CN115510771A - 一种基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法 - Google Patents

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CN115510771A CN202210691546.0A CN202210691546A CN115510771A CN 115510771 A CN115510771 A CN 115510771A CN 202210691546 A CN202210691546 A CN 202210691546A CN 115510771 A CN115510771 A CN 115510771A
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周念清
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Abstract

本发明公开了一种基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，包括：采集研究区域内基础数据；通过基础数据构建管网水文水动力模型；通过基础数据构建基于栅格运算的地表漫流模型；将所述管网水文水动力模型和地表漫流模型进行耦合；对耦合后的模型验证后，进行雨涝积水分布与水深模拟预测。本发明结合了水文学、水动力学和GIS方法，建立了管网水文水动力模型和二维地表漫流模型，实现了排水管网和城市地表的双向水量交换，模拟预测结果更加准确、合理；采用基于栅格运算的二维水动力模型，通过求解简化的二维浅水方程，实现城市区域内涝淹没范围和积水深度的动态模拟，可以提升模型计算效率。

Description

一种基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法
技术领域
本发明涉及城市暴雨内涝数值模拟技术领域，尤其涉及一种基于水文水动 力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法。
背景技术
城市区域建筑物密布，道路纵横，形成了特殊的有别于自然流域的产汇流 特征。数值模拟可以更好地揭示城市暴雨内涝形成机理及演化过程，是内涝灾 害风险预警、评估的重要技术手段。国内外学者利用水文学、水动力学方法开 展了不少研究。基于水文学原理进行城市区域产汇流计算，结构简单、效率高， 但无法获取特定位置水力特征因素；基于水动力学方法求解一维圣维南方程和 二维浅水方程模拟城市排水管网和地表漫流，计算精度高，但效率较低。水文 水动力学方法的结合应用可以有效利用二者的优势，既有良好的水文学基础， 同时提高了计算效率。
地下排水管网与地表的水量交换是城市内涝数值模拟的一个关键问题。近 年来，地下管网和地表水流的双向交换问题得到了进一步深入的研究，一些商 用模型软件如InfoWorks ICM、Mike21、PCSWMM等也通过一、二维模型的耦 合实现雨涝过程的仿真模拟，但这些商业软件通常价格高昂，一定程度上限制 了其推广和应用，且模型的精细化程度与计算效率之间的矛盾也有待进一步解 决。基于栅格运算的二维水动力模型可以更加高效地利用数字高程模型(DEM) 数据，对于二维浅水方程的适度简化可以进一步平衡精细化模拟与计算效率的 矛盾，更好地适应城市内涝灾害快速风险评价和预警决策的需要。
对社区暴雨内涝情景进行精细化模拟分析，可以更好地理解、掌握城市暴 雨内涝机理，从而能够采取更加有效的应对措施。尽管已有不少城市内涝模拟 研究，但对于城市复杂社区环境下暴雨内涝过程的快速、准确模拟，尚缺乏广 泛应用、认可的模型方法。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较 佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或 省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略 不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方 法，解决目前对于复杂社区环境下暴雨内涝计算方法无法快速、精准、精简进 行预测，适用度不广泛的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括：
采集研究区域内基础数据；
通过基础数据构建管网水文水动力模型；
通过基础数据构建基于栅格运算的地表漫流模型；
将所述管网水文水动力模型和地表漫流模型进行耦合；
对耦合后的模型验证后，进行雨涝积水分布与水深模拟预测。
作为本发明所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法的 一种优选方案，其中：所述基础数据包括：水文数据、地面高程数据、土地利 用类型、排水管网、建筑物和道路分布数据。
