具体技术细节
[0006] 为了解决上述的技术问题，本发明提出的一种地表与管网分布式的直接双向耦合方法，提出了一种新的直接双向耦合模式，即降雨（Rainfall）—地表（Overland）—管网（Sewer）的耦合模式，在该模式下，地表采用分布式的水文水动力学模型，降雨直接作用在地表栅格上，降雨产汇流和积水淹没均基于统一的地表栅格进行计算，同时地表模型与管网模型进行双向耦合。
[0007] 本发明的目的是提供一种地表与管网分布式的直接双向耦合方法，包括获取地表水文水动力数据，还包括以下步骤：步骤1：依据所述地表水文水动力数据生成地表模型和管网模型，所述地表模型为地表分布式水文水动力模型；
步骤2：在所述地表模型和所述管网模型的基础上，根据城市排水管网实际组成以及数据覆盖情况，构建地表模型与管网模型之间的耦合模式，所述耦合模式至少包括物理耦合和概念耦合。
[0008] 优选的是，所述地表水文水动力数据包括地表水深、地表流速、降雨强度、下渗强度、排水强度、摩阻、管道过流面积、管道内流量、管道内流速、水头和水力半径。
[0009] 在上述任一方案中优选的是，基于所述地表分布式水文水动力模型，降雨产汇流和地表积水均基于同一地表栅格进行计算，计算公式为：其中，是偏微分符号，t是时间，h是水深，u和v是x和y方向的流速，z是水位， r、f和c分别为降雨强度、下渗强度和排水强度，g为重力加速度，n是糙率系数， 为速度的模，且 。
[0010] 在上述任一方案中优选的是，所述管网模型为一维水动力模型，计算公式为：其中，A是管道过流面积，Q是流量，U是流速，Z是水头，且 ，R是水力半
径，H为水深。
[0011] 在上述任一方案中优选的是，所述物理耦合表示地表和管网之间根据雨水汇集的实际物理过程进行耦合。
[0012] 在上述任一方案中优选的是，所述物理耦合适用于排水管网资料完备较好的区域。
[0013] 在上述任一方案中优选的是，所述物理耦合的步骤包括以下子步骤：步骤201：将代表雨水篦子和检查井的管网节点与它所在的地表网格单元之间进行一对一的空间位置耦合；
步骤202：根据城市雨水排水系统中雨水篦子和检查井所承担的实际功能，对雨水篦子和检查井进行区别计算。
[0014] 在上述任一方案中优选的是，所述雨水篦子的计算方法包括水流方向和大小采用具有物理意义的堰流公式计算，其中，Qs为流量，Zg为地表水位，Zs为管网节点水头，m为堰流系数， 为淹没系数，L1为节点孔口周长，H1和H2为地表与节点水头差，A1为节点孔口面积。
[0015] 在上述任一方案中优选的是，所述检查井的计算方法包括只有当管网水头足够大顶开盖板，管网水流从检查井溢流进入地表，计算公式为：。
[0016] 在上述任一方案中优选的是，所述概念耦合是指地表网格单元与管网节点之间基于某一种经验关系而非物理过程进行耦合。
[0017] 在上述任一方案中优选的是所述概念耦合适用于排水管网资料缺失的区域。
[0018] 在上述任一方案中优选的是，所述概念耦合的步骤包括以下子步骤：步骤211：根据实地调研或者空间就近关系，确定每个区域的排水出口；
步骤212：根据排水出口节点的位置，指定地表网格单元对应的出口节点；
步骤213：根据该区域的设计排水能力，指定地表网格的排水能力Ci，同时考虑地表网格单元的水位和管网节点的水位，计算每个网格的实际排水速度ci。
[0019] 在上述任一方案中优选的是，所述每个网格的实际排水速度ci的计算公式为：其中，hi为第i个地表网格单元的水深；Ci为第i个地表网格单元的排水能力， 为时间步长。
[0020] 在上述任一方案中优选的是，每个概念耦合的节点接收概念排水的速度等于与其概念耦合的所有地表单元的排水速度和Qs，计算公式为：其中，Ai为第i个网格面积，ci为第i个网格的实际排水速度。
[0021] 本发明提出了一种地表与管网分布式的直接双向耦合方法，在实际城市暴雨洪水模拟过程中，将物理耦合与概念耦合相结合，对于管网资料详实的区域，采用物理耦合，对于管网资料不足的区域，采用概念耦合，可以更好地模拟地表洪水发生情况，评估地表洪水淹没风险。
法律保护范围
涉及权利要求数量10：其中独权1项，从权-1项
1.一种地表与管网分布式的直接双向耦合方法，包括获取地表水文水动力数据，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤1：依据所述地表水文水动力数据生成地表模型和管网模型，所述地表模型为地表分布式水文水动力模型；
步骤2：在所述地表模型和所述管网模型的基础上，根据城市排水管网实际组成以及数据覆盖情况，构建地表模型与管网模型之间的耦合模式，所述耦合模式至少包括物理耦合和概念耦合。
2.如权利要求1所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，基于所述地表分布式水文水动力模型，降雨产汇流和地表积水均基于同一地表栅格进行计算，计算公式为：
其中，是偏微分符号，t是时间，h是水深，u和v是x和y方向的流速，z是水位， r、f和c分别为降雨强度、下渗强度和排水强度，g为重力加速度，n是糙率系数， 为速度的模，且。
3.如权利要求2所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述管网模型为一维水动力模型，计算公式为：
其中，A是管道过流面积，Q是流量，U是流速，Z是水头，且 ，R是水力半径，H为水深。
4.如权利要求3所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述物理耦合表示地表和管网之间根据雨水汇集的实际物理过程进行耦合。
5.如权利要求4所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述物理耦合的步骤包括以下子步骤：
步骤201：将代表雨水篦子和检查井的管网节点与它所在的地表网格单元之间进行一对一的空间位置耦合；
步骤202：根据城市雨水排水系统中雨水篦子和检查井所承担的实际功能，对雨水篦子和检查井进行区别计算。
6.如权利要求5所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述雨水篦子的计算方法包括水流方向和大小采用具有物理意义的堰流公式计算，其中，Qs为流量，Zg为地表水位，Zs为管网节点水头，m为堰流系数， 为淹没系数，L1为节点孔口周长，H1和H2为地表与节点水头差，A1为节点孔口面积。
7.如权利要求6所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述检查井的计算方法包括只有当管网水头足够大顶开盖板，管网水流从检查井溢流进入地表，计算公式为：
。
8.如权利要求5所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述概念耦合是指地表网格单元与管网节点之间基于某一种经验关系而非物理过程进行耦合。
9.如权利要求8所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述概念耦合的步骤包括以下子步骤：
步骤211：根据实地调研或者空间就近关系，确定每个区域的排水出口；
步骤212：根据排水出口节点的位置，指定地表网格单元对应的出口节点；
步骤213：根据该区域的设计排水能力，指定地表网格的排水能力Ci，同时考虑地表网格单元的水位和管网节点的水位，计算每个网格的实际排水速度ci。
10.如权利要求9所述的地表与管网分布式的直接双向耦合方法，其特征在于，所述每个网格的实际排水速度ci的计算公式为：
其中，hi为第i个地表网格单元的水深；Ci为第i个地表网格单元的排水能力， 为时间步长。
