【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于城市排水系统韧性评估与与预测领域，具体涉及一种改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法。
技术介绍
1、近年来洪水灾害在国内各大城市中频频发生，给全国各地人民的生活带来了极大影响。面对洪涝灾害，我国城市防洪系统任重道远。现有对城市排水系统进行韧性评估方法基于水动力学，侧重于量化由极端天气情况导致的城市排水系统失效程度。然而，由于排除了设备故障、管道塌陷和堵塞等可能导致城市洪水的关键问题，这些方法未能充分考虑整个系统中的失效因素。
2、目前，众多研究者通过建立指标体系对城市洪涝灾害恢复能力评估进行了研究，其研究方法主要分为指标法和系统动力学法两类。前者忽视了外部气候变化对城市的影响，通过考虑城市的社会机构、经济状况、生态条件和基础设施发展等各种因素来构建评估体系。该方法在实践中更为复杂，评估结果的主观性和不确定性更高。另一方面，系统动力学方法需要将城市化和气候变化耦合起来，构建城市洪水模拟数值模型，并利用这些结果进行抗灾能力评估。与指标法相比，基于气候变化和城市化数值模拟的系统动力学方法得出的复原力评估结果更为直观和准确。然而，这些系统动力学研究大多侧重于防止特定频率的特定设计降雨导致的功能故障，而忽略了系统内部结构损坏的残余风险。系统的结构性损坏，如排水沟堵塞、泵站故障、蓄水设施泄漏等，将严重加剧城市洪涝灾害。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法。
2、本专利技
3、一种改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，包括如下步骤：
4、步骤一、通过模型软件构建城区初始排水系统模型，初始排水系统模型主要包括管网、排水口、雨水井节点和蓄水池等设施，且初始排水系统模型中所有设施均处于非故障状态，同时确定模型中所需要参数；并准备后续运行初始排水系统模型的边界条件数据；
5、步骤二、以提高模型的运行效率为目标，对模型运行软件进行二次开发处理，形成批量处理文件和批量输出文件的数据处理流程；
6、步骤三、进行改良全局方法评估韧性，包括：
7、3.1、对输水管道进行分组，实现管网聚类抽样，每组输水管道形成一个单个群体链路；
8、3.2、采用步骤2形成的批量处理文件和批量输出文件的数据处理流程，按照从单个群体链路到全部群体链路逐渐失效的失效序列，运行初始城市排水系统模型，模拟管路在进入故障状态下的城市地表洪水过程；
9、3.3、利用系统功能函数进行韧性评估，基于不同失效级别下的地表洪水平均深度和持续时间，量化得到系统韧性变化曲线。
10、而且，步骤一中采用的模型软件为swmm软件。
11、而且，步骤二中进行二次开发的过程包括：
12、2.1、首先编写可以批量随机自动修改初始inp文件中目标链路的糙率并生成新的inp模型文件，其中初始inp文件与初始排水系统模型对应；
13、2.2、再编写python程序调用接口文件去批量执行生成的新的inp模型文件，即可得到swmm模型全部失效情景下的输出文件；
14、2.3、最后通过python批量读取统计输出文件中的洪水数据。
15、而且，步骤3.1中，抽样过程通过python语言赋予每条输水管道不同的属性id，对应于每个单个群体链路的管道部件只有两种工作状态：非故障与故障，非故障状态下的管道部件具有正常情景下稳定的功能，故障状态时则会丧失所有输水功能。
16、而且，步骤3.2中，每个失效序列的实施步骤如下：
17、(1)使用极端降雨天气作为边界条件输入初始城市排水系统模型，在无管道链路失效的情境下进行计算，模拟得出该情境下的城市地表洪水过程；
18、(2)在初始城市排水系统中随机选择的单个群体链路为故障管道，并使用相同的极端降雨数据对该模型进行模拟；
19、(3)随机选择两个群体链路故障，然后以相同极端降雨数据重复模拟；
20、(4)依次随机选取三个及以上的群体链路作为故障管道，重复至排水系统中全部管道进入故障状态。
21、而且，步骤3.2中，通过收敛性迭代运算来推求确保最小随机序列数下的样本可以覆盖整体管道节点，具体步骤如下所示:
22、(1)首先采用5个随机序列进行全局分析方法分析，确定总洪量的平均值；
23、(2)按照15个、30个、45个、60个、75个、90个、105个的顺序重复执行；
24、(3)对各组随机序列中每个失效级别上的洪水数据进行ks检验，以确定其为正态分布性质，并降低数据中异常值占比以降低数据离散度，得到修正后的随即失效序列数据；
25、(4)对于每一步增加，计算修正后平均值之间的百分比偏差dn，即dn：n+1＝{5，15}、{15、30}、{30、45}、{45；60}、{60；75}、{75；90}和{90；105}。
26、当百分比偏差小于5％时，认为该序列数涵盖所有单链路场景，涵盖统计上显著比例的多链路失效场景。
27、而且，步骤3.3中，以韧性系数res0为量化系统剩余功能的指标，则其为1减去计算出的系统功能破坏严重度，如式(1)所示，并在每个节点失效情景上分别计算：
28、
29、其中，vtf是总洪水量，vti是进入系统的总流量，tf是节点洪水的平均持续时间，tn是总运行(模拟)时间。
30、本专利技术具有的优点和积极效果为：
31、本专利技术改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法提供了一种有前景的定量工具，降低了计算量同时节约了资源，为全面和系统地评估排水系统设施失效情景的影响提供了新的方式，在基于传统水力可靠性的城市排水设计和修复方法中没有考虑到排水系统设施失效情景。本专利技术考虑到城市排水系统的结构部件数量庞大，要列出所有潜在的故障情况并不现实。为解决这一问题，本专利技术基于稳定性分析减少了全局分析方法所需的大量计算，从而提高了应用效率。
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1.一种改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于：步骤一中采用的模型软件为SWMM软件。
3.根据权利要求1所述的改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于，步骤二中，进行二次开发的过程包括：
4.根据权利要求1所述的改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于：步骤3.1中，抽样过程通过Python语言赋予每条输水管道不同的属性id，对应于每个单个群体链路的管道部件只有两种工作状态：非故障与故障，非故障状态下的管道部件具有正常情景下稳定的功能，故障状态时则会丧失所有输水功能。
5.根据权利要求1所述的改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于，步骤3.2中，每个失效序列的实施步骤如下：
6.根据权利要求1所述的改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于，步骤3.2中，通过收敛性迭代运算来推求确保最小随机序列数下的样本可以覆盖整体管道节点，具体步骤如下所示
7.根据权利要求1所述的改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于，步骤3.3中，以韧性系数Res0为量化系统剩余功能的指标，则其为1减去计算出的系统功能破坏严重度，如式(1)所示，并在每个节点失效情景上分别计算：
...【技术特征摘要】
1.一种改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于：步骤一中采用的模型软件为swmm软件。
3.根据权利要求1所述的改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于，步骤二中，进行二次开发的过程包括：
4.根据权利要求1所述的改良全局分析下的城市排水系统韧性快速评估方法，其特征在于：步骤3.1中，抽样过程通过python语言赋予每条输水管道不同的属性id，对应于每个单个群体链路的管道部件只有两种工作状态：非故障与故障，非故障状态下的管道部件具有正常情景下稳定的...
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