(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211092442.4 (22)申请日 2022.09.08 (71)申请人 中国水利水电科 学研究院 地址 100038 北京市海淀区复兴 路甲一号 (72)发明人 张红萍　郝晓丽　刘舒　李敏　 胡昌伟　臧文斌　郑敬伟　徐美　 赵宏辉　柴福鑫　任汉承　彭锋　 (74)专利代理 机构 北京驰纳南熙知识产权代理 有限公司 1 1999 专利代理师 马栋敏 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/05(2011.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 113/14(2020.01) (54)发明名称 一种多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟 方法 (57)摘要 本发明提供一种多尺度分层耦合的城市暴 雨洪涝模拟方法， 包括获取洪水数据， 还包括以 下步骤： 搭建多尺度分层耦合模拟技术架构， 采 用粗细两种尺度的计算单元， 粗尺度计算单元称 为超级网格， 细尺度计算单元称为精细网格； 将 精细网格置于底层， 将超级网格置于上层， 并将 超级网格和精细网格进行分层 耦合； 将洪水数据 带入到多尺度分层耦合模拟技术架构进行模拟 计算， 根据区域洪涝淹没发生的情况， 在超级网 格和精细网格进行自动切换。 本发 明采用粗细两 种尺度的计算单元， 在非必要区域或非必要时段 采用较大尺度的计算单元， 仅 在必要区域和必要 时段切换至精细尺度的计算单元， 并且粗细两种 尺度计算单 元进行分层耦合和实时切换。 权利要求书2页 说明书9页 附图8页 CN 115186517 A 2022.10.14 CN 115186517 A 1.一种多尺度分层耦合的城市暴雨洪 涝模拟方法， 包括获取洪水数据， 其特征在于， 还 包括以下步骤： 步骤1： 搭建多尺度分层耦合模拟技术架构， 采用粗细两种尺度的计算单元， 粗尺度计 算单元称为精细网格， 细尺度计算单 元称为超级网格； 步骤2： 将所述精细网格置于底层， 将所述超级网格置于上层， 并将所述超级网格和所 述精细网格进 行分层耦合， 所述分层耦合包括所述超级网格和所述精细网格在空间层面的 耦合和时间层面的切换； 步骤3： 将所述洪水数据 带入到所述多尺度分层耦合模拟技术架构进行模拟计算， 根据 区域洪涝淹没发生的情况， 在所述超级网格和所述精细网格进行自动切换。 2.如权利要求1所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法， 其特征在于， 所述精 细网格是指按照地表二 维模型建模要求， 将地表剖分成二 维网格， 构建地表、 管网和河网完 全耦合的全分布式暴 雨洪涝模型。 3.如权利要求2所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法， 其特征在于， 所述精 细网格用于未 形成地表 洪涝淹没区域或时段的降雨产汇流计算。 4.如权利要求1所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法， 其特征在于， 所述超 级网格是指根据地表地形、 建筑物分布、 排水关系和历史洪涝发生情况将地表进行划分的 计算单元， 所述超级网格的尺度是 所述精细网格的尺度的N 倍， 其中， N>1。 5.如权利要求4所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法， 其特征在于， 所述超 级网格用于已经 形成地表 洪涝淹没区域和时段的降雨产汇流计算。 6.如权利要求1所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法， 其特征在于， 所述空 间层面的耦合方法包括： （1） 超级网格与内部精细网格之间的拓扑关系， 即每个超级网格内部包含的精细网格 的数量及编号； （2） 超级网格与周边精细网格之间的拓扑关系， 即每个超级网格周边相邻的精细网格 的数量及编号； （3） 超级网格与管网节点之间的拓扑关系， 即每个超级网格径流汇入的管网节点编号 及分流比例； （4） 超级网格与河网节点之间的拓扑关系， 即每个超级网格径流汇入的河网节点编号 及分流比例。 7.如权利要求1所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法， 其特征在于， 所述步 骤3包括在 模拟计算过程中， 优 先采用超级网格计算降雨产 汇流， 并实时监控超级网格的积 水深度或水量， 当某个超级网格有可能发生洪涝淹没时， 自动切换至精细网格， 并采用精细 网格进行计算。 8.如权利要求7所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法， 其特征在于， 所述 时 间层面的切换 方法包括： （1） 在计算初期尚未发生洪涝时， 默认优先启用超级网格计算单元， 被超级网格覆盖的 精细网格暂不 参与计算； （2） 随着计算时间的推进， 若某个超级网格内的水深或水量达到一定的阈值且降雨持 续， 即预示该超级网格可能出现洪涝淹没， 则暂停该超级网格的计算， 同时启动该超级网格权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186517 A 2内部精细网格 计算， 并根据超级网格的水量给精细网格设置初始水深； （3） 随着时间进一步推进， 若降雨停止， 且某个区域的精细网格 内积水深度小于某个阈 值， 则暂停该区域的精细网格计算， 同时启动对应的超级网格计算， 并根据该区域内精细网 格的总水量， 给对应的超级网格设置初始水深或水量。 9.如权利要求8所述的多尺度分层耦合的城市暴雨洪涝模拟方法， 其特征在于， 所述超 级网格通过 水位‑容积进行计算， 公式为： 其中， 为第t+△t时刻超级网格与相邻网格之间的单元边 j上的单宽流量， n为糙 率，hj为第t时刻超级 网格与相邻网格之间的单元边 j上的水深， Sj为第t时刻超级网格与相 邻网格之 间的单元边 j上的底坡， 为第t+△t时刻超级网格单元 i的水量，hi为第t时刻 超级网格单元 i的水深，Ai为第t时刻超级网格单元 i的面积，qj为第t时刻超级网格与相邻网 格之间的单元边 j上的单宽流量， △L为单元边长度， ri为第t时刻超级网格单元 i降雨强度， fi为第t时刻超级网格单元 i下渗强度， ci为第t时刻超级网格单元 i排水强度， 为第t+ △t时刻超级网格单 元i的水深，Fi为第t时刻超级网格单 元i的容积‑水位函数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186517 A 3