CN109492259A

CN109492259A - 一种城市水文模拟系统

Info

Publication number: CN109492259A
Application number: CN201811198058.6A
Authority: CN
Inventors: 孙艳伟
Original assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Current assignee: North China University of Water Resources and Electric Power
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-03-19
Anticipated expiration: 2038-10-15
Also published as: CN109492259B

Abstract

本发明公开了一种城市水文模拟系统及模拟方法，涉及城市降水管理技术领域。本发明包括降雨洪水管理模型，模拟系统包括分别与降雨洪水管理模型相连的时变降水量单元、地表水蒸发单元、积雪与融雪单元、洼地截留量单元、土壤渗水量单元、地下水补给量单元、地下水与排水管交换水量单元、坡面汇流量单元、LID调控单元、区域编辑单元，模拟系统还包括存储模块、含水层编辑模块和地下水流量编辑模块。本发明通过功能齐全的系统单元结构，具有全面的模拟功能，可提供全面而具有代表性的分析数据。在全面考虑参数的前提下，分析DCIA的设定与TIA的设定对于城市化区域内产流的影响。为城市规划提供更为客观和准确的参考与意见。

Description

一种城市水文模拟系统

技术领域

本发明属于城市降水管理技术领域，特别是涉及一种基于SWMM模型的城市水文模拟系统。

背景技术

城市化的发展深刻改变了区域的水文循环过程，并对水环境产生了显著的负面影响。城市化发展通过改变城市的下垫面，将其从透水性区域转变为不透水性区域，并通过城市的热岛效应，改变了流域内降水的时空分布和降雨径流效应，这些改变与流域的水循环过程、雨洪资源的利用与调控紧密相关。高度发展的城市化对于城市排水系统的发展及城市产汇流理论提出了更高的要求。

一般而言，城市的排水系统一般由三个部分组成：地表径流输送系统、城市管网排泄系统以及地下透水性的含水层介质的排泄系统。对于地表径流输送系统而言，城市不透水性系数对于城市流域及水环境管理而言是非常重要的一个参数,并引起了众多学者的重视。直接排入城市管网系统的不透水性区域的面积(DCIA)是城市整个不透水性区域面积的重要组成部分。由于这部分不透水的面积直接与城市排泄系统相连，因此，也被称为有效的不透水性面积。众多学者认为，DCIA对于由于城市化所导致的水文效应问题应负主要责任。与DCIA相对应的一个概念是TIA，也就是区域总不透水性区域的面积。DCIA相比TIA而言，是一个更能反应城市化对水文影响的指标。人们认为透水性区域只有在达到其积水深度并满足下渗后才能产流。考虑到DCIA的重要性，因此，在这种背景下，开展DCIA和TIA对区域产流影响的研究具有重要理论和实践指导意义。

SWMM(storm water management model，降雨洪水管理模型)是一个动态的降水-径流模拟模型，主要用于模拟城市某一单一降水事件或长期的水量和水质模拟。与其他模型相比，SWMM的优势在于:它既可以用于规划设计和模拟设计降雨条件下的雨洪过程和水质过程，还可以用于预报和管理实际条件的雨洪过程，具有连续多次模拟雨洪的功能，适用于水力条件复杂且以管渠排水为主的城市排水管网系统的模拟，同时，SWMM还能给出节点溢流水量的信息，适合用于城市积水模拟。

城市化在水文上带来的最直接的变化就是城市区域内由透水性区域向不透水性区域转化，而这是导致城市水循环过程发生变化的重要原因。在城市规划中，城市化所带来的水文循环的改变是其必需要考虑的因素。传统上，在城市规划中使用TIA(总不透水面积)来定义城市化的发展阈值，然而最新研究表明DCIA(直接不透水面积，城市排泄系统直接相连的面积)相比TIA而言，与地表径流、污染物的产生、河道生物群落及濒危物种的联系更加密切。因此，研究DCIA在城市水循环过程中的作用具有重要意义。

