而城市内涝的检测系统的智能化、信息化水平较低，因此，亟需一套能够实时监测城市内涝，对社会公众及时发布预警信息，且成本低，效率高，能够有效整合气象、水务、交通、公共安全等部门的信息等的数字化技术。但是现有的内涝分析方法中，对于地下排水设施并没有精确的数据，模型中很多变量都是模拟的数据，造成结果的不准确。
发明内容
本发明实施例提供了一种城市内涝分析方法及系统，用以解决现有内涝分析方法中，对于地下排水设施并没有精确的数据，模型中很多变量都是模拟的数据，造成结果的不准确的问题。
其具体的技术方案如下：
一种城市内涝分析方法，所述方法包括：
根据城市空间信息，生成包含各个洼地的城市空间模型；
根据获取T时间内预测总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，其中，T为降雨时间；
判定所述积水深度是否大于设定阈值；
在所述积水深度大于设定阈值时，生成表征所述洼地内涝的告警信息。
可选的，根据获取T时间内总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，包括：
根据T时间内预测总降雨量以及洼地面积，获取的所述洼地的总降雨量；
根据所述预测总降雨量以及所述总降雨量，获取所述洼地对应的汇流雨量；
根据降雨时间T以及地下管路信息，获取所述洼地的排水量；
根据所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积，得到所述积水深度。
可选的，根据T时间内预测总降雨量以及洼地面积，获取的所述洼地的总降雨量，具体为：通过T时间内的预测总降雨量与洼地面积的乘积作为所述洼地的总量降雨量。
可选的，根据所述预测总降雨量以及所述总降雨量，获取所述洼地对应的汇流雨量，具体为：
将所述预测总降雨量以及所述总降雨量带入如下公式：
得到汇流雨量Q汇；其中，Q表征降雨时间T内的预测总降雨量，Q降表征所述洼地的总降雨量。
可选的，根据降雨时间T以及地下管路信息，获取所述洼地的排水量，包括：
将降雨时间T、地下管路信息带入如下公式：
得到排水量Q排，d表征排水管道直径，N管表征排水管道，N入表征雨水篦子个数。
可选的，根据所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积，得到所述积水深度，具体为：
将所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积带入如下公式：
得到积水深度h。
可选的，在根据所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积，得到所述积水深度之后，还包括：
根据所述积水深度以及排水量，获取所述洼地的排水时间；
将所述排水时间以及所述积水深度发送至控制中心。
一种城市内涝分析系统，包括：
城市模型生成模块，用于根据城市空间信息，生成包含了各个洼地的城市空间模型；
处理模块，用于根据获取T时间内总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，判定所述积水深度是否大于设定阈值，在所述积水深度大于设定阈值时，生成表征所述洼地内涝的告警信息，其中，T为降雨时间。
可选的，所述处理模块，具体用于根据T时间内预测总降雨量以及洼地面积，获取的所述洼地的总降雨量；根据所述预测总降雨量以及所述总降雨量，获取所述洼地对应的汇流雨量；根据降雨时间T以及地下管路信息，获取所述洼地的排水量；根据所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积，得到所述积水深度。
可选的，所述处理模块，具体用于通过T时间内的预测总降雨量与洼地面积的乘积作为所述洼地的总量降雨量。
本发明实施例提供了一种城市内涝分析方法，用以解决现有的内涝分析方法中，对于地下排水设施并没有精确的数据，模型中很多变量都是模拟的数据，造成结果的不准确的问题，该方法包括：根据城市空间信息，生成包含各个洼地的城市空间模型，根据获取T时间内预测总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，判定积水深度是否大于设定阈值，在积水深度大于设定阈值时，生成表征洼地内涝的告警信息。在本发明技术方案中基于降雨模型和汇流模型，并改进了排水模型，共同组成了积水模型，解决了传统暴雨内涝数学模型中对城市排水系统设施的概化问题，提升了对积水深度的预测准确性。
附图说明
图1为本发明实施例中一种城市内涝分析方法的流程图；
图2为本发明实施例中一种城市内涝分析系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种城市内涝分析方法，用以解决现有的内涝分析方法中，对于地下排水设施并没有精确的数据，模型中很多变量都是模拟的数据，造成结果的不准确的问题，该方法包括：根据城市空间信息，生成包含各个洼地的城市空间模型，根据获取T时间内预测总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，判定积水深度是否大于设定阈值，在积水深度大于设定阈值时，生成表征洼地内涝的告警信息。在本发明技术方案中基于降雨模型和汇流模型，并改进了排水模型，共同组成了积水模型，解决了传统暴雨内涝数学模型中对城市排水系统设施的概化问题，提升了对积水深度的预测准确性。
