專(zhuān)利名稱(chēng)：城市排水管網(wǎng)在線水力模型建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)在線模型建模方法，屬于市政工程信息技術(shù)
領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全球氣候變化和城市化進(jìn)程的加劇使得城市洪澇災(zāi)害日益嚴(yán)重，近些年來(lái)國(guó)內(nèi) 大、中城市屢遭暴雨洪澇災(zāi)害侵襲，損失嚴(yán)重。城市地區(qū)的特殊性使得城市暴雨洪澇災(zāi) 害不同于江河洪水，城市暴雨洪澇具有爆發(fā)突然，損失巨大的特點(diǎn)。城市區(qū)域排水管網(wǎng) 是人工設(shè)計(jì)、鋪設(shè)的管渠系統(tǒng)。在大中城市管網(wǎng)規(guī)模龐大，增加了防治洪澇災(zāi)害的難 度。 排水管網(wǎng)模型是用來(lái)模擬城市排水系統(tǒng)運(yùn)行能力的有效工具，它與江河模型基 礎(chǔ)計(jì)算原理相似，但計(jì)算復(fù)雜度高于江河模型，中等規(guī)模城市排水管網(wǎng)模型可達(dá)幾千根 計(jì)算管段(求解方程數(shù))。長(zhǎng)期以來(lái)，城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理由市政給排水專(zhuān)業(yè)人員負(fù) 責(zé)，因此，城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)洪澇災(zāi)害防治屬于市政工程學(xué)科研究領(lǐng)域，是研究城市區(qū) 域內(nèi)小尺度微觀模型，關(guān)注于排水管網(wǎng)各管段和各檢查井的洪澇災(zāi)害情況，這與與水利 學(xué)科研究略有不同。 目前，國(guó)內(nèi)外通用的排水管網(wǎng)模型是基于事件模擬的模型，即可以模擬整個(gè)降 雨過(guò)程的徑流排除情況，即稱(chēng)之為排水事件模型，而適用于降雨期間在線預(yù)報(bào)排水管網(wǎng) 未來(lái)若干時(shí)段降雨徑流排除情況的模型研究較少。事件模型用于根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)評(píng)估排 水系統(tǒng)的排除能力并分析洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。但是，由于事件模型只能模擬給定情形下完整的降 雨徑流過(guò)程，事件模型就不能用于長(zhǎng)期在線水情、汛情預(yù)測(cè)。與之不同的是，排水管網(wǎng) 在線模型系統(tǒng)卻能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)測(cè)降雨期間模擬區(qū)域洪水演變過(guò)程。
事件模型構(gòu)建的洪災(zāi)預(yù)報(bào)模型系統(tǒng)是遵循"事件累加"的原則，即在輸入新的 降雨數(shù)據(jù)后，模型重新進(jìn)行自降雨開(kāi)始至當(dāng)前時(shí)刻整個(gè)降雨過(guò)程的模擬計(jì)算，并模擬完 成整個(gè)退水過(guò)程。新的降雨數(shù)據(jù)不斷輸入，模型不斷從降雨開(kāi)始時(shí)刻重新進(jìn)行模擬，模 型不斷向用戶(hù)提供計(jì)算結(jié)果，完成模擬預(yù)報(bào)功能。但是，用戶(hù)關(guān)心的總是當(dāng)前時(shí)刻之后 的退水過(guò)程。因此，最后提供給用戶(hù)的模擬結(jié)果是當(dāng)前時(shí)刻之后的全部計(jì)算結(jié)果，當(dāng)前 時(shí)刻之前的計(jì)算結(jié)果只是模型計(jì)算所需，用戶(hù)已經(jīng)在之前的模擬中知曉了這些結(jié)果。這 樣就是事件模型的一個(gè)缺點(diǎn)，即不能進(jìn)行長(zhǎng)期在線模擬。隨著模型運(yùn)行時(shí)間的增加，模 型計(jì)算時(shí)間也不斷增加。當(dāng)模型模擬計(jì)算所需要的時(shí)間超過(guò)降雨數(shù)據(jù)輸入的時(shí)間間隔 時(shí)，就無(wú)法完成在線預(yù)報(bào)功能。(注模擬耗時(shí)也與排水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模有關(guān)，系統(tǒng)越大， 耗時(shí)越長(zhǎng)。)因此，用事件模型構(gòu)建的系統(tǒng)僅適用于單場(chǎng)或短歷時(shí)降雨的情形。而在線 水力模型每次預(yù)報(bào)計(jì)算都是以當(dāng)前輸入的新降雨量時(shí)刻的管網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)開(kāi)始重新進(jìn)行模 擬，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 另外，在水利科學(xué)領(lǐng)域現(xiàn)有的在線模型的應(yīng)用范圍和特征不同于本發(fā)明的排水 管網(wǎng)在線模型。水利在線模型應(yīng)用于江、河等自然水系流域的洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，而本發(fā)明
