CN117131810B - 基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统与方法 - Google Patents
基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统与方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统与方法，本发明涉及雨洪调蓄技术领域，解决了未对水源汇入量以及其他的水源参数进行综合分析，从而导致蓄水区域的可容纳蓄水量出现偏差的问题，本发明通过对指定区域的蓄水流入以及流出情况进行综合分析，判定此蓄水区域是否可充分容纳周期汇入量，随后，根据具体分析结果，锁定容积改变量，采用此容积改变量对模拟模型内部的蓄水预警容积进行更新，便于后续在进行雨洪调蓄进程的准确度，提升模拟效果，为了校验模拟参数与实际参数之间的差异程度，故通过确定差值的具体走向便能确定差异程度，随后，根据具体的差异程度，再由外部人员进行介入，对模拟模型内部的具体预设参数或运行逻辑进行调整。
Description
技术领域
本发明涉及雨洪调蓄技术领域，具体为基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统与方法。
背景技术
为应对城市洪涝灾害，降低城市发生洪涝灾害概率，实现城市内自然生态可持续雨洪资源管理与利用，以城市为研究尺度，通过分析城市本有的自然环境，以及建设雨洪调蓄系统的可能影响因素，并分析各个因素之间的关系，基于水动力学场景模拟研究、城市雨洪调蓄空间规划布局等相关理论，构建基于系统动力学的城市雨洪调蓄模拟模型，从三个递进的角度（体系的构建、实际应用、后期评估）比较分析洪涝灾害的动力学机制以及不同层级雨洪调蓄系统对洪涝灾害的影响。
专利公开号为CN113914431A的申请公开了洪、雨水调蓄系统及调蓄方法，该系统包括进水模块、蓄水模块和排水模块，蓄水模块包括：蓄水单元，其为一个或多个相互连通设置；导水单元，其一端与至少一个所述蓄水单元连通、另一端与所述排水模块连通；蓄水单元向导水单元的排水阻力小于蓄水单元向其他方向排水的排水阻力。本发明通过上述设置，在导水单元的引导和汇集作用下，能够快速的将蓄水单元中的水分引导至排水模块，与向周边土壤渗透的方式相比，本发明的排水效率极大的得到了提高，而且导水单元的设置也能够极大的克服蓄水模块内部的毛细张力，进一步的提高排水程度，从而提高了蓄水模块下一次蓄水的蓄水量，能够满足更加复杂的需求。
雨洪调蓄在数据分析过程中，需采用对应的模拟模型进行数据模拟，从而输出对应的模拟结果，但在数据模拟过程中，其指定蓄水区域内部的可容纳蓄水量会发生改变，因未对水源汇入量以及其他的水源参数进行综合分析，从而导致蓄水区域的可容纳蓄水量出现偏差，便会影响对应模拟模型后续数据模拟的准确度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统与方法，解决了未对水源汇入量以及其他的水源参数进行综合分析，从而导致蓄水区域的可容纳蓄水量出现偏差的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统，包括：
过往数据确认端，对指定蓄水区域所产生的过往数据参数进行确认，随后，将所确认的过往数据参数传输至过往数据分析端内，其中过往数据参数包括周期汇入量、周期蒸发量以及周期输出量；
过往数据分析端，对过往数据参数进行接收，并根据对应的不同时间周期所对应的过往数据参数，确认不同周期数据的周期区间，随后，将若干组过往数据参数进行综合分析，得到对应蓄水区域的容积改变量，并将容积改变量传输至模拟模型内，具体方式为：
确定此过往数据参数内部的周期汇入量，并将其标定为HRi，其中i代表不同的时间周期，并采用NSi=HRi×C1得到本周期汇入此蓄水区域的泥沙量NSi，其中C1为预设的转换因子；
从过往数据参数内，将本周期之前过往每个不同周期的周期蒸发量以及周期输出量进行确认，随后，确定周期蒸发量的最大值以及最小值，构建蒸发区间，再确定周期输出量的最大值以及最小值，构建周期输出区间；
