CN116050705A - 一种城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，属于城市排水系统评价技术领域，方法包括：构建研究区域排水模型；根据所述研究区域排水模型，获取溢流与内涝控制模拟方案；利用预构建的溢流与内涝控制潜力评价体系，对所述溢流与内涝控制模拟方案进行评价，并根据评价结果获取溢流与内涝控制最优方案；其中，所述溢流与内涝控制潜力评价体系由各子评价指标，结合各所述子评价指标的综合权重构建获取。该方法能够以同步控制溢流污染和内涝风险为核心目标，构建溢流与内涝控制潜力评价体系，对溢流与内涝控制模拟方案进行评价，获取溢流与内涝控制最优方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，属于城市排水系统评价技术领域。
背景技术
随着我国黑臭水体治理的推进，许多城市基本消除了晴天黑臭，但伴随而来的是雨天河道黑臭。城乡面源污染逐步上升为制约水环境持续改善的主要原因，而排水系统溢流产生的面源污染逐渐成为城市水环境治理的主要问题。溢流污染多呈旱季“藏污纳垢”、雨季“零存整取”现象，具有较大不确定性。由于城市污水基础设施管网破损、雨污混接、外水混入等问题普遍存在，也增加了排水系统雨季溢流污染频次及危害程度。因此，亟需提出切实可行的排水系统溢流污染削减、治理技术指引与优化方案，集成区域排水系统雨天运行、管控的综合调度模式。
由于气候变化和城市化的加快，使得城市暴雨径流越发严重，导致许多城市出现“一下雨就看海”的内涝灾害。城市内涝灾害的频发，除了严重威胁到居民的生命财产安全，也会给城市造成经济损失。基于此，许多地区都开展了海绵城市建设、排水设施改造等控制措施。然而，由于排水管网建设年代久远，管网运行状态难以达到设计标准，在改造过程缺乏整体考虑导致排水系统错综复杂，排水效能大大削减。内涝防治是系统工程，应综合考虑区域城市化进程、排水系统建设情况、气象特征等，还需多部门协作进行科学决策。同时，为降低内涝风险，雨季排涝泵站开闸调度，排水口向受纳水体分散出流，合流、错混接污水的汇入也造成国省考断面水质下滑、超标等问题。
如何构建排水模型量化排水系统运行效能，以溢流污染和内涝风险为核心控制目标，建立控制潜力科学评价体系，并在此基础上提出保障城市排水系统运行绩效提升的优化控制方案，仍有待深入研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，能够以同步控制溢流污染和内涝风险为核心目标，构建溢流与内涝控制潜力评价体系，对溢流与内涝控制模拟方案进行评价，获取溢流与内涝控制最优方案。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，包括：
构建研究区域排水模型；
根据所述研究区域排水模型，获取溢流与内涝控制模拟方案；
利用预构建的溢流与内涝控制潜力评价体系，对所述溢流与内涝控制模拟方案进行评价，并根据评价结果获取溢流与内涝控制最优方案；
其中，所述溢流与内涝控制潜力评价体系由各子评价指标，结合各所述子评价指标的综合权重构建获取。
进一步的，构建研究区域排水模型包括：
获取研究区域基本数据；
根据所述研究区域基本数据，构建研究区域排水模型，并对所述研究区域排水模型进行边界条件初始化设置。
进一步的，所述研究区域基本数据包括：地形数据、气象数据、相关排水规划、土地利用类型、数字高程模型、管网拓扑结构、管网及排水设施信息、已有水量水质监测资料和区域受纳水体水文数据。
进一步的，所述子评价指标包括：溢流削减指标、内涝控制指标和综合效益指标。
进一步的，所述溢流削减指标所对应的数据包括：溢流频次、溢流总量控制率和溢流污染负荷控制率；所述内涝控制指标所对应的数据包括：管道超载率、积水时长和积水面积；所述综合效益指标所对应的数据包括：受纳水体质量改善率、生态景观功能和建设运维费用。
进一步的，各所述子评价指标的综合权重的计算方法包括：
采用层次分析法，计算各所述子评价指标的主观权重；
采用熵值法，计算各所述子评价指标的客观权重；
采用主客观组合赋权法，结合所述主观权重和客观权重，计算各子评价指标的综合权重。
进一步的，采用层次分析法，计算各所述子评价指标的主观权重包括：
以三级目标构建层次结构模型；
对各所述子评价指标进行量化赋值，并构建相应的判断矩阵；
利用所述层次结构模型对各所述子评价指标进行层次单排序，并计算相应的判断矩阵的特征值，作为各所述子评价指标的主观权重；
其中，所述三级目标包括：目标层、准则层和方案层。
进一步的，采用熵值法，计算各所述子评价指标的客观权重包括：
对各所述子评价指标所对应的数据进行预处理，获取预处理值；
根据所述预处理值，计算各所述子评价指标的信息熵；
根据所述信息熵，计算各所述子评价指标的熵权，作为各所述子评价指标的客观权重；