目前，关于DCIA的研究方面，在其产流的重要性方面已经取得了共识，如BritishLloyd-Davies Rational Method方法假设直接与城市管网相连的不透水性区域的面积(简称为DCIA)贡献了城市区域100％的地表产流量。DCIA目前的研究主要集中在对DCIA的设定方面。随着人们对DCIA认识的进一步增强，Booth和Jackso研究了利用TIA来模拟水文效应的局限性。他们建议利用DCIA来概化区域发展特征，但与此同时强调DCIA的测量是相对比较复杂的。

虽然人们已经意识到对于由于城市化所带来的水环境问题方面，城市不透水性面积比例是一个非常重要的参数。但是，目前的研究仍然更需要关注的DCIA而不是TIA。除此之外，目前的研究多是进行的小尺度和基于单个降水事件的研究，如何在较大尺度以及针对长期降雨资料开展研究仍需进一步的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SWMM模型的城市水文模拟系统，通过读取和编辑选择系统内置存储地图文件的区域网格图进行模拟。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种基于SWMM模型的城市水文模拟系统，包括降雨洪水管理模型，所述模拟系统包括分别与降雨洪水管理模型相连的时变降水量单元、地表水蒸发单元、积雪与融雪单元、洼地截留量单元、土壤渗水量单元、地下水补给量单元、地下水与排水管交换水量单元、坡面汇流量单元、LID调控单元、区域编辑单元，所述模拟系统还包括存储模块、含水层编辑模块和地下水流量编辑模块。

进一步地，所述存储模块用于存储地图文件，所述区域编辑单元包括读取、编辑所述存储模块中的地图文件，所述区域编辑单元将地图文件以网格图形式进行显示，通过选择网格点选择出所需研究区域。

进一步地，所述时变降水量单元包括雨量计模块，所述雨量计模块可以有一个或多个，其功能是为研究区中的子流域提供降水数据，降水数据可以是用户自己定义的时间序列，也可以是外部文件，所述雨量计模块属性输入参数包括：降水数据类型(如降水强度、降水量和降水累积量)，时间步长，降水数据的来源，降水数据来源的名称。

进一步地，所述地表水蒸发单元包括气象参数编辑模块，所述气象参数编辑模块通过蒸发速率计算地表水蒸发量，蒸发速率可以为固定值或月平均值或自定义日时间序列。

进一步地，所述含水层编辑模块分别与洼地截留量单元、土壤渗水量单相连，所述地下水流量编辑模块分别与地下水补给量单元、地下水与排水管交换水量单元相连。

进一步地，所述LID调控单元包括对滞留、下渗和蒸发的调控。

进一步的，本申请还包括采用该模拟系统进行城市水文模拟的方法：包括如下步骤：(1)收集区域的基础资料，做好模型基础工作准备，包括地理信息提取、管网概化、子汇水区划分为分区、参数设定；(2)采用ArcGIS平台，结合资料数据与实际测量结果，计算每一个分区的直接不透水面积DCIA和总不透水面积TIA；(3)基于SWMM建立两种不同的模型情景，其中第一种模型情景是不考虑直接不透水面积DCIA，将所有面积视为总不透水面积TIA；第二种模型情景是考虑直接不透水面积DCIA；并将两种模型分别在不同重现期的降雨下模拟其降雨-产流过程。

所述步骤(1)中，分区方法为：将区域具有相同地理特性的区域划分为一块小区域，以点代替面来研究整个区域的某一特性；管网概化方法为：根据管网的坡度，直径等将各分区的出口到达流域出口的管道分成若干条条管道；参数设定包括地表特征参数和管网特征参数，地表特征参数包括不透水区域比例、特征宽度、地面洼蓄深、地表曼宁系数和土壤下渗参数f₀和f_c以及土地干燥时间，不透水区域比例由面积比值可确定，包括直接不透水面积DCIA比和总不透水面积TIA比；管网特征参数包括管道曼宁系数、管道的几何参数以及水力参数。