随后，从蒸发区间以及周期输出区间内，均提取最大值以及最小值，并将最大值进行合并，得到最大流失值Lmax，将最小值进行合并，得到最小流失值Lmin；
确认此蓄水区域的原始储水容积RJ以及整个蓄水预警容积XR，随后，采用得到此蓄水区域的最大储水容积参数Rmax或最小储水容积参数Rmin，再采用/>得到对应蓄水区域还可进行蓄水的蓄水容积Xmin或Xmax，其中Xmin为蓄水容积的最小值，Xmax为蓄水容积的最大值；
将周期汇入量HRi与蓄水容积Xmin或Xmax进行比对，当HRi＜Xmin时，代表此蓄水区域完全有能力对周期汇入量进行全部接收，故直接锁定泥沙量NSi，并将容积改变量（XR-NSi）直接传输至模拟模型内；
当Xmin≤HRi＜Xmax或Xmax≤HRi时，代表此蓄水区域可能有能力对周期汇入量进行全部接收，也可能不能全部接收，采用NSi=Xmin×C1得到本周期汇入此蓄水区域的泥沙量NSi，其中C1为预设的转换因子，并将容积改变量（XR-NSi）直接传输至模拟模型内；
实际参数获取端，对指定蓄水区域的实际运行参数进行获取，其中，实际运行参数为正常蓄水过程中所产生的记录参数；
模拟模型，将过往周期产生的模拟参数传输至参数分析处理端内；
参数分析处理端，将模拟模型所产生的模拟参数以及实际运行过程中所产生的实际运行参数进行比对，根据对应参数之间的差值走向，进行综合分析，判定此模拟模型所产生的模拟参数是否达标，具体方式为：
采用：实际运行参数-模拟参数=参数差值，随后，根据具体的时间走向，构建一组二维坐标系，随后根据不同时间点所对应的不同参数差值，在二维坐标系内确定对应的点位，并将若干个点位进行连线，生成差值走向曲线；
确认差值走向曲线内部的最大差值，并判定最大差值是否满足：最大差值＞Y1，若满足，则直接生成差值超标信号，传输至显示端内进行展示，若不满足，则进行后续处理；
从差值走向曲线内，锁定此曲线内斜率走向不同的线段，并将斜率＞0的线段标定为上升线段，将斜率＜0的线段标定为下降线段；
将上升线段的总长度进行确定，标定为SC，将下降线段的总长度进行确定，标定为XS，并采用SC-XS=SZ得到核对标准值SZ，再分析核对标准值SZ进行数值判定，若SZ＞0，则生成修正信号，并将所生成的修正信号传输至显示端内进行展示，供外部人员进行查看；
若SZ=0，则不进行任何处理；
若SZ＜0，则生成监视信号，当最大差值＞Y1时，直接生成对应的差值超标信号并进行展示。
模拟模型，对过往数据分析端所传输的容积改变量（XR-NSi）数值进行接收，随后，将此容积改变量（XR-NSi）直接替换原始的整个蓄水预警容积XR，对模拟模型内部的蓄水预警容积进行更新。
优选的，基于系统动力学的雨洪调蓄模拟方法，包括以下步骤：
步骤一、优先对指定蓄水区域所产生的过往数据参数进行确认，并将所确认的过往数据参数传输至过往数据分析端内；
步骤二、再对过往数据参数进行接收，并根据对应的不同时间周期所对应的过往数据参数，确认不同周期数据的周期区间，随后，将若干组过往数据参数进行综合分析，得到对应蓄水区域的容积改变量，并将容积改变量传输至模拟模型内；
步骤三、模拟模型根据容积改变量对内部的蓄水预警容积进行更新；
步骤四、将模拟模型所产生的模拟参数以及实际运行过程中所产生的实际运行参数进行比对，根据对应参数之间的差值走向，进行综合分析，判定此模拟模型所产生的模拟参数是否达标，并产生对应的待处理信号，随后，根据待处理信号，对模拟模型进行实时更新修正。
有益效果
本发明提供了基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统与方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
本发明通过对指定区域的蓄水流入以及流出情况进行综合分析，判定此蓄水区域是否可充分容纳周期汇入量，随后，根据具体分析结果，锁定容积改变量，采用此容积改变量对模拟模型内部的蓄水预警容积进行更新，便于后续在进行雨洪调蓄进程的准确度，提升模拟效果；
为了校验模拟参数与实际参数之间的差异程度，故通过确定差值的具体走向便能确定差异程度，随后，根据具体的差异程度，再由外部人员进行介入，对模拟模型内部的具体预设参数或运行逻辑进行调整，在调整时，结合对应的走向曲线来反应对应的差值走向，从而生成对应的待处理信号，随后，再结合对应的待处理信号，并进行模型修正，提升模拟模型在使用过程中的准确度，使此模拟模型在后续的使用过程中，其准确率更高，所产生的效果更好。