作为本发明所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法的 一种优选方案，其中：所述水文数据包括：监测站点雨量过程、流量过程和积 水点数据。
作为本发明所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法的 一种优选方案，其中：所述排水管网数据包括检查井数据和管道数据，检查井 数据包含检查井编号、横纵坐标、井口地面标高、井深和直径，管道数据包含 管道起止节点、管底高程、管道断面形式和管道尺寸。
作为本发明所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法的一 种优选方案，其中：构建管网水文水动力模型包括：
提取排水管网数据，建立管网水动力模型；
根据研究区域地形和管网分布情况划分子汇水区，确定产汇流参数，建立 管网水文模型；
连接所述子汇水区与检查井，得到管网水文水动力模型。
作为本发明所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法的 一种优选方案，其中：所述构建基于栅格运算的地表漫流模型包括：
利用井口地面标高和建筑物、道路分布数据，修正生成地面高程模型；
对计算区域进行正交网格剖分和属性赋值；
确定计算区域的边界条件；
将地表漫流离散到正交网格上，求解简化的二维浅水方程：
Figure BDA0003700049620000031
Figure BDA0003700049620000032
Figure BDA0003700049620000033
其中，hi,j为i,j网格交界处的自由水面高度，m；t为时间，s；Δx和Δy为 网格尺寸；Qx和Qy分别表示x和y方向的流量，m3/s；hflow为相邻两个网格 间的水流深；n为曼宁系数。
作为本发明所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法的 一种优选方案，其中：所述耦合包括：
基于降雨过程数据，计算当前时间步的子汇水区径流量，假定径流量均通 过对应的检查井汇入地下管网；
通过检查井连接地下管网和地表网格单元，进行双向水量交换，具体为：
当管网节点水头hm大于该节点对应的地表网格水位h2d时，管网中水流由 节点溢出流出到地表，由SWMM计算该时间步长的节点溢流量；反之当h2d> hm时，地表水由节点回流入管网。
水量交换后，进行下一时间步的模型计算，依次类推，直至完成设定步长 数。
作为本发明所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法的 一种优选方案，其中：所述地表水由节点回流入管网，其中，回流量表示为：
当h2d>hz>hm时，节点回流量由自由堰流公式计算，
Figure BDA0003700049620000034
其中，Q为当前时间步长的节点回流量，m3/s；cw为堰流流量系数，取值 [0,1]；hz为井口地面高程；B为井口宽度，m；为重力加速度，m/s2；
当h2d>hm>hz且(h2d-hz)≤Am/B时，节点回流量由淹没堰流公式计 算，
Figure BDA0003700049620000041
其中，Am为井口面积，m2；
当h2d>hm>hz且(h2d-hz)>Am/B时，节点回流量由孔口流量公式计 算，
Figure BDA0003700049620000042
其中，co为孔口流量系数，取值[0,1]。
作为本发明所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法的 一种优选方案，其中：所述模型验证包括：
利用实测降雨过程模拟得到出水口流量过程以及地表积水深度、积水历时 和淹没范围，比较模拟结果和实测数据，若二者的误差满足设定要求，表明模 型的产汇流参数选取合理，模型精度较好。
作为本发明所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法的 一种优选方案，其中：所述模拟预测包括：
将预测降雨或设计暴雨过程输入模型，求解得到计算区域内涝淹没范围、 水深分布及其动态变化过程，在GIS环境实现模拟结果可视化。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明结合了水文学、水动力学和GIS方法的各自优点，建立了管 网水文水动力模型和二维地表漫流模型，实现了排水管网和城市地表的双向水 量交换，模拟预测结果更加准确、合理；
(2)本发明采用基于栅格运算的二维水动力模型，通过求解简化的二维 浅水方程，实现城市区域内涝淹没范围和积水深度的动态模拟，可以提升模型 计算效率，更好地满足城市社区内涝灾害快速风险评价和预警决策的需要。
