一种城市排水系统性能评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种城市排水系统性能评估方法，属于城市排水技术领域。该方法集成系统弹性评估和可持续性评估，其具体步骤为：(1)确定系统弹性评估指标和可持续性评估指标，以及衡量每个指标的因子；(2)利用城市排水系统模型，计算这些因子值，并根据公式计算相应的指标值；(3)通过集成公式，计算排水系统的性能指数。本发明专利技术的方法可以评估城市排水系统性能，以及在不同威胁(极端降雨、构件故障等)情况下的系统弹性、可持续性，评估结果更为准确、客观，且可操作性强，能够更好地辅助排水系统的规划设计。

A method for evaluating the performance of urban drainage system

The invention discloses a method for evaluating the performance of urban drainage system, which belongs to the field of urban drainage technology. The method of integrated evaluation and sustainability evaluation system flexibility, the specific steps are: (1) to determine the evaluation index system of elasticity and sustainability evaluation index, and measure the factor of each index; (2) the city drainage system model, the calculation of these factor values, and calculate the corresponding index value according to the formula; (3) by integrated performance index calculation formula, the drainage system. The method of the invention can evaluate the performance of city drainage system, as well as in the different threats (extreme rainfall, component failure) system under the condition of elasticity, sustainability, evaluation results are more accurate and objective, and strong operability, can better support the planning and design of drainage system.

【技术实现步骤摘要】
一种城市排水系统性能评估方法
本专利技术属于城市排水
，更具体地说，涉及一种城市排水系统性能的评估方法。
技术介绍
城市排水系统是指收集、输送、处理、再生和处置污水和雨水的设施以一定方式组合成的总体(分流制雨水系统或合流制系统)，在全球气候变化和城镇化的背景下，城市内涝频繁发生。城市排水系统是城市内涝防治的重要组成部分，其系统性能的好坏对其使用至关重要，因此，城市排水系统性能的评估就具有重要的意义。系统性能如何评估？目前开展的对排水系统性能评估的研究，基本都是从水力性能(hydraulicperformance)出发，根据不同情景(不同重现期、雨型等)，借助模型模拟或计算分析，获得一些指标，如积水体积、积水历时、积水深度等，然后根据这些参数去评估排水系统的性能。但目前现有城市排水系统性能的评估方法大都存在以下不足：一是未考虑不同威胁(如构件故障)情况下系统的弹性(resilience)；二是未考虑系统的可持续性，因此，现有评估方法难以真实判断城市排水系统的性能好坏。上述系统弹性是指系统在极端降雨情况下(如百年一遇降雨)或系统构件故障下(如管道损坏、雨水口堵塞、泵故障等)对这些威胁(极端降雨、构件损坏等)的响应恢复能力。Mugumeetal.