所述步骤(3)中，第一种模型情景下，流域的径流为不透水面积上的产流加上透水面积的产流，即整个流域内的产流，在SWMM中全部分区的出流方式设定为透水区域的产流和不透水区域的产流直接流向流域出口，进行模拟操作；第二种模型情景下，考虑直接不透水面积DCIA，在总不透水面积TIA中还有一部分间接不透水面积ICIA，此区域所产生的径流不是直接汇入流域出口的，而是汇入透水区域，再由透水区域调蓄之后，再产流，流向流域出口，在SWMM中全部分区的出流方式设定为不透水面积上所产生的径流先流向透水面积，再与透水面积上的径流一块流向流域出口，进行模拟操作。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过功能齐全的系统单元结构，具有全面的模拟功能，可提供全面而具有代表性的分析数据。本发明通过读取和编辑选择系统内置存储地图文件的区域网格图进行模拟，较大地提高了系统模拟的效率和准确度，使用更加方便。

2、在全面考虑参数的前提下，DCIA的设定与TIA的设定对于城市化区域内产流的影响。为城市规划提供更为客观和准确的参考与意见。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于SWMM模型的城市水文模拟系统的系统框架图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种基于SWMM模型的城市水文模拟系统，包括降雨洪水管理模型，模拟系统包括分别与降雨洪水管理模型相连的时变降水量单元、地表水蒸发单元、积雪与融雪单元、洼地截留量单元、土壤渗水量单元、地下水补给量单元、地下水与排水管交换水量单元、坡面汇流量单元、LID调控单元、区域编辑单元，模拟系统还包括存储模块、含水层编辑模块和地下水流量编辑模块。

其中，存储模块用于存储地图文件，区域编辑单元包括读取、编辑存储模块中的地图文件，区域编辑单元将地图文件以网格图形式进行显示，通过选择网格点选择出所需研究区域。

其中，时变降水量单元包括雨量计模块，雨量计模块可以有一个或多个，其功能是为研究区中的子流域提供降水数据，降水数据可以是用户自己定义的时间序列，也可以是外部文件，雨量计模块属性输入参数包括：降水数据类型(如降水强度、降水量和降水累积量)，时间步长，降水数据的来源，降水数据来源的名称。

其中，地表水蒸发单元包括气象参数编辑模块，气象参数编辑模块通过蒸发速率计算地表水蒸发量，蒸发速率可以为固定值或月平均值或自定义日时间序列。

其中，含水层编辑模块分别与洼地截留量单元、土壤渗水量单相连，地下水流量编辑模块分别与地下水补给量单元、地下水与排水管交换水量单元相连。

其中，LID调控单元包括对滞留、下渗和蒸发的调控。

本文以一个城市为研究对象，通过在ArcGIS计算该城市的DCIA和TIA值，并通过建立SWMM模型，模拟了不同重现期降水下的降雨-径流过程，从而分析DCIA对产流计算的重要性。具体研究内容如下：

(1)收集相关基础资料，做好模型基础工作准备，包括地理信息提取、管网概化、子汇水区划分等；

(2)在ArcGIS的平台上，并结合资料数据与实际的测量，计算每一个分区的DCIA和TIA，从而计算出其系数；

(3)基于SWMM建立两种不同的模型情景，其中一个是不考虑DCIA，将所有面积视为TIA；另外一种模型情景是考虑DCIA；并将两种模型分别在不同重现期的降雨下模拟其降雨-产流过程，从而揭示DCIA对于产流的影响。

(1)收集研究区域的基础资料；(2)根据基础资料计算出所需要的参数；(3)在SWMM软件中构建研究区域的降雨-径流模型，设置好各个参数；(4)输入降水数据运行并调试模型；(5)根据模拟结果，分析对比出流过程；

SWMM模拟一次雨洪过程中，分别对降水、蒸发、下渗进行分析，然后再对其产流与汇流过程进行分析，得到雨洪过程线，是一次雨洪过程的基本分析思路，由于雨期蒸发量太小，本实施例中不予考虑。在SWMM中，主要有以下模型来分析其产汇流过程。