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中所需 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性的前提下， 还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值 模拟方法的流程图；
图2为本发明一个实施例所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值 模拟方法的中研究区排水系统与子汇水区划分；
图3为本发明一个实施例所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值 模拟方法的实测降雨与模拟排水口流量过程；
图4为本发明一个实施例所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值 模拟方法的实测降雨模拟水深分布图；
图5为本发明一个实施例所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值 模拟方法的暴雨模拟水深分布90min示意图；
图6为本发明第一个实施例所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数 值模拟方法的暴雨模拟水深分布120min示意图；
图7为本发明第一个实施例所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数 值模拟方法的暴雨模拟水深分布150min示意图；
图8为本发明第一个实施例所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数 值模拟方法的暴雨模拟水深分布180min示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书 附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的 一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的 保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明 还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例 的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少 一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在 一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施 例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明， 表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例， 其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及 深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等 指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述 本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第 一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广 义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械 连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件 内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在 本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种基于水文水动力耦合模型 的社区雨涝数值模拟方法，包括：
S1：采集研究区域内基础数据；
更进一步的，基础数据包括：水文数据、地面高程数据、土地利用类型、 排水管网、建筑物和道路分布数据。
更进一步的，水文数据包括：监测站点雨量过程、流量过程和积水点数据。
更进一步的，排水管网数据包括检查井数据和管道数据，检查井数据包含 检查井编号、横纵坐标、井口地面标高、井深和直径，管道数据包含管道起止 节点、管底高程、管道断面形式和管道尺寸。
应说明的是，研究区域基础数据可以包含“内部”和“边界”的数据。
S2：通过基础数据构建管网水文水动力模型；
更进一步的，构建管网水文水动力模型包括：
提取排水管网数据，建立管网水动力模型；