附图说明
图1为本发明原理框架示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，本申请提供了基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统，包括过往数据确认端、过往数据分析端、模拟模型、显示端、参数分析处理端以及实际参数获取端，其中过往数据确认端与过往数据分析端输入节点电性连接，所述过往数据分析端与模拟模型输入节点电性连接，且模拟模型以及实际参数获取端均与参数分析处理端输入节点电性连接，所述参数分析处理端与显示端输入节点电性连接；
其中，过往数据确认端，对指定蓄水区域所产生的过往数据参数进行确认，随后，将所确认的过往数据参数传输至过往数据分析端内，其中过往数据参数包括周期汇入量、周期蒸发量以及周期输出量，且每个不同时间周期便可产生一次周期参数，每个不同时间周期之间间隔一个月；
所述过往数据分析端，对过往数据参数进行接收，并根据对应的不同时间周期所对应的过往数据参数，确认不同周期数据的周期区间，随后，将若干组过往数据参数进行综合分析，得到对应蓄水区域的容积改变量，并将容积改变量传输至模拟模型内，其中，确定容积改变量的具体方式为：
确定此过往数据参数内部的周期汇入量，并将其标定为HRi，其中i代表不同的时间周期，并采用NSi=HRi×C1得到本周期汇入此蓄水区域的泥沙量NSi，其中C1为预设的转换因子，其具体取值由操作人员根据经验拟定，此转换因子由过往大量的汇入数据以及泥沙数据进行确定；
从过往数据参数内，将本周期之前过往每个不同周期的周期蒸发量以及周期输出量进行确认，随后，确定周期蒸发量的最大值以及最小值，构建蒸发区间，再确定周期输出量的最大值以及最小值，构建周期输出区间；
随后，从蒸发区间以及周期输出区间内，均提取最大值以及最小值，并将最大值进行合并，得到最大流失值Lmax，将最小值进行合并，得到最小流失值Lmin；
确认此蓄水区域的原始储水容积RJ以及整个蓄水预警容积XR，随后，采用得到此蓄水区域的最大储水容积参数Rmax或最小储水容积参数Rmin，再采用/>得到对应蓄水区域还可进行蓄水的蓄水容积Xmin或Xmax，其中Xmin为蓄水容积的最小值，Xmax为蓄水容积的最大值；
将周期汇入量HRi与蓄水容积Xmin或Xmax进行比对，其比对方式如下：
当HRi＜Xmin时，代表此蓄水区域完全有能力对周期汇入量进行全部接收，故直接锁定泥沙量NSi，并将容积改变量（XR-NSi）直接传输至模拟模型内；
当Xmin≤HRi＜Xmax或Xmax≤HRi时，代表此蓄水区域可能有能力对周期汇入量进行全部接收，也可能不能全部接收，采用NSi=Xmin×C1得到本周期汇入此蓄水区域的泥沙量NSi，其中C1为预设的转换因子，并将容积改变量（XR-NSi）直接传输至模拟模型内；
具体的，在正常的蓄水区域，一般会存在流入或流出的情况，在流入过程中，一般可能会带入一定的泥沙，其周期过长时，会影响此蓄水区域的蓄水容积，故可能需要进行定期清理，故每次在蓄水过程中，会存在定量的蓄水量，但前端所传输的蓄水量并不能代表本蓄水区域的接收量，因蓄水区域要将自身的蓄水情况考虑在内，便存在定期的水源蒸发量以及周期的输出量，通过综合分析，来判定此蓄水区域是否可充分容纳周期汇入量，便会产生对应的滞留泥沙，滞留泥沙产生时，便会影响蓄水区域的整体蓄水量，从而影响后续的蓄水过程；
所述模拟模型，对过往数据分析端所传输的容积改变量（XR-NSi）数值进行接收，随后，将此容积改变量（XR-NSi）直接替换原始的整个蓄水预警容积XR，对模拟模型内部的蓄水预警容积进行更新，便于后续在进行雨洪调蓄进程的准确度，提升模拟效果，其中模拟模型内部的运行模拟参数均由操作人员提前根据经验拟定，可对雨洪调蓄的整个进程进行模拟，并确定模拟结果，通过显示端进行展示。
实施例二
本实施例在具体实施过程中，相比于实施例一，其具体区别在于，针对于所产生的模拟参数与实际参数之间的差异，进行数据分析，并根据所产生的差异程度，生成不同的待处理信号，并通过显示端进行展示；