其中，对各所述子评价指标所对应的数据进行预处理包括：对各所述子评价指标进行属性分类，并对各所述子评价指标所对应的数据进行归一化处理。
进一步的，所述综合权重的计算公式如公式(1)所示：
公式(1)中，Wi为第i个子评价指标的综合权重，i为第i个子评价指标，n为子评价指标总数，αi为第i个子评价指标的主观权重，βi为第i个子评价指标的客观权重。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，综合考虑溢流污染和内涝风险的控制潜力，弥补了目前控制措施目标单一、缺乏排放与控制标准和规范的缺点，为降低排水系统升级改造决策的主观性和经验性、提高科学化和定量化水平提供了理论支撑。本发明提供的溢流与内涝控制潜力评价体系，从溢流削减指标、内涝控制指标和综合效益指标三个角度出发，结合其综合权重，为多指标综合评价提供依据。通过本发明提供的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法获取的溢流与内涝控制最优方案，具有适用性和可操作性，适合推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一：
图1是本发明实施例一提供的一种城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法流程图，本流程图仅仅示出了本实施例方法的逻辑顺序，在互不冲突的前提下，在本发明其它可能的实施例中，可以以不同于图1所示的顺序完成所示出或描述的步骤。
参见图1，本实施例的方法具体包括如下步骤：
步骤一：构建研究区域排水模型；
构建研究区域排水模型包括如下步骤：
步骤A：获取研究区域基本数据；
研究区域基本数据包括：地形数据、气象数据、相关排水规划、土地利用类型、数字高程模型、管网拓扑结构、管网及排水设施信息、已有水量水质监测资料和区域受纳水体水文数据。
步骤B：根据研究区域基本数据，构建研究区域排水模型，并对研究区域排水模型进行边界条件初始化设置；
研究区域排水模型的参数的取值范围参考国家或当地设计标准，使用人工试错法进行水量和水质率定与验证。
步骤二：根据研究区域排水模型，获取溢流与内涝控制模拟方案；
研究区域排水模型包括：地表产汇流模块、管网水动力模块、河道水力模块、水质模块、二维洪涝淹没模块以及可持续构筑物模块，研究区域排水模型的输入包括：降雨量、蒸发量等气象数据。
步骤三：利用预构建的溢流与内涝控制潜力评价体系，对溢流与内涝控制模拟方案进行评价，并根据评价结果获取溢流与内涝控制最优方案；
溢流与内涝控制潜力评价体系由各子评价指标，结合各子评价指标的综合权重构建获取。
子评价指标包括：溢流削减指标、内涝控制指标和综合效益指标。
溢流削减指标所对应的数据包括：溢流频次、溢流总量控制率和溢流污染负荷控制率；内涝控制指标所对应的数据包括：管道超载率、积水时长和积水面积；综合效益指标所对应的数据包括：受纳水体质量改善率、生态景观功能和建设运维费用。
各子评价指标的综合权重的计算方法包括如下步骤：
步骤a：采用层次分析法，计算各子评价指标的主观权重；
采用层次分析法，计算各子评价指标的主观权重包括如下步骤：
步骤①：以三级目标构建层次结构模型；
步骤②：对各子评价指标进行量化赋值，并构建相应的判断矩阵；
步骤③：利用层次结构模型对各子评价指标进行层次单排序，并计算相应的判断矩阵的特征值，作为各子评价指标的主观权重；
其中，三级目标包括：目标层、准则层和方案层。
步骤b：采用熵值法，计算各子评价指标的客观权重；
采用熵值法，计算各子评价指标的客观权重包括如下步骤：
步骤ⅰ：对各子评价指标所对应的数据进行预处理，获取预处理值；
步骤ⅱ：根据预处理值，计算各子评价指标的信息熵；
步骤ⅲ：根据信息熵，计算各子评价指标的熵权，作为各子评价指标的客观权重；
其中，对各子评价指标所对应的数据进行预处理包括：对各子评价指标进行属性分类，并对各子评价指标所对应的数据进行归一化处理。
步骤c：采用主客观组合赋权法，结合主观权重和客观权重，计算各子评价指标的综合权重；
综合权重的计算公式如公式(1)所示：
公式(1)中，Wi为第i个子评价指标的综合权重，i为第i个子评价指标，n为子评价指标总数，αi为第i个子评价指标的主观权重，βi为第i个子评价指标的客观权重。
本实施例提供的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，综合考虑溢流污染和内涝风险的控制潜力，弥补了目前控制措施目标单一、缺乏排放与控制标准和规范的缺点，为降低排水系统升级改造决策的主观性和经验性、提高科学化和定量化水平提供了理论支撑。本发明提供的溢流与内涝控制潜力评价体系，从溢流削减指标、内涝控制指标和综合效益指标三个角度出发，结合其综合权重，为多指标综合评价提供依据。通过本发明提供的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法获取的溢流与内涝控制最优方案，具有适用性和可操作性，适合推广使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，其特征在于，包括：