4排水管網(wǎng)在線模型是針對(duì)城市地區(qū)排水系統(tǒng)的建模應(yīng)用的。另外，水利在線模型預(yù)報(bào)成 果通常是江、河某特定斷面的水力特征值，而本發(fā)明排水管網(wǎng)在線模型預(yù)報(bào)成果是整個(gè) 城市排水管網(wǎng)任何管網(wǎng)部件處的水力特征值(流量、流速、水位等)。因此，本發(fā)明的在 線模型在功能和計(jì)算復(fù)雜度上都高于江河水利模型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供城市排水管網(wǎng)在線水力模型建模方法，該方法克服常規(guī) 排水管網(wǎng)事件模型建模在模擬城市洪水中只能模擬完整降雨事件，不能模擬實(shí)時(shí)降雨事 件的不足。該在線水力模型建模方法可以構(gòu)建城市排水管網(wǎng)在線模型，并實(shí)現(xiàn)不斷向在 線模型輸入實(shí)時(shí)降雨數(shù)據(jù)，模型進(jìn)行模擬計(jì)算，同時(shí)，模型不斷向用戶(hù)提供排水管網(wǎng)系 統(tǒng)未來(lái)整個(gè)退水過(guò)程的模擬計(jì)算數(shù)據(jù)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)水情，及時(shí)預(yù)警的作用。
本發(fā)明通過(guò)軟件工程、數(shù)學(xué)建模、計(jì)算流體力學(xué)等科技手段，建立了城市排水 管網(wǎng)在線水力模型建模方法，利用該模型可以實(shí)時(shí)有效地預(yù)報(bào)城市洪水的產(chǎn)生、變化過(guò) 程，為城市防汛決策提供技術(shù)支持。 本發(fā)明提出的排水管網(wǎng)在線水力模型建模方法，其基本原理在于它是基于 "繼承"的原則進(jìn)行模擬計(jì)算的在線模型，其實(shí)現(xiàn)理論基礎(chǔ)是模型計(jì)算過(guò)程中數(shù)據(jù)流的 "時(shí)空分離"(時(shí)——時(shí)間步長(zhǎng)級(jí)迭代計(jì)算，空——空間各系統(tǒng)組成的迭代計(jì)算)。在線 模型在有新的降雨數(shù)據(jù)輸入時(shí)，都是以當(dāng)前時(shí)刻排水系統(tǒng)狀態(tài)為計(jì)算起點(diǎn)，進(jìn)行未來(lái)退 水過(guò)程模擬計(jì)算。因此，在線模型每次計(jì)算的模擬時(shí)間都是相同的，這樣避免了模型模 擬耗時(shí)超過(guò)降雨數(shù)據(jù)輸入的時(shí)間間隔的問(wèn)題，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線模 擬，具體原理見(jiàn)附圖l。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明的一種城市排水管網(wǎng)在線水力模型建模方法，包括模型輸入模塊、模型 計(jì)算引擎主模塊、模型輸出模塊以及模型控制模塊，其特征在于該方法建模步驟如 下 (l)基于地理信息系統(tǒng)的城市排水管網(wǎng)水力模型的建立，具體包括
a.建立基于地理信息系統(tǒng)的排水管網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù) 排水管網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在線水力模型所需的檢查井、管道、泵站、堰、排水 口、雨水池等靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)紙質(zhì)技術(shù)檔案、CAD電子圖紙、實(shí)際勘 察技術(shù)報(bào)告等形式轉(zhuǎn)入地理信息系統(tǒng)。這些靜態(tài)數(shù)據(jù)將作為在線模型輸入模塊的數(shù)據(jù)源 在建模中使用。b.創(chuàng)建管網(wǎng)事件水力模型 按照排水管網(wǎng)水力模型組建要求，創(chuàng)建管網(wǎng)事件模型。