所述实际参数获取端，对指定蓄水区域的实际运行参数进行获取，其中，实际运行参数为正常蓄水过程中所产生的记录参数，其记录参数可由操作人员自行采集或由对应的传感器进行采集，且实际运行参数包括多种不同的参数，所采集的参数与模拟模型所模拟的参数相对应；
所述模拟模型，将过往周期产生的模拟参数传输至参数分析处理端内；
所述参数分析处理端，将模拟模型所产生的模拟参数以及实际运行过程中所产生的实际运行参数进行比对，根据对应参数之间的差值走向，进行综合分析，判定此模拟模型所产生的模拟参数是否达标，其中，进行综合分析的具体方式为：
采用：实际运行参数-模拟参数=参数差值，随后，根据具体的时间走向，构建一组二维坐标系，随后根据不同时间点所对应的不同参数差值，在二维坐标系内确定对应的点位，并将若干个点位进行连线，生成差值走向曲线；
确认差值走向曲线内部的最大差值，并判定最大差值是否满足：最大差值＞Y1，若满足，则直接生成差值超标信号，传输至显示端内进行展示，若不满足，则进行后续处理；
从差值走向曲线内，锁定此曲线内斜率走向不同的线段，并将斜率＞0的线段标定为上升线段，将斜率＜0的线段标定为下降线段，斜率就是一个线段的趋势程度，斜率大于0时，对应线段肯定处于爬升阶段，斜率小于0时，对应线段肯定处于下降阶段；
将上升线段的总长度进行确定，标定为SC，将下降线段的总长度进行确定，标定为XS，并采用SC-XS=SZ得到核对标准值SZ，再分析核对标准值SZ进行数值判定，若SZ＞0，则生成修正信号，并将所生成的修正信号传输至显示端内进行展示，供外部人员进行查看；
若SZ=0，则不进行任何处理；
若SZ＜0，则生成监视信号，当最大差值＞Y1时，直接生成对应的差值超标信号并进行展示；
具体的，为了校验模拟参数与实际参数之间的差异程度，故通过确定差值的具体走向便能确定差异程度，随后，根据具体的差异程度，再由外部人员进行介入，对模拟模型内部的具体预设参数或运行逻辑进行调整，在调整时，结合对应的走向曲线来反应对应的差值走向，从而生成对应的待处理信号，随后，再结合对应的待处理信号，并进行模型修正，提升模拟模型在使用过程中的准确度，使此模拟模型在后续的使用过程中，其准确率更高，所产生的效果更好。
实施例三
基于系统动力学的雨洪调蓄模拟方法，包括以下步骤：
步骤一、优先对指定蓄水区域所产生的过往数据参数进行确认，并将所确认的过往数据参数传输至过往数据分析端内；
步骤二、再对过往数据参数进行接收，并根据对应的不同时间周期所对应的过往数据参数，确认不同周期数据的周期区间，随后，将若干组过往数据参数进行综合分析，得到对应蓄水区域的容积改变量，并将容积改变量传输至模拟模型内；
步骤三、模拟模型根据容积改变量对内部的蓄水预警容积进行更新；
步骤四、将模拟模型所产生的模拟参数以及实际运行过程中所产生的实际运行参数进行比对，根据对应参数之间的差值走向，进行综合分析，判定此模拟模型所产生的模拟参数是否达标，并产生对应的待处理信号，随后，根据待处理信号，对模拟模型进行实时更新修正。
上述公式中的部分数据均是去其纲量进行数值计算，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (5)
1.基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统，其特征在于，包括：
过往数据确认端，对指定蓄水区域所产生的过往数据参数进行确认，随后，将所确认的过往数据参数传输至过往数据分析端内，其中过往数据参数包括周期汇入量、周期蒸发量以及周期输出量；
过往数据分析端，对过往数据参数进行接收，并根据对应的不同时间周期所对应的过往数据参数，确认不同周期数据的周期区间，随后，将若干组过往数据参数进行综合分析，得到对应蓄水区域的容积改变量，并将容积改变量传输至模拟模型内，具体方式为：
确定此过往数据参数内部的周期汇入量，并将其标定为HRi，其中i代表不同的时间周期，并采用NSi=HRi×C1得到本周期汇入此蓄水区域的泥沙量NSi，其中C1为预设的转换因子；
从过往数据参数内，将本周期之前过往每个不同周期的周期蒸发量以及周期输出量进行确认，随后确定周期蒸发量的最大值以及最小值，构建蒸发区间，再确定周期输出量的最大值以及最小值，构建周期输出区间；
