《面向城市水文模擬的地表空間自動離散方法研究》是依託南京師範大學，由戴強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向城市水文模擬的地表空間自動離散方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：戴強
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
面向水文模擬的空間離散指將地表劃分成獨立的計算單元，在單元內部計算產流，單元之間計算匯流，它是水文模型的構建基礎。不同於流域水文模型主要基於自然地形的離散化（如使用自然子流域），城市水文模型離散需要考慮地形與人工設施的雙重影響。目前基於手動的空間離散方式不僅只能有限的描述城市地表水流過程，而且其過低的離散效率直接導致傳統流域水文模型重點研究的一些核心問題（如區域、數據與模型間的相互制約關係）很難在城市區域開展。本項目擬構建面向不同結構城市水文模型的地表空間自動離散方法，重點研究綜合自然及人工水流通道的城市匯水網路的生成方法、基於空間自動離散方法的多重精細化程度的城市水文模擬、空間離散單元與城市水文模擬系統的耦合方法等。在此基礎上，研究面向城市水文模擬的最優數據尺度選擇策略。課題研究可有效提高城市地表空間建模的效率與質量，促進多源多尺度數據在城市水文模型中的套用，從而推動城市水文模型的發展。
結題摘要
為體現區域內降雨徑流過程在時空上的不均勻性和可變性，城市水文模型的構建需要首先進行空間的離散化，即將整個研究區域離散成較小的空間單元。不同於流域水文模型主要基於自然地形的離散化，城市水文模型離散需要考慮地形與人工設施的雙重影響。 本項目在充分吸收借鑑前人研究成果的基礎上，針對不同結構城市水文模型，研究多尺度城市地表空間自動離散方法，取得如下主要進展。（1）基於GIS數據模型與空間分析，提取SWMM暴雨洪澇建模所需要的子流域空間與屬性信息，提出面向SWMM建模與顧及多要素的城市子流域自動劃分算法，並開發了相應原型系統；（2）利用二維水動力模型與SWMM模型耦合進行城市洪澇模擬，創建了TELEMAC2D-SWMM與LISFLOOD-SWMM兩種耦合模型；根據數據特點在模型中利用規則與不規則格網的空間離散，綜合城市建築物與路網等地物特徵，模擬城市在不同降雨條件下的洪澇情況；與LISFLOOD模型的開發團隊英國布里斯托大學開展深入合作，在英國布里斯托市與中國麗水市對耦合模型進行了驗證，並分析內澇背景下城市交通擁擠度的時空分布；結合雷達觀測降雨與城市水文模型，分析降雨觀測誤差的時空分布特徵，研究城市洪澇過程在不同降雨條件下的差異性；（3）借鑑管線“Stroke”模型實現雨水管網的概化和分級，分別從出水口流量、澇點分布、淹沒水深和範圍方面分析了城市地表空間離散程度與雨水管網複雜度對暴雨洪澇模擬精度的影響；基於耦合模型與改進差分進化算法，設計了雨水管網的最佳化方法。 在課題研究過程中，已發表SCI檢索科研論文5篇，1項國家授權發明專利處於實質審查中。項目負責人和主要參與人赴英國布里斯托大學開展了多次學術交流活動。參加國內外會議10餘次，發表會議摘要論文4篇，項目負責人在2018年美國地球物理協會（AGU）年會發起和主持了“城市自然災害的風險管理”分會場。培養畢業碩士研究生3人。