根据研究区域地形和管网分布情况划分子汇水区，确定产汇流参数，建立 管网水文模型；
连接子汇水区与检查井，得到管网水文水动力模型。
应说明的是，管网水文水动力模型实现降雨产流过程模拟和一维管网汇流 过程模拟。其中，降雨产流过程模拟基于水文学方法计算各子汇水区径流、降 雨入渗等管网外部进流量，并作为一维管网汇流模拟的边界条件。
S3：通过基础数据构建基于栅格运算的地表漫流模型；
更进一步的，构建基于栅格运算的地表漫流模型包括，
利用井口地面标高和建筑物、道路分布数据，修正生成地面高程模型；
对计算区域进行正交网格剖分和属性赋值；
确定计算区域的边界条件；
将地表漫流离散到正交网格上，求解简化的二维浅水方程：
Figure BDA0003700049620000071
Figure BDA0003700049620000072
Figure BDA0003700049620000073
其中，hi,j为i,j网格交界处的自由水面高度，m；t为时间，s；Δx和Δy为 网格尺寸；Qx和Qy分别表示x和y方向的流量，m3/s；hflow为相邻两个网格 间的水流深；n为曼宁系数。
应说明的是，(基于栅格运算的地表漫流模型可以进一步平衡精细化模拟 与计算效率的矛盾，可利用地面高程模型数据快速构建二维水动力模型，准确 模拟计算每个栅格单元的水深和淹没历时。
S4：将管网水文水动力模型和地表漫流模型进行耦合；
更进一步的，耦合包括，
基于降雨过程数据，计算当前时间步的子汇水区径流量，假定径流量均通 过对应的检查井汇入地下管网；
通过检查井连接地下管网和地表网格单元，进行双向水量交换，具体为：
当管网节点水头hm大于该节点对应的地表网格水位h2d时，管网中水流由 节点溢出流出到地表，由SWMM计算该时间步长的节点溢流量；反之当h2d> hm时，地表水由节点回流入管网。
水量交换后，进行下一时间步的模型计算，依次类推，直至完成设定步长 数。
更进一步的，地表水由节点回流入管网，其中，回流量表示为：
当h2d>hz>hm时，节点回流量由自由堰流公式计算，
Figure BDA0003700049620000081
其中，Q为当前时间步长的节点回流量，m3/s；cw为堰流流量系数，取值 [0,1]；hz为井口地面高程；B为井口宽度，m；为重力加速度，m/s2；
当h2d>hm>hz且(h2d-hz)≤Am/B时，节点回流量由淹没堰流公式计 算，
Figure BDA0003700049620000082
其中，Am为井口面积，m2；
当h2d>hm>hz且(h2d-hz)>Am/B时，节点回流量由孔口流量公式计 算，
Figure BDA0003700049620000083
其中，co为孔口流量系数，取值[0,1]。
应说明的是，此步骤通过耦合管网水文水动力模型和地表漫流模型，实现 地表和地下管网的双向流量交互，与通过管网节点溢流驱动地表二维模型计算 的常规方法相比，双向耦合模式更符合城市内涝实际情况。
S5：对耦合后的模型验证后，进行雨涝积水分布与水深模拟预测。
更进一步的，模型验证包括，
利用实测降雨过程模拟得到出水口流量过程以及地表积水深度、积水历时 和淹没范围，比较模拟结果和实测数据，若二者的误差满足设定要求，表明模 型的产汇流参数选取合理，模型精度较好。
应说明的是，作为一种优选方式，通过调整所建立模型中的下渗参数和糙 率，求解得到出水口流量过程以及地表积水深度、积水历时和淹没范围，利用 实测数据进行验证，使模拟结果与实测结果的误差满足一定要求，实现对模型 参数的率定。具体地，可以为：出水口流量误差控制在20％之内，积水深度和 积水历时误差控制在25％以内，淹没面积误差控制在30％以内，即确定模型中 的下渗参数和糙率，否则再次调整参数，进行重新率定。
更进一步的，模拟预测包括，
将预测降雨或设计暴雨过程输入模型，求解得到计算区域内涝淹没范围、 水深分布及其动态变化过程，在GIS环境实现模拟结果可视化。为城市社区暴 雨内涝灾害风险评估和预警提供决策依据。
实施例2
参照图2-8，为本发明的一个实施例，提供了一种基于水文水动力耦合模 型的社区雨涝数值模拟方法，为了验证其有益效果，提供以上海市浦东新区洋 山港保税区为计算区域进行实例说明。
S1：采集研究区域内基础数据；
研究区位于上海东南角，临近大海、地势低平、高程落差小，总面积约5km2。 区内建筑物密集，地面硬化程度高，遭遇暴雨时易积水。
根据暴雨内涝建模需求，采集了研究区水文数据、土地利用类型、排水管 网、建筑物分布和地面高程数据。其中，水文数据包括监测站点雨量过程和历 史积水点数据；排水管网数据包括检查井数据和管道数据，其中检查井数据包 含检查井编号、横纵坐标、井口地面高程、井深和直径，管道数据包含管道起 止节点、管底高程、管道断面形式和管道尺寸。
S2：通过基础数据构建管网水文水动力模型；
提取研究区排水管道和检查井，排除部分重合的管道和节点，剔除管径小 于设定值的外层支管，对管网进行拓扑关系检查与重建，建立一维管网水动力 模型，通过连续性方程和动量方程联立求解：