1、地表产流模型

子流域是产流模型的基本空间单元，一般将整个流域划分成多个子流域，然后根据各子流域的特性分别计算其降雨-径流过程，最后通过流量演算的方法将各子流域的出流过程进行叠加计算，最后得到整个流域的出流过程。在本模型中，整个子流域由透水区、不透水区组成，其中不透水区分为有洼蓄能力的不透水区和无洼蓄能力的不透水区。在SWMM模型中，子流域的地表径流的产生由以上三类地表类型产生，然后对此三类地表类型产生的径流量分别进行计算。得到计算结果之后，最后通过面积加权法获得整个子流域的的径流出流过程线。对于透水区S1，当地表入渗条件小于降雨条件时，地面开始出现积水，刚开始出现的水量在满足地面的洼蓄能力之后，才会形成地表径流，对于有洼蓄能力的不透水区S2，当降雨量满足地面的洼蓄能力之后，便形成了地面径流，对于无洼蓄能力的不透水区S3，降雨量几乎全部转化为径流量，只有在降雨期间会有一部分蒸发；所以，在相同降水条件下，无洼蓄的不透水区S3、有洼蓄的不透水区S2和透水区S1在时间上依次形成地面径流。在每个子流域上根据上面所讲述划分的三种地表类型，分别对其进行流量演算(非线性水库模型)。得到流量演算的结果之后，然后对三种不同地表类型的流量演算过程结果进行相加计算得演算子流域的径流过程出流线。

2、入渗模型

对于入渗过程的计算，SWMM中提供了2种方法，包括Horton模型、Green-Ampt模型，用于针对不同的地貌情况的计算，可以根据实际情况进行选择。

3、地表汇流模型

在SWMM中，汇流模型分为地表汇流模型和管道汇流模型，SWMM中地表汇流计算采用的是非线性的水库模型进行计算的。在水流连续性方程和曼宁公式的基础之上，SWMM则建立一个非线性水库来模拟地面径流的形成过程。它将子流域视为水深为d的水库。降水是该水库的输入部分，蒸发、土壤下渗和地表径流是水库的输出去部分。假设子流域输出口处的地表径流为水深(d-dp)为的均匀水流，水库的出流流量是水库水深的非线性函数。

4、管网汇流模型

SWMM中管道汇流模型是通过对渐变非恒定流的质量和动量方程的守恒控制(即圣维南流量方程组)来完成的。在SWMM中提供了3种流量演算方式，恒定流演算、运动波演算和动态波演算。

模型建立的过程如下：

1、数据的获取

(1)下垫面数据

城市区域图纸包括有建筑形状、面积，道路形状、长度等，管道长度、直径、坡度等数据。首先显示不同的图层，主要是建筑图层、道路图层、以及排水管道图层以及区域图层，分别导入ArcGIS中生成相应的shipfile线文件，同时利用ArcGIS的构造面工具，将线文件转换为面文件。由于在CAD图中中包含有坐标数据，所以在矢量化之后，可以直接利用ArcGIS中的几何计算得到各区域的面积数据。

(2)降水数据

降雨数据的是由中国气象数据网所下载的降水数据。选取重现期分别为1年、2年、5年、10年的典型降雨过程降雨数据。

2、子流域化

子流域化是将研究区域具有相同地理特性的区域划分为一块小区域，以点代替面来研究整个小区域的某一特性。根据设计图将整个研究区域划分为10个分区，划分步骤如下：

(1)根据研究区4条已知雨水管道线路，将研究区域划分为四个区域。

划分原则如下：

①就近原则，假设在流域内点上所产生的的径流优先流向最近的雨水汇集点；

②实地考察发现，房屋楼顶不透水面积上所产生的的径流是经由房屋前后两侧的管道所流向房屋前后的空地的。所以，在划分上，首先将房屋分为前后两侧；划分在前后两侧空地上，再采取就近原则划分。