(2015)对排水系统的弹性分析方法开展了研究，采用总内涝体积、总入流体积、平均内涝时间和模拟时间四个指标计算量化弹性，并分析了管道损坏从0％-100％的排水系统弹性值(随着管道损坏比例增加，弹性也随之降低)。TahmasebiBirganiY.etal.(2013)对系统弹性采用内涝体积和恢复时间两个指标量化。Casal-Camposetal.(2015)中弹性指标包括5个类别：管道内涝、河流溶解氧、河流氨氮、合流制溢流、河流洪水，每一类别的弹性量化也不一样，如管道内涝采用内涝体积和内涝历时两个指标量化，河流溶解氧采用年最低浓度和历时两个指标量化。其中后两篇文献考虑了气候变化等，但没有考虑构件损坏(管道损坏等)的威胁情况，因此其对城市排水性能的弹性评估存在较大误差。系统可持续性是指系统保持服务标准的情况下，使社会、经济、环境指标效益最大化。但是，出于研究的需要，排水系统可持续性的一级指标，并不局限于社会、经济、环境三个方面。由于研究目的、对象等不同，一级指标、二级指标(参数)、计算方法也有差异。TahmasebiBirganiY.etal.(2013)一级指标考虑传统的社会、经济、环境三个方面，二级指标分别采用美观效益、造价和维护成本、雨水水质，量化参数分别是美化城市的能力(高/中/低)、最佳管理措施建造成本($)与维护成本($/year)、总悬浮固体(Kg)。Casal-Camposetal.(2015)可持续性一级指标采用管道内涝、河流溶解氧、河流氨氮、合流制溢流、河流洪水、能源利用、成本、可接受性，参数分别为受影响的损失(￡)、对水生资源的影响([6hminimum(mg/l)])、对水生资源的影响([99％ile(mg/l)])、溢流对美观与健康影响、受影响的损失(￡)、运行时CO2排放(吨)、生命周期成本(￡)、高/中/低。因此，将系统弹性和可持续性纳入城市排水系统性能的评估因素范围，对于城市排水系统性能的准确客观判断具有重要意义，从而能够更好地指导城市排水系统的优化设计。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服采用现有城市排水系统性能评估方法难以真实判断城市排水系统性能好坏的不足，提供了一种城市排水系统性能评估方法。本专利技术集成系统弹性评估和可持续评估，借助城市排水系统模型，通过定量方法，对排水系统性能进行综合评定，从而能够有效保证城市排水系统性能评估的准确性、客观性，进而能够更好地用于指导城市排水系统的优化设计。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种城市排水系统性能评估方法，该方法集成系统弹性评估和可持续性评估，对城市排水系统性能进行综合评定，具体包括如下步骤：步骤一、确定系统弹性评估指标和可持续性评估指标，以及衡量每个指标的因子；步骤二、利用城市排水系统模型，计算上述因子值，并计算得到相应的评估指标值；步骤三、通过集成公式，计算得到排水系统的性能指数。更进一步的，衡量系统弹性的指标为：{系统弹性}，衡量指标{系统弹性}的因子为：{弹性}；衡量系统可持续性的指标为：{社会，经济，环境}，衡量指标{社会}的因子为：{系统内涝体积}；衡量指标{经济}的因子为：{系统造价，系统运行维护费用}；衡量指标{环境}的因子为：{污染控制率，雨水利用量}。更进一步的，所述系统弹性评估的具体步骤如下：(1)从水力性能角度出发，利用城市排水系统模型，模拟极端降雨情况或系统构件故障情况，获得相应的参数值：内涝体积，内涝历时，进入系统的径流总体积，总模拟历时；(2)计算衡量因子{弹性}，其计算公式如下所示：上式中，R0为{弹性}因子，范围为[0,1]，对于某一特定的情景，0表示弹性很低，1表示弹性很高；F为系统总内涝体积，为所有节点内涝体积的总和；D为系统中所有内涝节点平均内涝历时；Vti为进入系统的径流总体积；tn为系统总模拟历时；(3)计算衡量指标{系统弹性}，其计算公式为：上式中，R为{系统弹性}指标，R越大，表示排水系统的弹性越好，在特定威胁中的适应能力越强，恢复得越快；i为系统损坏的构件数量；n为系统总的构件数量；R0,i为当i个构件损坏时对应的{弹性}因子值，由公式(a)计算；Pi为当i个构件损坏时对应的损坏分数，由某特定类型构件损坏数除以某特定类型构件总数计算得到。