基于城市降水空间分布特征的市政雨水管网规划设计系统技术方案

本申请公开了一种基于城市降水空间分布特征的市政雨水管网规划设计系统，所述系统包括网格化城市降水模拟模块、网格化城市暴雨强度计算模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计与管理模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案评估模块、数据存储模块、主控制器。本申请在市政雨水管网规划设计中使用的城市暴雨强度参数为具有空间属性的网格化二维数据，反映城市尺度的降水特征空间差异性，从而实现市政雨水管网的精细化规划设计，使得市政雨水管网的建设更加科学合理，更加匹配城市雨水排放的需求目标。更加匹配城市雨水排放的需求目标。更加匹配城市雨水排放的需求目标。

【技术实现步骤摘要】
基于城市降水空间分布特征的市政雨水管网规划设计系统


[0001]本专利技术涉及市政排水工程
，特别地，涉及一种基于城市降水空间分布特征的市政雨水管网规划设计系统。

技术介绍

[0002]市政雨水排水管网是城市排水系统的重要组成部分，保障着城市居民生命财产安全和城市系统的正常运行。随着城市化和经济发展，市政雨水排水管网的规模和工程投资日趋庞大，管网设计的合理性与否往往直接影响到整个排水工程建设的投资规模，以及排水系统的效能发挥和维护成果。《室外排水设计标准》（GB 50014
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2021）规定了我国不同城城镇类型、城区类型的排水系统暴雨设计重现期标准，城市雨水管网的设计流量应根据雨水管渠设计重现期及相应的设计降雨强度进行确定。
[0003]通常，用于城市雨水管网设计的重现期标准所对应的设计降雨强度数据来源于各城市编制的城市暴雨强度公式。我国各地现有的城市暴雨强度公式均是以城市气象监测站点的多年历史降水记录为基础进行编制的。当前，大部分城市的气象监测站存在建成时间短、数量少、数据采集时间间隔长、数据质量参差等问题，无法提供合适的基础数据用于开展城市降水空间分布特征研究以及城市不同区域的暴雨强度公式编制。绝大部分城市仍仅有一套城市暴雨强度公式，仅在北京、厦门等地根据城市暴雨特性开展了暴雨分区的划分，但其仍以城市内的多个气象站点降水记录为基础，降水监测站点数量和空间分布，降水数据历史记录的完整性、合理性和代表性等对暴雨分区划分结果的影响较大；同时，在暴雨分区划分中，尚未考虑地形、下垫面等因素的影响，极易造成局部地区失真。在市政雨水管网规划设计中也缺乏考虑城市尺度上城市暴雨强度公式的空间适应性和科学合理性。
[0004]事实上，城市降水受全球大气环流、海陆因素等大尺度的环境影响，及区域地形地貌、城市化发展造成的“热岛”效应、“雨岛”效应等多种地理环境因素的共同作用，因此，在城市空间尺度上降水分布特征往往呈现显著差异。利用同一套城市暴雨强度公式开展的城市不同地区的市政雨水管网规划设计方案，在城市部分区域内排水能力可能无法满足排水安全需求；在另一部分区域内又可能超过设计标准，造成投资浪费。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题之一，本申请提供了一种基于城市降水空间分布特征的市政雨水管网规划设计系统，将城市尺度的降水空间差异性纳入市政雨水管网规划设计，使得市政雨水管网的建设更加科学合理，更加匹配城市雨水排放的需求目标。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于城市降水空间分布特征的市政雨水管网规划设计系统，包括：网格化城市降水模拟模块，用于通过免费获取的气象再分析数据资料，利用中尺度气象模式WRF进行动力降尺度分析，实现针对目标城市历史气象事件的细网格模拟，获得城市精细化网格降水模拟数据；
网格化城市暴雨强度计算模块，用于实现对城市历史降水事件模拟生成的降水数据的管理，推求城市网格单元的设计暴雨强度计算公式，获得城市网格单元的设计暴雨强度值，以及对设计暴雨强度值的管理；基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计与管理模块，用于以城市网格单元的设计暴雨强度值为依据，实施市政雨水管网规划设计，获得考虑城市降雨空间分布特征的市政雨水管网规划设计方案，以及对市政雨水管网规划设计方案的管理；基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案评估模块，用于根据所述城市网格单元的设计暴雨强度值、目标城市设计雨型、下垫面资料、地形资料、市政雨水管网规划设计方案构建规划设计范围的管网水动力模型，评估市政雨水管网规划设计方案是否满足规划设计目标；数据存储模块，分别与网格化城市降水模拟模块、网格化城市暴雨强度计算模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案评估模块数据连接，用于实现对相应资料和数据的存储和交互功能；主控制器，分别与网格化城市降水模拟模块、网格化城市暴雨强度计算模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案评估模块控制连接，用于实现与各模块之间的操作交互。
[0007]进一步地，所述网格化城市降水模拟模块具体包括：气象再分析资料管理模块，用于实现根据气象再分析数据集选择、气象参数选择和模拟时限选择，选择目标气象再分析数据集，并实施下载和储存管理，为网格化区域气象模拟模块提供驱动WRF模式运行的输入气象资料；网格化区域气象模拟模块，用于根据气象再分析资料管理模块获得的气象再分析数据集作为初始和边界气象资料场，驱动WRF模式运行，将地面气象参数数据和高空气象参数数据插值到模拟区域网格，并在时间维度上向前逐步长实施积分处理，得到模拟网格逐步长的模拟网格气象参数数据；气象模拟数据后处理模块，用于实现对网格化区域气象模拟模块模拟结果数据的后处理功能，包括WRF模拟数据转移、气象参数结果提取、时间和空间维度实施气象参数的统计分析、气象参数结果的一、二或三维可视化展示，以及，从网格化区域气象模拟模块的模拟结果中分别提取逐步长的模拟积云深对流过程的累积降水量和非积云对流过程的累积降水量，将积云深对流过程的累积降水量和非积云对流过程的累积降水量叠加后获得逐步长的累积降水量，再通过差值计算获得逐步长降水量，之后再累加计算获得逐5分钟累积降水量数据。