(2)对四个大分区进行细化，得到10分区图，划分原则有：

1)在原有的四大分区的基础上，根据分区内每段雨水管网的汇水点当做初始的小流域流域出口，采取就近排放原则划分出N个小子流域；

2)考虑实地土地利用情况以及地理参数等，将N个小子流域划分为10个子分区。

3、管网概化

在资料中所给定的CAD设计图中已经给了管网数据，根据管网的坡度，直径等将10个子流域的出口到达流域出口的管道分成13条管道。

4、参数设定

SWMM的模型建立的最重要的一环是参数的设定，参数的设定决定着整个模型的建立成功与否，参数设定主要包括地表特征参数和管网特征参数。

(1)地表特征参数

地表特征参数主要包括不透水区域比例、特征宽度、地面洼蓄深、地表曼宁系数和土壤下渗参数f₀和f_c以及土地干燥时间，不透水区域比例由面积比值可确定，包括直接不透水面积比和总不透水面积比，根据SWMM手册，宽度定义为子汇水面积与地表漫流最长路径长度的比值。

(2)管网特征参数

管网特征参数包括管道曼宁系数、管道的几何参数以及水力参数由于为塑料闭合管道和混凝土管道，所以管道曼宁系数查询SWMM手册取值为均为0.011-0.015，在这里全部取值为0.013；

建立模型的模拟步骤如下：

根据前面的准备工作，首先在EPA-SWMM软件中绘出10个子流域以及13条管道和12个交叉点和1个流域出口，然后分别为子流域、管道、交叉点输入相应的的参数。

根据建立的模型，在不同的情景下进行模拟，分别是是传统上TIA的情景和设定DCIA的情景下的模拟。即在outlet和pervious两种出流方式的模拟。

TIA情形下的模拟

不考虑DCIA的情形下，流域的径流为不透水面积上的产流加上透水面积的产流，即为整个流域内的产流，在SWMM中OUTLET的出流方式(透水区域的产流和不透水区域的产流直接流向流域出口)即是以这个为原理而设置的。所以，在SWMM中可模拟出此方法下的径流。具体步骤如下：首先将全部子流域的Subarea Routing选择OUTLET方式，再分别将P＝1a、P＝2a、P＝5a、P＝10a的降雨数据导入SWMM，在雨量站的TIME SERIESDE：Series Name中选择不同降水数据进行模拟。

将模型的单位换成CMS(初始设置为CFS)，开始设置模型的各项参数参数，设置好模型参数之后，设定模型模拟的降雨-径流时间间隔为1分钟，模拟时长为6小时的系列，运行模型。观察模型是否运行成功，若运行失败，根据运行报告所显示的问题一一调试，直至模型运行成功。成功运行时得到模拟数据。

DCIA情形的模拟

若考虑DCIA，则在TIA中还有一部分间接不透水面积(ICIA)，此区域所产生的径流不是直接汇入流域出口的，而是汇入透水区域，再由透水区域调蓄之后，再产流，流向流域出口。在SWMM中，pervious出流方式代表着流域内不透水面积上所产生的径流先流向透水面积，再与透水面积上的径流一块流向流域出口，这与DCIA的设定不谋而合。假定研究区域内，ICIA的面积占比为100％(即DCIA占比为0％)，在SWMM中，所有子流域的出流方式均设置为pervious，运行程序，得到在不同重现期的降雨数据下模拟的径流结果。