事件模型由4個(gè)子模 塊組成，分別是模型初始化子模塊、步長(zhǎng)計(jì)算子模塊、計(jì)算控制子模塊、模型終止子模 塊，見(jiàn)附圖3。 (2)率定管網(wǎng)事件水力模型 在將排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)錄入事件水力模型后，僅模型的管網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)與實(shí)際管網(wǎng)一 致，為了使模擬結(jié)果與管網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際情況一致，必須對(duì)水力模型進(jìn)行率定，調(diào)整模型中 匯水區(qū)與管網(wǎng)參數(shù)，使得模型結(jié)果吻合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。管網(wǎng)模型需率定參數(shù)一般較多，需要采用數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行率定。 (3)在線模型控制模塊的建立 在線水力模型是在線模型建模的計(jì)算引擎部分，在線建模的實(shí)現(xiàn)需要在線模型 控制模塊的建立。本發(fā)明采用Delphi工具構(gòu)建在線模型控制模塊，模型控制運(yùn)行流程見(jiàn) 附圖4。 (4)在線水力模型的建立 對(duì)排水管網(wǎng)事件水力模型進(jìn)行在線化改造成為在線模型計(jì)算引擎主模塊，將事 件計(jì)算引擎主模塊中步長(zhǎng)計(jì)算子模塊進(jìn)行時(shí)間-空間計(jì)算分離，在特定時(shí)間點(diǎn)處(如5分 鐘時(shí)刻)保存管網(wǎng)模型狀態(tài)數(shù)據(jù)文件。模型狀態(tài)數(shù)據(jù)文件是在線模型運(yùn)行的關(guān)鍵，保存了 輸入新降雨數(shù)據(jù)時(shí)刻后特定時(shí)間點(diǎn)處匯水區(qū)和管網(wǎng)的狀態(tài)參數(shù)值。當(dāng)新的降雨數(shù)據(jù)輸入 后，在線模型即可以中間狀態(tài)文件確定的系統(tǒng)狀態(tài)開(kāi)始新的模擬計(jì)算。模型狀態(tài)數(shù)據(jù)文 件保存的狀態(tài)參數(shù)是與模擬計(jì)算有關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)分別是滲透曲線時(shí)間、各匯 水區(qū)當(dāng)前時(shí)刻出流流量、各匯水區(qū)前一計(jì)算時(shí)刻出流流量、其它匯水區(qū)入流徑流量、各 匯水區(qū)當(dāng)前時(shí)刻積水深度、各檢查井處當(dāng)前時(shí)刻積水深度、各管道內(nèi)當(dāng)前時(shí)刻流量。在 當(dāng)前模型模擬計(jì)算完畢后，在線模型計(jì)算引擎自動(dòng)生成新的模型狀態(tài)數(shù)據(jù)文件，為后續(xù) 模擬計(jì)算做好準(zhǔn)備。總之，在線水力模型運(yùn)行方式是在控制模塊的控制下，以當(dāng)前排水 管網(wǎng)狀態(tài)為計(jì)算起點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算，預(yù)報(bào)未來(lái)若干時(shí)期的排水管網(wǎng)水情，最終當(dāng)前次模型計(jì) 算結(jié)束后，自動(dòng)保存下次預(yù)報(bào)模擬所需的模型狀態(tài)數(shù)據(jù)文件，從而周而復(fù)始實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在 線運(yùn)行，具體在線模型計(jì)算引擎主模塊組成見(jiàn)附圖5。
(5)在線模型實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)水情的實(shí)現(xiàn) 在線模型系統(tǒng)在用戶(hù)計(jì)算機(jī)上安裝運(yùn)行，不斷接收、處理實(shí)時(shí)降雨量監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)，通過(guò)在線水力模型模擬計(jì)算，并通過(guò)模型輸出模塊不斷預(yù)報(bào)未來(lái)若干時(shí)段排水管網(wǎng) 水情數(shù)據(jù)(水深、流量、流速)。 所述的模型輸入模塊包括靜態(tài)數(shù)據(jù)輸入子模塊和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸入子模塊。