随后，从蒸发区间以及周期输出区间内，均提取最大值以及最小值，并将最大值进行合并，得到最大流失值Lmax，将最小值进行合并，得到最小流失值Lmin；
确认此蓄水区域的原始储水容积RJ以及整个蓄水预警容积XR，随后，采用得到此蓄水区域的最大储水容积参数Rmax或最小储水容积参数Rmin，再采用/>得到对应蓄水区域还可进行蓄水的蓄水容积Xmin或Xmax，其中Xmin为蓄水容积的最小值，Xmax为蓄水容积的最大值；
将周期汇入量HRi与蓄水容积Xmin或Xmax进行比对，并根据比对结果生成容积改变量，将周期汇入量HRi与蓄水容积Xmin或Xmax进行比对的具体方式为：
当HRi＜Xmin时，代表此蓄水区域完全有能力对周期汇入量进行全部接收，故直接锁定泥沙量NSi，并将容积改变量：XR-NSi，直接传输至模拟模型内；
当Xmin≤HRi＜Xmax或Xmax≤HRi时，采用NSi=Xmin×C1得到本周期汇入此蓄水区域的泥沙量NSi，其中C1为预设的转换因子，并将容积改变量：XR-NSi，直接传输至模拟模型内；
实际参数获取端，对指定蓄水区域的实际运行参数进行获取，其中，实际运行参数为正常蓄水过程中所产生的记录参数；
模拟模型，将过往周期产生的模拟参数传输至参数分析处理端内，且对过往数据分析端所传输的容积改变量数值进行接收，将此容积改变量：XR-NSi，直接替换原始的整个蓄水预警容积XR，对模拟模型内部的蓄水预警容积进行更新；
参数分析处理端，将模拟模型所产生的模拟参数以及实际运行过程中所产生的实际运行参数进行比对，根据对应参数之间的差值走向，进行综合分析，判定此模拟模型所产生的模拟参数是否达标。
2.根据权利要求1所述的基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统，其特征在于，所述参数分析处理端，判定此模拟模型所产生的模拟参数是否达标的具体方式为：
采用：实际运行参数-模拟参数=参数差值，随后，根据具体的时间走向，构建一组二维坐标系，随后根据不同时间点所对应的不同参数差值，在二维坐标系内确定对应的点位，并将若干个点位进行连线，生成差值走向曲线；
确认差值走向曲线内部的最大差值，并判定最大差值是否满足：最大差值＞Y1，若满足，则直接生成差值超标信号，传输至显示端内进行展示，若不满足，则进行后续处理；
从差值走向曲线内，锁定此曲线内斜率走向不同的线段，并将斜率＞0的线段标定为上升线段，将斜率＜0的线段标定为下降线段；将上升线段的总长度进行确定，标定为SC，将下降线段的总长度进行确定，标定为XS，并采用SC-XS=SZ得到核对标准值SZ，再分析核对标准值SZ进行数值判定，若SZ＞0，则生成修正信号，并将所生成的修正信号传输至显示端内进行展示，供外部人员进行查看。
3.根据权利要求2所述的基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统，其特征在于，若SZ=0，则不进行任何处理。
4.根据权利要求2所述的基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统，其特征在于，若SZ＜0，则生成监视信号。
5.基于系统动力学的雨洪调蓄模拟方法，该模拟方法根据权利要求1-4任一项所述的基于系统动力学的雨洪调蓄模拟系统进行运行，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、优先对指定蓄水区域所产生的过往数据参数进行确认，并将所确认的过往数据参数传输至过往数据分析端内；
步骤二、再对过往数据参数进行接收，并根据对应的不同时间周期所对应的过往数据参数，确认不同周期数据的周期区间，随后，将若干组过往数据参数进行综合分析，得到对应蓄水区域的容积改变量，并将容积改变量传输至模拟模型内；
步骤三、模拟模型根据容积改变量对内部的蓄水预警容积进行更新；
步骤四、将模拟模型所产生的模拟参数以及实际运行过程中所产生的实际运行参数进行比对，根据对应参数之间的差值走向，进行综合分析，判定此模拟模型所产生的模拟参数是否达标，并产生对应的待处理信号，随后，根据待处理信号，对模拟模型进行实时更新修正。
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