构建研究区域排水模型；
根据所述研究区域排水模型，获取溢流与内涝控制模拟方案；
利用预构建的溢流与内涝控制潜力评价体系，对所述溢流与内涝控制模拟方案进行评价，并根据评价结果获取溢流与内涝控制最优方案；
其中，所述溢流与内涝控制潜力评价体系由各子评价指标，结合各所述子评价指标的综合权重构建获取。
2.根据权利要求1所述的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，其特征在于，构建研究区域排水模型包括：
获取研究区域基本数据；
根据所述研究区域基本数据，构建研究区域排水模型，并对所述研究区域排水模型进行边界条件初始化设置。
3.根据权利要求2所述的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，其特征在于，所述研究区域基本数据包括：地形数据、气象数据、相关排水规划、土地利用类型、数字高程模型、管网拓扑结构、管网及排水设施信息、已有水量水质监测资料和区域受纳水体水文数据。
4.根据权利要求1所述的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，其特征在于，所述子评价指标包括：溢流削减指标、内涝控制指标和综合效益指标。
5.根据权利要求4所述的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，其特征在于，所述溢流削减指标所对应的数据包括：溢流频次、溢流总量控制率和溢流污染负荷控制率；所述内涝控制指标所对应的数据包括：管道超载率、积水时长和积水面积；所述综合效益指标所对应的数据包括：受纳水体质量改善率、生态景观功能和建设运维费用。
6.根据权利要求1所述的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，其特征在于，各所述子评价指标的综合权重的计算方法包括：
采用层次分析法，计算各所述子评价指标的主观权重；
采用熵值法，计算各所述子评价指标的客观权重；
采用主客观组合赋权法，结合所述主观权重和客观权重，计算各子评价指标的综合权重。
7.根据权利要求6所述的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，其特征在于，采用层次分析法，计算各所述子评价指标的主观权重包括：
以三级目标构建层次结构模型；
对各所述子评价指标进行量化赋值，并构建相应的判断矩阵；
利用所述层次结构模型对各所述子评价指标进行层次单排序，并计算相应的判断矩阵的特征值，作为各所述子评价指标的主观权重；
其中，所述三级目标包括：目标层、准则层和方案层。
8.根据权利要求6所述的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，其特征在于，采用熵值法，计算各所述子评价指标的客观权重包括：
对各所述子评价指标所对应的数据进行预处理，获取预处理值；
根据所述预处理值，计算各所述子评价指标的信息熵；
根据所述信息熵，计算各所述子评价指标的熵权，作为各所述子评价指标的客观权重；
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9.根据权利要求6所述的城市排水系统溢流与内涝控制最优方案分析方法，其特征在于，所述综合权重的计算公式如公式(1)所示：
公式(1)中，Wi为第i个子评价指标的综合权重，i为第i个子评价指标，n为子评价指标总数，αi为第i个子评价指标的主观权重，βi为第i个子评价指标的客观权重。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117649125A (zh) * | 2023-11-29 | 2024-03-05 | 中国市政工程西北设计研究院有限公司 | 洪涝控制排水深隧建设适应性决策的评价系统和方法 |
-
2022
- 2022-12-30 CN CN202211729053.8A patent/CN116050705A/zh active Pending
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| CN117649125A (zh) * | 2023-11-29 | 2024-03-05 | 中国市政工程西北设计研究院有限公司 | 洪涝控制排水深隧建设适应性决策的评价系统和方法 |
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