靜態(tài)數(shù) 據(jù)子模塊提供①排水檢查井的井底、井蓋處高程，井深，井型，井筒直徑等參數(shù)；② 排水管道管長(zhǎng)、管徑、管材、管道斷面尺寸、管壁摩擦特征等參數(shù)；③雨水池池底部高 程，水池尺寸，進(jìn)、出口高程，設(shè)計(jì)水位等參數(shù)； 堰的類(lèi)型、堰頂、底高程、堰頂寬 度等參數(shù)；⑤泵站水泵機(jī)組型號(hào)、進(jìn)、出水口高程等參數(shù)⑥排出口類(lèi)型、底部高程、排 出口尺寸等參數(shù)；⑦整個(gè)排水管網(wǎng)系統(tǒng)空間拓?fù)潢P(guān)聯(lián)信息。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸入子模塊提供 ①泵站運(yùn)行參數(shù)；②實(shí)時(shí)降雨量數(shù)據(jù)；③管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)參數(shù)(測(cè)點(diǎn)處水位、流量、流速 等)。 所述的模型計(jì)算引擎主模塊是整個(gè)在線模型的核心部分，該模塊可以辨識(shí)排水 管網(wǎng)空間拓?fù)潢P(guān)系，自組織排水管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)水力模擬計(jì)算，完成在初始排水管網(wǎng)系統(tǒng)條件 下的匯水區(qū)地面徑流計(jì)算和管網(wǎng)水力演進(jìn)計(jì)算。在指定的時(shí)間控制點(diǎn)存儲(chǔ)模型狀態(tài)數(shù)據(jù) 文件，實(shí)現(xiàn)模型計(jì)算過(guò)程的數(shù)據(jù)流"時(shí)空分離"，作為下次預(yù)報(bào)模擬的計(jì)算初始條件。 從而計(jì)算引擎主模塊在控制模塊的控制下完成在線實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)模擬。當(dāng)每次計(jì)算引擎主模 塊被觸發(fā)進(jìn)行模擬計(jì)算后，主模塊生成二進(jìn)制形式排水管網(wǎng)系統(tǒng)水力結(jié)果文件，并實(shí)現(xiàn) 結(jié)果文件的實(shí)時(shí)更新。 所述的模型輸出模塊完成三個(gè)功能①可視化顯示動(dòng)態(tài)降雨量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)降雨量輸入數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；②讀取控制程序(用戶(hù))指定的排水管網(wǎng)水力結(jié)果數(shù)據(jù)；③將已 讀取的水力結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)可視化方式(曲線、剖面圖、平面圖、動(dòng)畫(huà)等)展現(xiàn)給用戶(hù)。
所述的模型控制模塊完成整個(gè)在線模型預(yù)報(bào)模擬的控制功能，控制在線模型運(yùn) 行的啟閉與數(shù)據(jù)的展示。 本發(fā)明主要具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)在線水力模型的建模方法實(shí)現(xiàn)了在降雨期間連續(xù) 預(yù)報(bào)城市排水管網(wǎng)水情的功能；(2)通過(guò)在線水力模型可以實(shí)時(shí)查看城市排水管網(wǎng)各部分 未來(lái)任意時(shí)刻水力參數(shù)，為處置城市暴雨洪澇災(zāi)害提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持；(3)在線模 型可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)產(chǎn)生由于常規(guī)事件模型長(zhǎng)期在線運(yùn)行引起的計(jì)算系統(tǒng)負(fù)荷劇 增，達(dá)到一定程度模型計(jì)算時(shí)間超過(guò)預(yù)報(bào)時(shí)間，迫使模型終止的情形，有效減小計(jì)算系 統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。


圖1是本發(fā)明事件模型與在線水力模型系統(tǒng)原理圖； 圖2是本發(fā)明在線水力模型組成圖； 圖3是本發(fā)明事件模型計(jì)算引擎模塊組成圖； 圖4是本發(fā)明在線模型系統(tǒng)運(yùn)行流程圖； 圖5是本發(fā)明在線水力模型計(jì)算引擎模塊組成圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施方式