更进一步的，所述系统可持续性评估的步骤如下：(1)利用城市排水系统模型，模拟极端降雨情况或系统构件故障情况，获得到相应的参数值：内涝体积，年径流总量控制率，单个污染指标如TSS、总氮、总磷或其组合指标，雨水下渗量，雨水储存量；(2)结合待评估的排水系统实际情况，设置可持续性评估指标评价因子的最大值和最小值，对评价因子作归一化处理，选用Min-max标准化方法，公式如下：式中，实际值为某参数的数值，由模型模拟获得或通过计算所得；最小值取零或取多个方案的实际值下限取值；最大值，内涝体积取值，参考不设置低影响开发设施情景下的系统总内涝体积取值；污染控制率最大值设置为0.9，其他参数的最大值参考实际值设置；(3)计算衡量指标{社会}，其计算公式为：ISo＝1-IF(d)；式中，ISo为{社会}指标，ISo越大，表明系统的社会效果越好；IF为归一化的内涝体积，由模型模拟和归一化公式(c)计算获得；(4)计算衡量指标{经济}，其计算公式如下：IEc＝[(1-IC1)(1-IC2)]1/2(e)；式中，IEc为{经济}指标，IEc越大，表明系统的经济效果越好；IC1为归一化的系统造价，IC2为归一化的系统维护运行费用；(5)计算衡量指标{环境}，其计算公式如下：IEn＝(IK·IS)1/2(f)；式中，IEn为{环境}指标，IEn越大，表明系统对环境的效果越好；IK为归一化的污染控制率，可由年径流总量控制率表示，或以单个污染指标如TSS、总氮、总磷或组合指标表示；IS为归一化的雨水利用量，通过雨水下渗量和雨水储存量计算(可由模型模拟和归一化公式(c)计算获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城市排水系统性能评估方法，其特征在于：该方法集成系统弹性评估和可持续性评估，对城市排水系统性能进行综合评定，具体包括如下步骤：步骤一、确定系统弹性评估指标和可持续性评估指标，以及衡量每个指标的因子；步骤二、利用城市排水系统模型，计算上述因子值，并计算得到相应的评估指标值；步骤三、通过集成公式，计算得到排水系统的性能指数。

【技术特征摘要】
1.一种城市排水系统性能评估方法，其特征在于：该方法集成系统弹性评估和可持续性评估，对城市排水系统性能进行综合评定，具体包括如下步骤：步骤一、确定系统弹性评估指标和可持续性评估指标，以及衡量每个指标的因子；步骤二、利用城市排水系统模型，计算上述因子值，并计算得到相应的评估指标值；步骤三、通过集成公式，计算得到排水系统的性能指数。2.根据权利要求1所述的一种城市排水系统性能评估方法，其特征在于：衡量系统弹性的指标为：{系统弹性}，衡量指标{系统弹性}的因子为：{弹性}；衡量系统可持续性的指标为：{社会，经济，环境}，衡量指标{社会}的因子为：{系统内涝体积}；衡量指标{经济}的因子为：{系统造价，系统运行维护费用}；衡量指标{环境}的因子为：{污染控制率，雨水利用量}。3.根据权利要求2所述的一种城市排水系统性能评估方法，其特征在于，所述系统弹性评估的具体步骤如下：(1)从水力性能角度出发，利用城市排水系统模型，模拟极端降雨情况或系统构件故障情况，获得相应的参数值：内涝体积，内涝历时，进入系统的径流总体积，总模拟历时；(2)计算衡量因子{弹性}，其计算公式如下所示：上式中，R0为{弹性}因子，范围为[0,1]，对于某一特定的情景，0表示弹性很低，1表示弹性很高；F为系统总内涝体积，为所有节点内涝体积的总和；D为系统中所有内涝节点平均内涝历时；Vti为进入系统的径流总体积；tn为系统总模拟历时；(3)计算衡量指标{系统弹性}，其计算公式为：上式中，R为{系统弹性}指标，R越大，表示排水系统的弹性越好，在特定威胁中的适应能力越强，恢复得越快；i为系统损坏的构件数量；n为系统总的构件数量；R0,i为当i个构件损坏时对应的{弹性}因子值，由公式(a)计算；Pi为当i个构件损坏时对应的损坏分数，由某特定类型构件损坏数除以某特定类型构件总数计算得到。4.根据权利要求2所述的一种城市排水系统性能评估方法，其特征在于，所述系统可持续性评估的步骤如下：(1)利用城市排水系统模型，模拟不同威胁情况下的降雨，获得到相应的参数值：内涝体积，年径流总量控制率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪明明，高雪蕊，孙远祥，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34