根据所模拟的结果，分别从径流、入渗、径流系数等方面进行分析，从而评估DCIA和TIA的设定对于城市地区产流的影响。

径流分析

径流分析一般分析洪水过程线，就是其径流过程，它表述了河流径流的特征和运动的基本规律。以此，在SWMM的模拟结果中调出研究区域的径流产生，生成径流—时间图，以下以子流域S8为例，以不同重现期下的两种出流方式的径流过程线可以看出：(1)从流量过程线上看，伴随着重现期的增加，outlet和pervious两种出流方式的流量过程线的形状并无发生较大的改变，但是两种出流方式的径流产生时间缩短，即流域的平均汇流时间均减少；在同一重现期下，outlet出流模式下，流量过程线比较急促，而pervious出流模式下的流量过程线比较平缓。以outlet为出流方式的模拟结果得到的径流过程线的增长率先增大后减小，与现实中一般的洪水过程线的一般规律不符，而以pervious为出流模式下模拟的径流过程与实际情况吻合良好。同时pervious出流下，流域的产流时间变长。(2)从洪峰上看，伴随着重现期的增加，outlet和pervious两种出流方式的洪峰均与重现期正相关，而且洪峰持续时间与重现期负相关；在同一重现期下，outlet出流模式下洪峰流量比较大且洪峰靠前，而pervious出流模式下的洪峰流量相较于outlet出流方式小，并且洪峰靠后。(3)从总径流量上来看，伴随着重现期的增加，两种出流方式的总径流量随着重现期增加的增大；在同一重现期下，outlet出流模式下，总径流量比较大，而pervious出流模式下的总径流量比较。

入渗分析

入渗是指降落到地面上的雨水从地面渗入土壤内的现象。下渗是径流形成的重要环节，它是以此降水径流过程中的主要损失量，直接影响着降雨形成的径流量的大小。本实施例入渗分析分析入渗速率过程曲线、两种出流方式的入渗量以及入渗量与子流域不透水系数的关系，分析入渗速率过程曲线可以得出，随着重现期的增加，pervious和outlet两种出流方式的入渗速率也在增加，包括起始入渗速率以及入渗峰值。同时随着重现期的增加，两种出流方式在前期以相同速率入渗的时间也逐渐变短。同时入渗时间也在增加。在两种出流方式上，在降水前期，两种方式再前10分钟左右是以相同速率入渗的，随着时间的增加，以pervious的出流方式的下渗速率逐渐拉大以outlet的出流方式的下渗速率之差，过了峰值之后，pervious的下渗速率急速下降，在outlet的入渗速率到达峰值之前与之相交并继续快速下降，最后随着outlet的入渗速率一道减小，降水结束后两种出流方式仍然以均速入渗一段时间，最后outlet的入渗比pervious的入渗提前结束。

入渗量分析

本实施例分别研究outlet和pervious两种出流方式各个子流域区域在不同重现期所产生的入渗量，可以得出，随着重现期的增加，两种出流方式的入渗量都是增加的，且增加趋势是最逐渐放缓的；在两种出流方式上，以pervious的出流方式的入渗量相较于outlet的出流方式有所增加。

拟合对比

本实施例选取重现期为10a的pervious出流方式下，各子流域的入渗量与各子流域的不透水系数为研究点，在Origin中先绘出散点图，然后进行线性拟合，得到拟合的结果，以不透水系数为自变量，入渗量为因变量拟合时，拟合的方程为：y＝-75.20085x+.66.50862。其中拟合的R²为0.75829，可以认为入渗量与不透水系数之间是存在线性关系的，而且不透水系数越大，入渗量反而越小。

径流系数分析

径流系数是反映降雨和径流之间关系的参数，在雨洪控制利用系统的理论研究、规划、设计计算中应用广泛，在流域或区域的雨水径流总量、径流峰流量、流量过程线以及非点源污染物总量、各设施规模的计算中起着重要作用。本实施例先研究各子流域分别在两种出流模式下的不同重现期下的的径流系数变化，可以得出：在同一重现期下，pervious的出流方式比outlet的出流方式的径流系数要小，随着重现期的增加，两种出流方式的径流系数均出现上调的现象，pervious的上调速率要快，逐渐追上了outlet的出流方式。

本实施例以一个区域为研究对象，在SWMM中以两种不同的出流方式来模拟其不同重现期降水的径流过程，通过对比得到DCIA的设定对于区域产流的影响，结论如下：

(1)在径流方面，DCIA的设定使得流域内的径流过程线的形状变缓，洪峰流量与总径流量减小，产流时间增加，与实际情况吻合良好。为城市的低影响开发(low-impactdevelopment LID)应对城市内涝以及海绵城市建设有一定的参考。