方案，詳細(xì)敘述本發(fā)明的方法。 如圖l-5所示，以某城市街區(qū)的排水管網(wǎng)系統(tǒng)為例，采用本發(fā)明提出的在線水 力模型建模方法進(jìn)行建模，并用于城區(qū)洪澇災(zāi)害預(yù)報(bào)。該街區(qū)管網(wǎng)系統(tǒng)共有273個(gè)排水 檢查井，排水管道總長(zhǎng)17.3公里，模型內(nèi)管段數(shù)為256根，管網(wǎng)系統(tǒng)排出口 5個(gè)。采用 實(shí)時(shí)降雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備為在線模型提供實(shí)時(shí)降雨數(shù)據(jù)，降雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)周期為5分 鐘，使用本發(fā)明的在線水力模型建模方法構(gòu)建在線預(yù)報(bào)模型系統(tǒng)，預(yù)報(bào)時(shí)間區(qū)間為未來(lái)6 小時(shí)管網(wǎng)水情。整個(gè)在線模型系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，預(yù)報(bào)該街區(qū)排水管網(wǎng)系統(tǒng)水情，為防汛搶 險(xiǎn)提供技術(shù)支持。建模步驟如下 1.建立排水管網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)將該街區(qū)排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的CAD電子圖、紙質(zhì)圖紙 和實(shí)際勘察報(bào)告中管網(wǎng)組件數(shù)據(jù)錄入地理信息系統(tǒng)，并按照建模要求確定數(shù)據(jù)庫(kù)字段， 為創(chuàng)建水力模型做好準(zhǔn)備； 2.根據(jù)排水管網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建管網(wǎng)水力模型(靜態(tài)屬性)； 3.采用數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)(啟發(fā)式算法)對(duì)水力模型參數(shù)進(jìn)行率定，使得模型模擬結(jié)
果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合； 4.將創(chuàng)建的管網(wǎng)水力模型數(shù)據(jù)通過(guò)在線模型的輸入模塊導(dǎo)入在線水力模型，為 在線模型系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備； 5.啟動(dòng)在線模型控制程序(模型控制模塊)，啟動(dòng)在線水力模型，在線模型計(jì)算 引擎主模塊開(kāi)始運(yùn)行，按照實(shí)時(shí)降雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備的采集周期，不斷向在線模型系統(tǒng)輸入 實(shí)時(shí)降雨量數(shù)據(jù)； 6.在首次獲得降雨量數(shù)據(jù)時(shí)，在線水力模型以排水管網(wǎng)初始零狀態(tài)為模擬初始條件，進(jìn)行水力模擬計(jì)算，完成未來(lái)6小時(shí)管網(wǎng)水情預(yù)報(bào)計(jì)算。當(dāng)在線模型當(dāng)前次計(jì)算結(jié)束時(shí)，已保存自計(jì)算開(kāi)始后5分鐘時(shí)的管網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)文件，作為后續(xù)預(yù)報(bào)計(jì)算的初始條件； 7.在后續(xù)若干次水情預(yù)報(bào)模擬時(shí)，在線水力模型以前次模擬保存的管網(wǎng)狀態(tài)作為本次模擬的初始條件進(jìn)行模擬計(jì)算，預(yù)報(bào)模擬未來(lái)6小時(shí)管網(wǎng)水情，從而實(shí)現(xiàn)在線水力模型系統(tǒng)周而復(fù)始連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，每次預(yù)報(bào)模擬的歷時(shí)都是相同的，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源得到有效保證； 8.