一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统技术方案

本发明专利技术专利提出了一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统，该系统将排洪模型、天气预报、积水在线监测系统和决策支持系统相结合，实现了对城市积水预测与安全预警的支持。本系统包括如下步骤：（1）将管网模型和产汇流模型相结合，构建排洪模型；（2）依托排洪模型，进行多情景降雨模拟并入库；（3）实时雨情数据采集与上报；（4）多情景降雨库的调用；（5）道路积水的在线预测与安全预警。提出的基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统能够有效、准确地实时动态预报城市易积水点的防洪排涝情况，有利于管理部门的决策支持。

A prediction and safety early warning system of urban water logging based on drainage model

【技术实现步骤摘要】
一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统
本专利技术涉及智慧城市管理领域，具体为一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统。
技术介绍
随着社会的发展，尤其是科学技术的进步，大大促进了社会生产力的飞速发展，使得人们的生活得到了很大的改善与提高，尤其是城镇化的飞速发展，更是使大量的人口在有限的土地上集聚，形成了越来越多的城市集群。随着我国城镇化迅猛发展，许多的城市存在城市排水系统的规划、建设跟不上城镇规模的快速扩张的问题，造成在遭遇强降雨天气时，极易形成区域积水难排，导致城市内涝。城市内涝严重威胁了市民的出行安全,造成大量的财产安全损失和人员伤亡。因此,对于易积水的道路进行准确的监测预警是很有必要的。现有的城市内涝检测预警的解决方法，一般采用积水液位探测传感器实时监测易积水道路的技术情况，将采集的数据通过网络传输至管理平台，相关人员可及时掌握城市易积水点的积水情况，并作出指挥调度。相对于传统的人工现场监测，积水液位在线监测系统的工作效率上有很大提升，避免了资源的浪费，保护了人民群众生命财产安全。但是，城镇化的发展和人口的增多对于城市管理提出更严峻的挑战，仅依靠积水液位在线监测系统也不能很好解决积水安全隐患，最佳解决方案是在积水即将形成前完成预测分析提高应急指挥能力，帮助政府部门提早做好应对措施，合理分配抢救资源，同时对于即将超出警戒值的积水点可以提前警告市民，让市民做好路线规划，尽量避开水位较深的路口，减少道路拥堵同时避免灾害的发生，为管理部门相关资源的调配提供决策支持。因此，提供一种能够在强降雨天气到来之前，就可以对城市积水进行预测与安全预警系统的系统，是一个使得研究的问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种根据气象局提供的专业天气预报进行未来时间段积水分布预测。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统，包括排洪内涝模型建模和排洪模型在线预测与安全预警系统；所述排洪内涝模型建模，是通过构建排洪内涝模型，生成模型构建区域内现状管网评估报告，对现有管网易溢和易涝部位进行汇总，分析管网结构瓶颈；分析结果对未来管网规划改造提供技术建议，并给根据规划方案进行内涝结果仿真模拟，形成多情景降雨库；所述的排洪内涝模型在线预测与安全预警系统是根据安装在现场的液位计和自动雨量计进行雨情监测，并根据实时监测量的变化情况进行在线计算，分别预测致灾时间、消灾时间，以便调度人员参考；同时，系统根据传感设备采集的状态数据，自动预测未来某时间段的积水内涝情况或根据气象局提供的专业天气预报进行未来时间段积水分布预测；所述的排洪内涝模型的构建是在区域管网模型的基础上，通过与地表二维模型耦合，模拟超标降雨情况下的地表内涝积水状况；通过模拟积水变化的整个过程，从而可以分析计算得到内涝积水的影响范围、积水的深度和时间；排洪内涝模型采用数学方法集中描述城市地表降雨径流排除和超标降雨地表积水漫流的整个过程的模型体系；基于实际物理过程，内涝模型分为五个部分，分别为区域降雨过程、形成净雨的产流过程、净雨的地表径流过程、管网的汇流过程和溢流水量的地表漫流过程；所述的区域降雨过程的降雨模型构建：依据项目区降雨基础资料及模型评估目标，构建多种设计降雨情景，作为后期模型评估计算的基础输入条件；降雨基础资料主要包括区域暴雨强度公式以及长短历时设计降雨雨型；所述的形成净雨的产流过程的产汇流模型构建：基于地表不同用地属性分布，概化构建雨水流域的产汇流数字模型，该模型是后续管网评估模拟的基础；获取地表不同用地属性分布通常需根据实际或规划地块属性，基于地块属性分别采用不同的水文参数概化其降雨产汇流特性；所述的管网的汇流过程的管网模型构建：以管网测绘数据为基础，构建出区域现状管网系统数字化模型，管网数字模型包括实际管网系统中的雨水口、检查井、管渠以及其他各种水力构筑物，包括水泵、集水池、出水口、阀门、堰、闸门、拍门和孔口；所述的内涝模型构建中的城市内涝模型需先构建规则网格的地形数字高程模型（DEM），通过管网模型和地形数字高程的耦合计算，模拟超标降雨情景下，地表水流的非恒定运动变化过程，从而获取区域内涝的致灾指标，包括影响范围、积水深度、积水量和积水时间；所述的多情景降雨库需模拟不同历时下，不同重现期的多种降雨情境的积水内涝风险，评估各种降雨条件下内涝积水的影响范围、积水深度、积水量以及积水时间。所述的排洪模型在线预测与安全预警系统，其在线调用主要有两块功能，一是根据现场采集状态参数，包括降雨量，准确合理的调用多情景降雨库模拟数据，对当前雨情下未来一段时间内可能的积水内涝情况进行预测和模型计算结果进行动态展示；二是根据现场降雨量和积水情况，利用数据挖掘算法，在线计算致灾时间和消灾时间；所谓的致灾时间是指积水由报警液位上涨到危险液位时预测所用的时间，从而为调度和预警提供技术支持；消灾时间主要有两个，一个是积水水位由当前液位降到危险水位和降到报警水位两个时间，实现有效掌握灾情消除的时间，从而合理调用防汛设备消灾。积极有益效果：本专利技术专将排洪模型、天气预报、积水在线监测系统和预测和安全预警系统相结合，实现了对城市积水预测与安全预警的支持；提出的基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统能够有效、准确地实时动态预报城市易积水点的防洪排涝情况。能够帮助政府部门提早做好应对措施提高应急指挥能力，合理分配抢救资源，同时对于即将超出警戒值的积水点可以提前警告市民，让市民做好路线规划，尽量避开水位较深的路口，减少道路拥堵同时避免灾害的发生，为管理部门相关资源的调配提供决策支持。附图说明图1为本专利技术的框图；图2为情景库在线调用处理流程示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例，对本专利技术做进一步的说明：如图1所示，一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统，包括排洪内涝模型建模和排洪模型在线预测与安全预警系统；所述排洪内涝模型建模，是通过构建排洪内涝模型，生成模型构建区域内现状管网评估报告，对现有管网易溢和易涝部位进行汇总，分析管网结构瓶颈；分析结果对未来管网规划改造提供技术建议，并给根据规划方案进行内涝结果仿真模拟，形成多情景降雨库；所述的排洪内涝模型在线预测与安全预警系统是根据安装在现场的液位计和自动雨量计进行雨情监测，并根据实时监测量的变化情况进行在线计算，分别预测致灾时间、消灾时间，以便调度人员参考；同时，系统根据传感设备采集的状态数据，自动预测未来某时间段的积水内涝情况或根据气象局提供的专业天气预报进行未来时间段积水分布预测；所述的排洪内涝模型的构建是在区域管网模型的基础上，通过与地表二维模型耦合，模拟超标降雨情况下的地表内涝积水状况；通过模拟积水变化的整个过程，从而可以分析计算得到内涝积水的影响范围、积水的深度和时间；排洪内涝模型采用数学方法集中描述城市地表降雨径流排除和超标降雨地表积水漫流的整个过程的模型体系；基于实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统，其特征在于：包括排洪内涝模型建模和排洪模型在线预测与安全预警系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统，其特征在于：包括排洪内涝模型建模和排洪模型在线预测与安全预警系统。