[0008]进一步地，所述网格化城市暴雨强度计算模块具体包括：基于城市降水空间分布特征的网格化暴雨强度公式推求模块，根据系统预设的理论频率分布曲线，包括指数分布、耿贝尔分布、P
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III型分布和GEV分布，对城市模拟降雨数据进行逐一网格单元的拟合和误差分析，获得各城市网格单元对应的设计暴雨强度公式，根据获得的设计暴雨强度公式推算目标城市逐一网格单元的设计暴雨强度值；设计暴雨强度值管理模块，用于实现对设计暴雨强度值根据城市网格单元、降雨历时、重现期规则的分类管理，以及数据的更新、添加和删除。
[0009]进一步地，所述基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计与管理模块具体
包括：基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计模块，用于以城市空间网格的设计暴雨强度公式和设计暴雨强度值为依据实现对雨水管网规划方案的设计，获得基于城市降水空间分布特征的市政雨水管网规划设计方案；雨水管网规划设计方案管理模块，用于实现对所述市政雨水管网规划设计方案的综合管理。
[0010]进一步地，所述基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计模块具体包括：汇水分区划分模块，用于在雨水管网规划设计范围划分汇水分区，进行雨水管网定线；降水网格划分模块，用于依据城市降水网格单元对雨水管网规划设计范围进行叠加划分，获得设计范围内的降水网格单元，逐一确定降水网格单元对应的暴雨强度公式；雨水管段划分模块，用于划分设计雨水管段，同一降水网格单元内的管段产生雨水流量采用该网格单元的暴雨强度公式进行计算，上游管段转输流量根据相应产生雨水流量的对应网格单元的暴雨强度公式进行计算；管段水力计算模块，用于根据逐段管段雨水设计流量进行管段水力计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于城市降水空间分布特征的市政雨水管网规划设计系统，其特征在于，包括：网格化城市降水模拟模块，用于通过免费获取的气象再分析数据资料，利用中尺度气象模式WRF进行动力降尺度分析，实现针对目标城市历史气象事件的细网格模拟，获得城市精细化网格降水模拟数据；网格化城市暴雨强度计算模块，用于实现对城市历史降水事件模拟生成的降水数据的管理，推求城市网格单元的设计暴雨强度计算公式，获得城市网格单元的设计暴雨强度值，以及对设计暴雨强度值的管理；基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计与管理模块，用于以城市网格单元的设计暴雨强度值为依据，实施市政雨水管网规划设计，获得考虑城市降雨空间分布特征的市政雨水管网规划设计方案，以及对市政雨水管网规划设计方案的管理；基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案评估模块，用于根据所述城市网格单元的设计暴雨强度值、目标城市设计雨型、下垫面资料、地形资料、市政雨水管网规划设计方案构建规划设计范围的管网水动力模型，评估市政雨水管网规划设计方案是否满足规划设计目标；数据存储模块，分别与网格化城市降水模拟模块、网格化城市暴雨强度计算模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计与管理模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案评估模块数据连接，用于实现对相应资料和数据的存储和交互功能；主控制器，分别与网格化城市降水模拟模块、网格化城市暴雨强度计算模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计与管理模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案评估模块控制连接，用于实现与各模块之间的操作交互。2.根据权利要求1所述的基于城市降水空间分布特征的市政雨水管网规划设计系统，其特征在于，所述网格化城市降水模拟模块具体包括：气象再分析资料管理模块，用于实现根据气象再分析数据集选择、气象参数选择和模拟时限选择，选择目标气象再分析资料数据集，并实施下载和储存管理，为网格化区域气象模拟模块提供驱动WRF模式运行的输入气象资料；网格化区域气象模拟模块，用于根据气象再分析资料管理模块获得的气象再分析数据集作为初始和边界气象资料场，驱动WRF模式运行，将地面气象参数数据和高空气象参数数据插值到模拟区域网格，并在时间维度上向前逐步长实施积分处理，得到模拟网格逐步长的模拟网格气象参数数据；气象模拟数据后处理模块，用于实现对网格化区域气象模拟模块模拟结果数据的后处理功能，包括WRF模拟数据转移、气象参数结果提取、时间和空间维度实施气象参数的统计分析、气象参数结果的一、二或三维可视化展示，以及，从网格化区域气象模拟模块的模拟结果中分别提取逐步长的模拟积云深对流过程的累积降水量和非积云对流过程的累积降水量，将积云深对流过程的累积降水量和非积云对流过程的累积降水量叠加后获得逐步长的累积降水量，再通过差值计算获得逐步长降水量，之后再累加计算获得逐5分钟累积降水量数据。3.根据权利要求1所述的基于城市降水空间分布特征的市政雨水管网规划设计系统，其特征在于，所述网格化城市暴雨强度计算模块具体包括：基于城市降水空间分布特征的网格化暴雨强度公式推求模块，根据系统预设的理论频
率分布曲线，包括指数分布、耿贝尔分布、P
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III型分布和GEV分布，对城市模拟降雨数据进行逐一网格单元的拟合和误差分析，获得各城市网格单元对应的设计暴雨强度公式，根据获得的设计暴雨强度公式推算目标城市逐一网格单元的设计暴雨强度值；设计暴雨强度值管理模块，用于实现对设计暴雨强度值根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺卫宁，包正铎，陈蕃，邓征宇，吴羽璇，
申请(专利权)人：中机国际工程设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：