在在線水力模型連續(xù)預(yù)報(bào)計(jì)算同時(shí)，可以通過(guò)系統(tǒng)控制程序(模型控制模塊)實(shí)時(shí)查看當(dāng)前時(shí)刻起未來(lái)6小時(shí)內(nèi)排水管網(wǎng)任意部分水力狀態(tài)。 在管網(wǎng)在線水力模型運(yùn)行一段時(shí)期后(經(jīng)歷若干場(chǎng)降雨事件后)，可將在線模型暫時(shí)終止運(yùn)行，將當(dāng)前的在線模型以事件模型運(yùn)行形式用已記錄的降雨和管網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行再率定，模型率定結(jié)果達(dá)到誤差要求后，可保存當(dāng)前模型狀態(tài)，重新啟動(dòng)在線模型系統(tǒng)，用于排水管網(wǎng)在線模擬預(yù)報(bào)。經(jīng)過(guò)上述周期性率定過(guò)程，可保證在線水力模型的穩(wěn)定性。
以上是本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
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權(quán)利要求
一種城市排水管網(wǎng)在線水力模型建模方法，包括模型輸入模塊、模型計(jì)算引擎主模塊、模型輸出模塊以及模型控制模塊，其特征在于該方法建模步驟如下(1)基于地理信息系統(tǒng)的城市排水管網(wǎng)水力模型的建立，具體包括a.建立基于地理信息系統(tǒng)的排水管網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)排水管網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)在線水力模型所需的檢查井、管道、泵站、堰、排水口、雨水池這些靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)，這些靜態(tài)數(shù)據(jù)作為在線模型輸入模塊的數(shù)據(jù)源在建模中使用；b.創(chuàng)建管網(wǎng)事件水力模型按照排水管網(wǎng)水力模型組建要求，創(chuàng)建管網(wǎng)事件模型，事件模型由4個(gè)子模塊組成，分別是模型初始化子模塊、步長(zhǎng)計(jì)算子模塊、計(jì)算控制子模塊、模型終止子模塊；(2)率定管網(wǎng)事件水力模型調(diào)整模型中匯水區(qū)與管網(wǎng)參數(shù)，使得模型結(jié)果吻合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并采用數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行率定；(3)在線模型控制模塊的建立采用Delphi工具構(gòu)建在線模型控制模塊；(4)在線水力模型的建立對(duì)排水管網(wǎng)事件水力模型進(jìn)行在線化改造成為在線模型計(jì)算引擎主模塊，將事件計(jì)算引擎主模塊中步長(zhǎng)計(jì)算子模塊進(jìn)行時(shí)間-空間計(jì)算分離，在特定時(shí)間點(diǎn)處保存管網(wǎng)模型狀態(tài)數(shù)據(jù)文件，即在線水力模型運(yùn)行方式是在控制模塊的控制下，以當(dāng)前排水管網(wǎng)狀態(tài)為計(jì)算起點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算，預(yù)報(bào)未來(lái)若干時(shí)期的排水管網(wǎng)水情，最終當(dāng)前次模型計(jì)算結(jié)束后，自動(dòng)保存下次預(yù)報(bào)模擬所需的模型狀態(tài)數(shù)據(jù)文件，從而周而復(fù)始實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線運(yùn)行；(5)在線模型實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)水情的實(shí)現(xiàn)在線模型系統(tǒng)不斷接收、處理實(shí)時(shí)降雨量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)在線水力模型模擬計(jì)算，并通過(guò)模型輸出模塊不斷預(yù)報(bào)未來(lái)若干時(shí)段排水管網(wǎng)水情數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市排水管網(wǎng)在線水力模型建模方法，其特征在于所 