Figure BDA0003700049620000091
Figure BDA0003700049620000092
式中：Q为管道中的流量，m3/s；A为过流断面的面积，m2；q为横向流量， m3/s；S0为管道坡度，P为湿周长，m；n为曼宁摩擦系数，h是水流深度，m。
根据研究区域地形和管网拓扑情况，利用泰森多边形完成子汇水区划分， 确保每个子汇水区对应一个检查井，基于GIS计算提取各子汇水区的特征宽度、 坡度、不透水率等重要产汇流参数，通过实测数据率定子汇水区下渗参数，建 立管网水文模型。
以子汇水区为单元，根据降雨过程数据计算径流量，连接子汇水区与检查 井，即假定各个子汇水区降雨产生的径流量均通过对应的检查井汇入地下管网， 得到管网水文水动力模型。
图2给出了研究区排水系统与子汇水区划分结果，模型概化后共有节点942 个，排水通道976条，重力排水口5个，泵站排水口2个。
S3：通过基础数据构建基于栅格运算的地表漫流模型；
利用收集到的高程点数据，结合管网井口地面标高信息，采用反距离加权 平均插值法(IDW)生成研究区DEM模型。城市下垫面建筑物密布，道路纵横， 考虑到建筑物阻水和道路行洪，利用建筑物和道路分布数据，进一步修正地面 高程，得到修正后的DEM。
采用2m×2m正交网格对计算区域进行剖分，并根据下垫面土地利用类型赋 予各网格单元相应的糙率。确定计算区域的边界条件，包括上游入流边界条件、 下游出游边界条件，管网溢流节点及流量过程作为点源时变边界驱动二维模型 的计算。
将地表漫流离散到正交网格上，通过求解简化的浅水方程模拟地表二维流 动，其对应的连续性方程和动量方程表示为：
Figure BDA0003700049620000101
Figure BDA0003700049620000102
Figure BDA0003700049620000103
其中，hi,j为i,j网格交界处的自由水面高度，m；t为时间，s；Δx和Δy为 网格尺寸；Qx和Qy分别表示x和y方向的流量，m3/s；hflow为相邻两个网格 间的水流深；n为曼宁系数。
S4：将管网水文水动力模型和地表漫流模型进行耦合；
管网水文水动力模型与地表漫流模型的耦合方法及过程如下：
①基于降雨过程数据，计算当前时间步子汇水区径流量，假定径流量均通 过对应的检查井汇入地下管网；
②通过检查井连接管网和地表网格单元，进行双向水量交换，具体为：当 管网节点水头hm大于该节点对应的地表网格水位h2d时，管网中水流由节点溢 出流出到地表；反之当h2d>hm时，地表水由节点回流入管网。
进一步地，管网节点溢流量由SWMM模型计算，回流量则由堰流公式或 孔口流量公式计算，具体如下：
当h2d>hz>hm时，节点回流量由自由堰流公式计算，
Figure BDA0003700049620000111
其中，Q当前时间步长的节点回流量，m3/s；cw为堰流流量系数，取值[0,1]； hz为井口地面高程；B为井口宽度，m；g为重力加速度，m/s2。
当h2d>hm>hz且(h2d-hz)≤Am/B时，节点回流量由淹没堰流公式计算，
Figure BDA0003700049620000112
其中，Am为井口面积，m2。
当h2d>hm>hz且(h2d-hz)>Am/B时，节点回流量由孔口流量公式计算，
Figure BDA0003700049620000113
其中，co为孔口流量系数，取值[0,1]。
③水量交换后，进行下一时间步的模型计算，依次类推，直至完成设定步 长数。
S5：对耦合后的模型验证后，进行雨涝积水分布与水深模拟预测。
采用2013年9月13日上海特大暴雨的降雨数据对模型的合理性进行检 验。该场次降雨为短时强降雨，降雨主要集中在15：30—17：30。将降雨过 程数据输入模型，模拟得到排水口流量过程(见图3)和计算区域最大水深分 布(图4)。图3中排水口流量过程基本上反映了城市小尺度流域雨洪特征， 但由于缺乏实测流量数据，无法直接检验模型精度。对比模拟水深和实测积水 点分布，模拟结果与实际情况总体上比较相符，说明所构建的暴雨内涝模型在 研究区具有较好的适用性。
将预测降雨或设计暴雨过程输入模型，模拟得到计算区域内涝淹没范围、 水深分布及其动态变化过程，并在GIS环境实现模拟结果可视化，为城市社区 暴雨内涝灾害风险评估和预警提供决策依据。
不同重现期短历时设计暴雨情景下采用上海市暴雨强度公式：
Figure BDA0003700049620000114
式中，i为设计降雨强度，L/(s·ha)；P为设计降雨重现期，a；t为降雨历时， min。采用芝加哥雨型，降雨历时为2hr，模拟时长4hr。
图5-8给出20年一遇设计降雨情景下研究区暴雨内涝积水及消退的过程。 通过耦合一维管网汇流和二维地表漫流，可以定量计算管网节点溢流和回流， 更加准确地描述城市社区雨涝淹没动态过程。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可 以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精 神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，其特征在于，包括：
