CN114117707A - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

技术领域

本发明涉及市政排水工程技术领域，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。

背景技术

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 50014-2021）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。

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。

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。

发明内容

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。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

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。

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。

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-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。

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。

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，确定设计管段的管径、坡度、标高及埋深；

图形绘制模块，用于绘制管网平面图及纵剖面图，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。

进一步地，所述雨水管网规划设计方案管理模块具体用于：

建立市政雨水管网规划设计方案数据库、搜索引擎，设置层级目录和标签，实现市政雨水管网规划设计方案按照地区、工程、名称、方案版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理。

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方案评估模块具体包括：

雨水管网规划设计方案模型管理模块，用于实现市政雨水管网规划设计方案模型的综合管理；

基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案模型评估模块，用于实现对市政雨水管网规划设计方案的管网排水能力实施水动力模拟分析，校核规划设计方案是否满足基于城市降水空间分布特征的雨水管网排水设计目标。

进一步地，所述雨水管网规划设计方案模型管理模块具体用于：

建立市政雨水管网规划设计方案模型库，设置层级目录和标签，实现市政雨水管网规划设计方案模型按照地区、工程、名称、模型版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理。

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方案模型评估模块具体包括：

水动力模拟模型建立模块，用于以城市基础资料和雨水管网规划设计方案建立城市雨水管网水动力模拟模型；

降雨时空序列生成模块，用于依据从网格化城市暴雨强度计算模块获得的城市暴雨强度公式对应的城市降水网格单元提取各网格单元暴雨强度公式，结合城市暴雨雨型生成降雨时空序列；

排水能力校核模块，用于执行城市雨水管网水动力模拟模型，根据城市雨水管网水动力模拟模型执行结果对市政雨水管网规划设计方案下雨水管网排水能力进行校核，评估雨水管网规划设计方案是否满足设计目标。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请提供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通过划分城市降水空间网格单元，利用动力学降尺度气象模拟城市网格单元历史降水数据，利用理论频率分布曲线分析获得城市网格单元设计暴雨强度公式和设计暴雨强度值，以城市网格单元设计暴雨强度公式和设计暴雨强度值作为设计依据开展市政雨水管网规划设计，获得基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案，并采用模型对规划设计方案进行校核评估。与现有技术相比，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。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请优选实施例的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的模块示意图。

图2是本申请另一优选实施例的网格化城市降水模拟模块的子模块的示意图。

图3是本申请另一优选实施例的网格化城市暴雨强度计算模块的子模块的示意图。

图4是本申请另一优选实施例的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的子模块的示意图。

图5是本申请另一优选实施例的基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计模块的子模块的示意图。

图6是本申请另一优选实施例的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的子模块的示意图。

图7是本申请另一优选实施例的基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案模型评估模块的子模块的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

近年来，数值仿真技术在气候气象学的研究中取得重大突破，利用计算机模拟能够较为精准的反映真实的气候、气象、天气等不同空间尺度的大气运动过程。

以粗网格的全球气象再分析资料（Meteorological Reanalysis Data）作为背景场，并提供初边值条件，驱动区域气候模式（Regional Climate Model，RCM）进行数值积分，可以获得较高的时空分辨率气象气候信息。

气象再分析资料是将不同来源的气象观测资料（包括地面观测、卫星，还有雷达、探空、浮标、飞机、船舶，等）经质量控制后，同化到全球模式中所获得的网格化气象资料，在一定程度上可以近似地认为该资料代表了实际的大气状况。例如，FNL（Final OperationalGlobal Analysis Data）是由美国国家环境预报中心（National Centers forEnvironmental Prediction，NCEP）和美国国家大气研究中心（National Center forAtmospheric Research，NCAR）共同研制的一种全球尺度气象再分析资料，涵盖自1948年至今每日00、06、12和18时（UTC）的全球网格化大气气象再分析数据，水平空间分辨率为2.5̊×2.5̊（约为250km×250km），垂直空间分层为17层（从1000hPa到10hPa），气象参数包括等压面资料7要素、地面资料11要素、地面通量资料42要素。FNL再分析资料具有时次多、密度大、连续性强、分辨率较高、要素丰富等特点，FNL资料充分同化了尽可能全面的观测资料（地面、船舶、无线电探空、测风气球、飞机、卫星等），并进行了严格的质量控制和同化处理，被广泛用于数值模式以及天气、气候的诊断分析。