2.根据权利要求1所述的一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统，其特征在于：所述排洪内涝模型建模，是通过构建排洪内涝模型，生成模型构建区域内现状管网评估报告，对现有管网易溢和易涝部位进行汇总，分析管网结构瓶颈；分析结果对未来管网规划改造提供技术建议，并给根据规划方案进行内涝结果仿真模拟，形成多情景降雨库；所述的排洪内涝模型在线预测与安全预警系统是根据安装在现场的液位计和自动雨量计进行雨情监测，并根据实时监测量的变化情况进行在线计算，分别预测致灾时间、消灾时间，以便调度人员参考；同时，系统根据传感设备采集的状态数据，自动预测未来某时间段的积水内涝情况或根据气象局提供的专业天气预报进行未来时间段积水分布预测。


3.根据权利要求1所述的一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统，其特征在于：所述的排洪内涝模型的构建是在区域管网模型的基础上，通过与地表二维模型耦合，模拟超标降雨情况下的地表内涝积水状况；通过模拟积水变化的整个过程，从而可以分析计算得到内涝积水的影响范围、积水的深度和时间。


4.根据权利要求1所述的一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统，其特征在于：排洪内涝模型采用数学方法集中描述城市地表降雨径流排除和超标降雨地表积水漫流的整个过程的模型体系；基于实际物理过程，内涝模型分为五个部分，分别为区域降雨过程、形成净雨的产流过程、净雨的地表径流过程、管网的汇流过程和溢流水量的地表漫流过程。


5.据权利要求4所述的一种基于排涝模型的城市积水预测与安全预警系统，其特征在于：.所述的区域降雨过程的降雨模型构建：依据项目区降雨基础资料及模型评估目标，构建多种设计降雨情景，作为后期模型评估计算的基础输入条件；降雨基础资料主要包括区域暴雨强度公式以及长短历时...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹际良，孙伟，武春艳，黄玉蓉，曾庆品，路健，申华东，
申请(专利权)人：航天海鹰安全技术工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11