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本发明技术方案的说明，而不是限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征可以相互组合。
如图1所示为本发明实施例中一种城市内涝分析方法的流程图，该方法包括：
S101，根据城市空间信息，生成包含各个洼地的城市空间模型；
S102，根据获取T时间内预测总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度；
S103，判定积水深度是否大于设定阈值；
S104，在积水深度大于设定阈值时，生成表征洼地内涝的告警信息。
具体来讲，在本发明实施例中，为了保证对城市中每个洼地的积水深度的准确预测，所以首先根据城市空间信息系统中的高程数据，通过不规则三角网的建模方法生成数字地面模型，该数字地面模型就是城市空间模型。然后以城市空间模型中的每个洼地作为隐患区域对地面进行划分，也就是每个洼地对应有一个隐患区域。当然为了判定每个洼地所对应的积水警戒线，因此对每个洼地设置了一个设定阈值，通过该设定阈值可以判定每个洼地的积水深度是否超过了警戒线。
在获取到城市空间模型之后，建立降雨模型，该降雨模型为降雨时间T内具体如下：
Q降＝Q×S
Q表征的是降雨时间T内的预测总降雨量，Q降表征所述洼地的总降雨量，S表征的是洼地面积。
通过上述的降雨模型，只要获取到降雨时间T内的预测总降雨量，那么就可以直接获知到洼地的总降雨量Q降。
在得到降雨模型之后，根据降雨模型的中的Q降可以的监理汇流模型，根据该汇流模型可以得到汇流到洼地的雨量，该汇流模型如下：
汇流雨量Q汇；其中，Q表征降雨时间T内的预测总降雨量，Q降表征所述洼地的总降雨量。
因此，在得到降雨时间T内的预测总降雨量之后，就可以得到Q降以及洼地的汇流雨量。
进一步，基于地下管路信息，可以获取到洼地的排水量，也就是排水模型，该排水模型具体如下：
得到排水量Q排，d表征排水管道直径，N管表征排水管道，N入表征雨水篦子个数。
基于上述的排水模型就能够得到洼地的排水量。
基于上述的降雨模型得到的总降雨量、汇流模型得到的汇流雨量、排水模型的排水量，建立积水模型：
得到积水深度h。
因此，在本发明实施例中基于城市空间信息系统的积水数学模型，实现了内涝隐患的模拟分析，原创了降雨模型和汇流模型，并改进了排水模型，共同组成了积水模型，解决了传统暴雨内涝数学模型中对城市排水系统设施的概化问题，提升了洼地积水深度的准确预测。
下面举例来对本发明技术方案进行说明：
选取某市安发街与安国街路口作为实验分析区域，根据某市空间信息系统中的数据可知该区域面积100平方米内有排水管线4条、排水管线直径1米、雨水篦子4个，利用积水深度模型可以计算出不同时间内不同降雨量的最大积水深度，设定积水深度大雨80mm时视为内涝隐患，小于80mm时可以忽略不计，造成内涝隐患一般都是短时强降雨情况下发生的，因此，我们只分析短时间强降雨情况下积水情况。降雨时间在0.5-2小时，总降雨量8-30mm内最大积水深度见表1。
表1不同降雨量、不同时间下最大积水深度计算值
根据中国气象总局规定，日降雨量小于10mm时为小雨、10-25mm时为中雨、25-50mm时为大雨、50-100mm时为暴雨、100-250mm时为大暴雨、大于250mm时为特大暴雨，12小时内降雨量小于5mm时为小雨、5-15mm时为中雨、15-30mm时为大雨、30-70mm时为暴雨、70-140mm时为大暴雨，而每小时降雨量大于16mm就可称为暴雨。由表1可见，一小时降雨量为14mm时积水深度达到87mm，视为内涝隐患，此时为大到暴雨，复合实际情况。在时间一定情况下，降雨量越大，理论积水深度越大。总降雨量一定情况下，降雨时间越短越急，瞬时降雨量越大，积水深度越大。
根据此方法，我们可以根据哈尔滨城市空间信息系统中的数据分析出不同地点、不同降雨量、不同时间的最大积水深度。分别计算了地点一(安发街与安国街路口)、地点二(学府三道街与测绘路口)、地点三(群力大道远大门前)、地点四(河山街北段)、地点五(群力康安桥下)于2015年8月17日16：00-16：40发生的强降雨数据，与2010年作者周岩枫发表的哈尔滨市暴雨内涝数学模型的研究与应用一文中的方法A，2005年作者解以扬发表的城市暴雨内涝数学模型的研究与应用中的方法B，进行了对比，见表2。
表2不同地点不同方法情况下积水深度
由表2可见，本方法的积水深度值更接近实测值，说明该方法解决了传统暴雨内涝数学模型中对城市排水系统设施的概化问题，提升了洼地积水深度的准确预测。
对应本发明实施例中一种城市内涝分析方法，本发明实施例中还提供了一种城市内涝分析系统，如图2所示为本发明实施例中一种城市内涝分析系统的结构示意图，该系统包括：