WRF（the Weather Research and Forecasting model，天气研究和预测模式）是美国国家大气研究中心、国家环境预报中心及多个大学、研究机构的科学家共同在上一代MM5（Mesoscale Model 5）模式的基础上研发的新一代中尺度气象模式，也是当前应用最广的RCM之一。相较于全球气象再分析资料，WRF模式的模拟范围（domain）较小，但可选择更高分辨率的平面网格和更密集的时间尺度，使其模拟结果不同于再分析资料的大尺度、粗网格化，能够体现目标区域内高分辨率（1~10km）的气象特征。

参照图1，本申请的优选实施例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，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，其中：

所述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；

所述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；

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；

所述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；

所述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；

所述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。

本实施例提供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通过划分城市降水空间网格单元，利用动力学降尺度气象模拟城市网格单元历史降水数据，利用理论频率分布曲线分析获得城市网格单元设计暴雨强度公式和设计暴雨强度值，以城市网格单元设计暴雨强度公式和设计暴雨强度值作为设计依据开展市政雨水管网规划设计，获得基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案，并采用模型对规划设计方案进行校核评估。与现有技术相比，本实施例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。

如图2所示，在本申请的优选实施例中，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；

相较于GCMs模式，本实施例的区域气候模式具有更高的水平空间分辨率（1~10km），可精细化描述区域气候变化；

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（time step）的模拟积云深对流过程的累积降水量（RAINC）和非积云对流过程的累积降水量（RAINNC），将积云深对流过程的累积降水量（RAINC）和非积云对流过程的累积降水量（RAINNC）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。

本实施例中，所述网格化城市降水模拟模块具体包括有气象再分析资料管理模块、网格化区域气象模拟模块、气象模拟数据后处理模块，本实施例在网格化区域气象模拟模块的外部数据源管理系统中配置气象再分析数据集源；在网格化降水模型系统中划分城市降雨网格单元，构建水平分辨率为4km×4km的WRF模式，模拟城市网格单元历史降水事件时序数据；在气象模拟数据后处理模块中对模拟的降雨时序数据提取处理，其好处包括所述网格化城市降水模拟模块整合了用于驱动WRF模式运行的气象再分析资料数据获取、模型模拟、模拟结果的分析流程，一定程度上提升了数据获取和处理的效率；实现气象再分析资料数据和WRF模式气象模拟数据的标准化管理，实现不同用户之间的数据共享，避免因数据的重复下载、模型重复运行、模拟结果多次处理所造成的网络资源、计算资源、存储资源的浪费和时间成本。

如图3所示，在本申请的优选实施例中，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-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。

本实施例的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、设计暴雨强度值管理模块，本实施例在网格化城市暴雨强度计算模块的设计暴雨强度值管理模块中对已模拟和处理的模拟降雨数据进行统一管理；在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中对城市降水网格单元逐一利用预设的理论频率分布曲线进行拟合和误差分析，获得各城市网格单元对应的设计暴雨强度公式和设计暴雨强度值，其好处包括：所述网格化城市暴雨强度计算模块集成了多种暴雨强度公式推求算法和暴雨强度值的标准化管理，方便用户实现不同暴雨强度公式对比和暴雨强度值比对分析，并实现暴雨强度公式和暴雨强度值的集成共享，有效避免因暴雨强度公式重复推求和暴雨强度值重复储存造成的资源浪费和时间成本。

如图4所示，在本申请的优选实施例中，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。

本实施例的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有基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计模块和雨水管网规划设计方案管理模块，其中，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；而雨水管网规划设计方案管理模块则用于实现对所述市政雨水管网规划设计方案的综合管理。其好处包括所述城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计与管理模块集成了规划设计方案的优化操作和方案的标准化管理，便于用户针对不同方案的比对、优化调整和方案共享。

如图5所示，在本申请的优选实施例中，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，确定设计管段的管径、坡度、标高及埋深；

图形绘制模块，用于绘制管网平面图及纵剖面图，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。

本实施例的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有汇水分区划分模块、降水网格划分模块、雨水管段划分模块、管段水力计算模块、图形绘制模块，其中，所述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；所述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；所述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；所述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，确定设计管段的管径、坡度、标高及埋深；所述图形绘制模块用于绘制管网平面图及纵剖面图，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。其好处包括：所述基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计集成了雨水管网规划设计优化的全流程，实现雨水管网规划设计优化的一体化操作，并实现优化结果的可视化展示，提高用户工作效率。

具体地，在本申请的优选实施例中，所述雨水管网规划设计方案管理模块具体用于：

建立市政雨水管网规划设计方案数据库、搜索引擎，设置层级目录和标签，实现市政雨水管网规划设计方案按照地区、工程、名称、方案版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理。