述的模型輸入模塊包括靜態(tài)數(shù)據(jù)輸入子模塊和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸入子模塊；靜態(tài)數(shù)據(jù)子模塊提 供檢查井、管道、泵站、堰、排水口、雨水池、泵站水泵機(jī)組以及整個(gè)排水管網(wǎng)系統(tǒng) 空間拓?fù)潢P(guān)聯(lián)信息這些參數(shù)；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸入子模塊提供泵站運(yùn)行參數(shù)、實(shí)時(shí)降雨量數(shù) 據(jù)、管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市排水管網(wǎng)在線水力模型建模方法，其特征在于所述 的模型計(jì)算引擎主模塊是整個(gè)在線模型的核心部分，該模塊可以辨識(shí)排水管網(wǎng)空間拓?fù)?關(guān)系，自組織排水管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)水力模擬計(jì)算，完成在初始排水管網(wǎng)系統(tǒng)條件下的匯水區(qū)地 面徑流計(jì)算和管網(wǎng)水力演進(jìn)計(jì)算，在指定的時(shí)間控制點(diǎn)存儲(chǔ)模型狀態(tài)數(shù)據(jù)文件，實(shí)現(xiàn)模 型計(jì)算過(guò)程的數(shù)據(jù)流"時(shí)空分離"，作為下次預(yù)報(bào)模擬的計(jì)算初始條件，從而計(jì)算引擎 主模塊在控制模塊的控制下完成在線實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)模擬；當(dāng)每次計(jì)算引擎主模塊被觸發(fā)進(jìn)行 模擬計(jì)算后，主模塊生成二進(jìn)制形式排水管網(wǎng)系統(tǒng)水力結(jié)果文件，并實(shí)現(xiàn)結(jié)果文件的實(shí) 時(shí)更新。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的城市排水管網(wǎng)在線水力模型建模方法，其特征在于所述的模型輸出模塊完成三個(gè)功能①可視化顯示動(dòng)態(tài)降雨量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)降雨量輸入數(shù)據(jù)的 實(shí)時(shí)監(jiān)控；②讀取控制程序指定的排水管網(wǎng)水力結(jié)果數(shù)據(jù)；③將已讀取的水力結(jié)果數(shù)據(jù) 通過(guò)可視化方式展現(xiàn)給用戶(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的城市排水管網(wǎng)在線水力模型建模方法，其特征在于所述 的模型控制模塊完成整個(gè)在線模型預(yù)報(bào)模擬的控制功能，控制在線模型運(yùn)行的啟閉與數(shù) 據(jù)的展示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)在線模型建模方法，屬于市政工程信息技術(shù)領(lǐng)域。該建模方法可以構(gòu)建城市排水管網(wǎng)在線模型，并實(shí)現(xiàn)汛情預(yù)報(bào)時(shí)不斷向在線模型輸入實(shí)時(shí)降雨數(shù)據(jù)，模型進(jìn)行模擬計(jì)算，同時(shí)，模型不斷向用戶(hù)提供排水管網(wǎng)系統(tǒng)未來(lái)整個(gè)退水過(guò)程的模擬計(jì)算數(shù)據(jù)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)水情，及時(shí)預(yù)警的作用。該方法克服常規(guī)排水管網(wǎng)事件模型在模擬城市洪水中只能模擬完整降雨事件，不能模擬實(shí)時(shí)降雨事件的不足，可以實(shí)時(shí)有效地在線預(yù)報(bào)城市洪水的產(chǎn)生、變化過(guò)程，并能保證在線模型系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，為城市防汛決策提供技術(shù)支持。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101692273SQ20091009374
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者刁克功, 周玉文, 唐嶸, 張紅旗, 李文濤, 李驥, 王峰, 王新慶, 王磊, 邢麗云 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)