(2)在入渗方面，DCIA的设定增加了降水时流域内的入渗量，入渗速率曲线提前，延长入渗过程。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种基于SWMM模型的城市水文模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)收集区域的基础资料，做好模型基础工作准备：包括地理信息提取、管网概化、子汇水区划分为分区、参数设定；

(2)采用ArcGIS平台，结合资料数据与实际测量结果，计算每一个分区的直接不透水面积DCIA和总不透水面积TIA；

(3)基于SWMM同时建立两种不同的模型情景，其中第一种模型情景是不考虑直接不透水面积DCIA，将所有面积视为总不透水面积TIA；第二种模型情景是考虑直接不透水面积DCIA；并将两种模型分别在不同重现期的降雨下模拟其降雨-产流过程：

第一种模型情景下，流域的径流为不透水面积上的产流加上透水面积的产流，即整个流域内的产流，在SWMM中全部分区的出流方式设定为透水区域的产流和不透水区域的产流直接流向流域出口，进行模拟操作；

第二种模型情景下，考虑直接不透水面积DCIA，在总不透水面积TIA中还有一部分间接不透水面积ICIA，此区域所产生的径流不是直接汇入流域出口的，而是汇入透水区域，再由透水区域调蓄之后，再产流，流向流域出口，在SWMM中全部分区的出流方式设定为不透水面积上所产生的径流先流向透水面积，再与透水面积上的径流一块流向流域出口，进行模拟操作；

(4)根据步骤(3)中两种模拟情景下得出的模拟结果，从径流、入渗、径流系数等方面进行分析，比较两种模拟情景下得出的模拟结果中径流过程线的形状、洪峰流量、总径流量、产流时间、入渗量以及入渗速率曲线等结果；

(5)将步骤(4)中的径流过程线的形状、洪峰流量、总径流量、产流时间、入渗量以及入渗速率曲线等结果分别与区域的基础资料所反映的历史实际情况进行比较，进而分析直接不透水面积DCIA和总不透水面积TIA的设定对于城市地区产流的影响。

2.根据权利要求1所述的城市水文模拟的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，

分区方法为：将区域具有相同地理特性的区域划分为一块小区域，以点代替面来研究整个区域的某一特性；

管网概化方法为：根据管网的坡度，直径等将各分区的出口到达流域出口的管道分成若干条条管道；

参数设定包括地表特征参数和管网特征参数，地表特征参数包括不透水区域比例、特征宽度、地面洼蓄深、地表曼宁系数和土壤下渗参数f₀和f_c以及土地干燥时间，不透水区域比例由面积比值可确定，包括直接不透水面积DCIA比和总不透水面积TIA比；管网特征参数包括管道曼宁系数、管道的几何参数以及水力参数。

3.一种实现权利要求1-2之任一项的模拟方法的基于SWMM模型的城市水文模拟系统，包括降雨洪水管理模型，其特征在于：所述模拟系统包括分别与降雨洪水管理模型相连的时变降水量单元、地表水蒸发单元、积雪与融雪单元、洼地截留量单元、土壤渗水量单元、地下水补给量单元、地下水与排水管交换水量单元、坡面汇流量单元、LID调控单元、区域编辑单元，所述模拟系统还包括存储模块、含水层编辑模块和地下水流量编辑模块，所述存储模块用于存储地图文件，所述区域编辑单元包括读取、编辑所述存储模块中的地图文件，所述时变降水量单元包括雨量计模块，所述地表水蒸发单元包括气象参数编辑模块，所述含水层编辑模块分别与洼地截留量单元、土壤渗水量单相连，所述地下水流量编辑模块分别与地下水补给量单元、地下水与排水管交换水量单元相连，所述LID调控单元包括对滞留、下渗和蒸发的调控。