如图6所示，在本申请的优选实施例中，所述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具体包括：

雨水管网规划设计方案模型管理模块，用于实现市政雨水管网规划设计方案模型的综合管理；

基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案模型评估模块，用于实现对市政雨水管网规划设计方案的管网排水能力实施水动力模拟分析，校核规划设计方案是否满足基于城市降水空间分布特征的雨水管网排水设计目标。

本实施例中，所述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具体包括雨水管网规划设计方案模型管理模块、基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案模型评估模块，其中，所述雨水管网规划设计方案模型管理模块用于实现市政雨水管网规划设计方案模型的综合管理；所述基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案模型评估模块则用于实现对市政雨水管网规划设计方案的管网排水能力实施水动力模拟分析，校核规划设计方案是否满足基于城市降水空间分布特征的雨水管网排水设计目标。其好处包括：所述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集成了模型管理和模型模拟功能，一方面，用户可快速选取已经搭建的模型，实施模型模拟；另一方面，方便用户选取现有模型，在其基础上进行修改，搭建新模型，避免因重复模型搭建、率定和验证所产生的时间成本；并实现模型成果的共享。

具体地，在本申请的优选实施例中，所述雨水管网规划设计方案模型管理模块具体用于：

建立市政雨水管网规划设计方案模型库，设置层级目录和标签，实现市政雨水管网规划设计方案模型按照地区、工程、名称、模型版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理。

如图7所示，在本申请的优选实施例中，所述基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案模型评估模块具体包括：

水动力模拟模型建立模块，用于以城市基础资料和雨水管网规划设计方案建立城市雨水管网水动力模拟模型；

降雨时空序列生成模块，用于依据从网格化城市暴雨强度计算模块获得的城市暴雨强度公式对应的城市降水网格单元提取各网格单元暴雨强度公式，结合城市暴雨雨型生成降雨时空序列；

排水能力校核模块，用于执行城市雨水管网水动力模拟模型，根据城市雨水管网水动力模拟模型执行结果对市政雨水管网规划设计方案下雨水管网排水能力进行校核，评估雨水管网规划设计方案是否满足设计目标

本实施例中，所述基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案模型评估模块具体包括有水动力模拟模型建立模块、降雨时空序列生成模块、排水能力校核模块，具体而言，本实施例中，首先，以城市基础资料和雨水管网规划设计方案建立城市雨水管网水动力模拟模型；接着依据从网格化城市暴雨强度计算模块获得的城市暴雨强度公式对应的城市降水网格单元提取各网格单元暴雨强度公式，结合城市暴雨雨型生成降雨时空序列；最后执行城市雨水管网水动力模拟模型，根据城市雨水管网水动力模拟模型结果对雨水管网规划设计方案下雨水管网排水能力进行校核，评估雨水管网规划设计方案是否满足设计目标，从而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。

综上所述，上述实施例提供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，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，从而提升了市政雨水管网应对气候变化的韧性，保障了未来城市水安全性，并合理优化了市政雨水管网系统的建设投资。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

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-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。

4.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。

5.根据权利要求4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，确定设计管段的管径、坡度、标高及埋深；

图形绘制模块，用于绘制管网平面图及纵剖面图，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。

6.根据权利要求4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，所述雨水管网规划设计方案管理模块具体用于：

建立市政雨水管网规划设计方案数据库、搜索引擎，设置层级目录和标签，实现市政雨水管网规划设计方案按照地区、工程、名称、方案版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理。

7.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具体包括：

雨水管网规划设计方案模型管理模块，用于实现市政雨水管网规划设计方案模型的综合管理；

基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案模型评估模块，用于实现对市政雨水管网规划设计方案的管网排水能力实施水动力模拟分析，校核规划设计方案是否满足基于城市降水空间分布特征的雨水管网排水设计目标。

8.根据权利要求7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，所述雨水管网规划设计方案模型管理模块具体用于：

建立市政雨水管网规划设计方案模型库，设置层级目录和标签，实现市政雨水管网规划设计方案模型按照地区、工程、名称、模型版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理。

9.根据权利要求7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，所述基于城市降水空间分布特征的雨水管网规划设计方案模型评估模块具体包括：

水动力模拟模型建立模块，用于以城市基础资料和雨水管网规划设计方案建立城市雨水管网水动力模拟模型；

降雨时空序列生成模块，用于依据从网格化城市暴雨强度计算模块获得的城市暴雨强度公式对应的城市降水网格单元提取各网格单元暴雨强度公式，结合城市暴雨雨型生成降雨时空序列；

排水能力校核模块，用于执行城市雨水管网水动力模拟模型，根据城市雨水管网水动力模拟模型执行结果对市政雨水管网规划设计方案下雨水管网排水能力进行校核，评估雨水管网规划设计方案是否满足设计目标。

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