城市模型生成模块201，用于根据城市空间信息，生成包含了各个洼地的城市空间模型；
处理模块202，用于根据获取T时间内总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，判定所述积水深度是否大于设定阈值，在所述积水深度大于设定阈值时，生成表征所述洼地内涝的告警信息，其中，T为降雨时间。
进一步，在本发明实施例中，所述处理模块202，具体用于根据T时间内预测总降雨量以及洼地面积，获取的所述洼地的总降雨量；根据所述预测总降雨量以及所述总降雨量，获取所述洼地对应的汇流雨量；根据降雨时间T以及地下管路信息，获取所述洼地的排水量；根据所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积，得到所述积水深度。
进一步，在本发明实施例中，所述处理模块202，具体用于通过T时间内的预测总降雨量与洼地面积的乘积作为所述洼地的总量降雨量。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种城市内涝分析方法，其特征在于，所述方法包括：
根据城市空间信息，生成包含各个洼地的城市空间模型；
根据获取T时间内预测总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，其中，T为降雨时间；
判定所述积水深度是否大于设定阈值；
在所述积水深度大于设定阈值时，生成表征所述洼地内涝的告警信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获取T时间内总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，包括：
根据T时间内预测总降雨量以及洼地面积，获取的所述洼地的总降雨量；
根据所述预测总降雨量以及所述总降雨量，获取所述洼地对应的汇流雨量；
根据降雨时间T以及地下管路信息，获取所述洼地的排水量；
根据所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积，得到所述积水深度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据T时间内预测总降雨量以及洼地面积，获取的所述洼地的总降雨量，具体为：通过T时间内的预测总降雨量与洼地面积的乘积作为所述洼地的总量降雨量。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述预测总降雨量以及所述总降雨量，获取所述洼地对应的汇流雨量，具体为：
将所述预测总降雨量以及所述总降雨量带入如下公式：
得到汇流雨量Q汇；其中，Q表征降雨时间T内的预测总降雨量，Q降表征所述洼地的总降雨量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据降雨时间T以及地下管路信息，获取所述洼地的排水量，包括：
将降雨时间T、地下管路信息带入如下公式：
得到排水量Q排，d表征排水管道直径，N管表征排水管道，N入表征雨水篦子个数。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积，得到所述积水深度，具体为：
将所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积带入如下公式：
得到积水深度h。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在根据所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积，得到所述积水深度之后，还包括：
根据所述积水深度以及排水量，获取所述洼地的排水时间；
将所述排水时间以及所述积水深度发送至控制中心。
8.一种城市内涝分析系统，其特征在于，包括：
城市模型生成模块，用于根据城市空间信息，生成包含了各个洼地的城市空间模型；
处理模块，用于根据获取T时间内总降雨量、洼地面积以及地下管路信息，得到洼地的积水深度，判定所述积水深度是否大于设定阈值，在所述积水深度大于设定阈值时，生成表征所述洼地内涝的告警信息，其中，T为降雨时间。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述处理模块，具体用于根据T时间内预测总降雨量以及洼地面积，获取的所述洼地的总降雨量；根据所述预测总降雨量以及所述总降雨量，获取所述洼地对应的汇流雨量；根据降雨时间T以及地下管路信息，获取所述洼地的排水量；根据所述总降雨量、所述汇流雨量、所述排水量以及所述洼地面积，得到所述积水深度。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述处理模块，具体用于通过T时间内的预测总降雨量与洼地面积的乘积作为所述洼地的总量降雨量。
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