采集研究区域基础数据；
通过基础数据构建管网水文水动力模型；
通过基础数据构建基于栅格运算的地表漫流模型；
将所述管网水文水动力模型和地表漫流模型进行耦合；
对耦合后的模型验证后，进行雨涝积水分布与水深模拟预测。
2.如权利要求1所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，其特征在于，所述基础数据包括：水文数据、地面高程数据、土地利用类型、排水管网、建筑物和道路分布数据。
3.如权利要求2所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，其特征在于，所述水文数据包括：监测站点雨量过程、流量过程和积水点数据。
4.如权利要求2或3所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，其特征在于，所述排水管网数据包括检查井数据和管道数据，检查井数据包含检查井编号、横纵坐标、井口地面标高、井深和直径，管道数据包含管道起止节点、管底高程、管道断面形式和管道尺寸。
5.如权利要求4所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，其特征在于，构建管网水文水动力模型包括：
提取排水管网数据，建立管网水动力模型；
根据研究区域地形和管网分布情况划分子汇水区，确定产汇流参数，建立管网水文模型；
连接所述子汇水区与检查井，得到管网水文水动力模型。
6.如权利要求5所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，其特征在于，所述构建基于栅格运算的地表漫流模型包括：
利用井口地面标高和建筑物、道路分布数据，修正生成地面高程模型；
对计算区域进行正交网格剖分和属性赋值；
确定计算区域的边界条件；
将地表漫流离散到正交网格上，求解简化的二维浅水方程：
Figure FDA0003700049610000011
Figure FDA0003700049610000021
Figure FDA0003700049610000022
其中，hi,j为i,j网格交界处的自由水面高度，m；t为时间，s；Δx和Δy为网格尺寸；Qx和Qy分别表示x和y方向的流量，m3/s；hflow为相邻两个网格间的水流深；n为曼宁系数。
7.如权利要求6所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，其特征在于，所述耦合包括：
基于降雨过程数据，计算当前时间步的子汇水区径流量，假定径流量均通过对应的检查井汇入地下管网；
通过检查井连接地下管网和地表网格单元，进行双向水量交换，具体为：
当管网节点水头hm大于该节点对应的地表网格水位h2d时，管网中水流由节点溢出流出到地表，由SWMM计算该时间步长的节点溢流量；反之当h2d>hm时，地表水由节点回流入管网。
水量交换后，进行下一时间步的模型计算，依次类推，直至完成设定步长数。
8.如权利要求7所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，其特征在于，所述地表水由节点回流入管网，其中，回流量表示为：
当h2d>hz>hm时，节点回流量由自由堰流公式计算，
Figure FDA0003700049610000023
其中，Q为当前时间步长的节点回流量，m3/s；cw为堰流流量系数，取值[0,1]；hz为井口地面高程；B为井口宽度，m；为重力加速度，m/s2；
当h2d>hm>hz且(h2d-hz)≤Am/B时，节点回流量由淹没堰流公式计算，
Figure FDA0003700049610000024
其中，Am为井口面积，m2；
当h2d>hm>hz且(h2d-hz)>Am/B时，节点回流量由孔口流量公式计算，
Figure FDA0003700049610000025
其中，co为孔口流量系数，取值[0,1]。
9.如权利要求8所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，其特征在于，所述模型验证包括：
利用实测降雨过程模拟得到出水口流量过程以及地表积水深度、积水历时和淹没范围，比较模拟结果和实测数据，若二者的误差满足设定要求，表明模型的产汇流参数选取合理，模型精度较好。
10.如权利要求8或9所述的基于水文水动力耦合模型的社区雨涝数值模拟方法，其特征在于，所述模拟预测包括：
将预测降雨或设计暴雨过程输入模型，求解得到计算区域内涝淹没范围、水深分布及其动态变化过程，在GIS环境实现模拟结果可视化。
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