WO2020041989A1 - 一种基于雨水总量控制的海绵城市设计方法及系统 - Google Patents

一种基于雨水总量控制的海绵城市设计方法及系统 Download PDF

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WO2020041989A1
WO2020041989A1 PCT/CN2018/102805 CN2018102805W WO2020041989A1 WO 2020041989 A1 WO2020041989 A1 WO 2020041989A1 CN 2018102805 W CN2018102805 W CN 2018102805W WO 2020041989 A1 WO2020041989 A1 WO 2020041989A1
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design
rainfall
rainwater
total
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翟俊
李文超
吴斌
王越
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苏州大学张家港工业技术研究院
苏州大学
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03F—SEWERS; CESSPOOLS
    • E03F1/00—Methods, systems, or installations for draining-off sewage or storm water
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"

Definitions

  • the present invention relates to the total amount of rainwater control in the design of a sponge city, and in particular, to a method and a system for designing a sponge city based on the total amount of rainwater control, and particularly to a system implemented using an APP.
  • Sponge city refers to the strengthening of urban planning and construction management, giving full play to the absorption, storage, and slow-release of rainwater by ecosystems such as buildings, roads, green spaces, and water systems, effectively controlling rainwater runoff, and achieving natural accumulation, natural penetration, Naturally purified urban development.
  • ecosystems such as buildings, roads, green spaces, and water systems
  • rainwater runoff and achieving natural accumulation, natural penetration, Naturally purified urban development.
  • the rainwater source control facilities used include permeable paving, green roofs, planting ditches, rainwater gardens, biological retention ponds, and the like.
  • the urban conditions can be divided into different types of underlying surfaces, such as roofs, roads, green spaces, water surfaces, etc., and the layout of the corresponding rainwater source control facilities is designed based on the different underlying conditions. Based on this, the design provided by the design is judged. Whether the rainwater runoff control ability can meet the design rainfall requirements.
  • the purpose of the present invention is to provide a sponge city design method based on the total rainwater control, which implements the calculation and adjustment of the total rainwater control in the sponge city design based on the A PP to assist in completing the sponge city planning design.
  • Another object of the present invention is to provide a sponge city design system for implementing the above method.
  • a method for designing a sponge city based on total rainwater control including the following steps:
  • the system automatically recognizes the type of underlying surface within the range of the base, the type of underlying surface including roof, road, green space, water surface, and provides rainfall runoff coefficients corresponding to various types of underlying surface;
  • the rainwater source control facility includes a permeable pavement, a green roof, a grass planting ditch, a rainwater garden, and a biological retention pond, and each type of rainwater source control facility has a storage rainfall volume per 10m 2 area:
  • W is the number of structural layers of the rainwater source control facility, / The depth of the structural layer
  • A is the reduction factor for the / structure layer.
  • the reduction coefficient A is set according to the type and material of the structural layer, 0 ⁇ A ⁇ 1
  • the value of the reduction coefficient A is as follows: the water storage layer is 0.5, the trapezoidal section is 0.6, the soil replacement layer is 0.2, and the gravel layer is 0.3.
  • the types of the underlying surface in the refinement of the underlying surface type include a hard roof, a green roof, a concrete ground surface, a block stone ground, a gravel road, a green land, and a water surface.
  • a sponge city design system based on total rainwater control implemented by APP, including a rainwater source control facility module, a design module, and a recording module;
  • the rainwater source control facility module includes a permeable paving module, a green roof module, a grass planting ditch module, a rain garden module, and a biological detention pond module; each type of module includes an introduction, a cross-sectional view, and a structural layer of the facility Type, structural layer depth, and structural layer reduction factor; the rainwater source control facility module has a module creation and modification function;
  • the rainwater source control facility module is connected to the design module, and the design module calls its internal module information;
  • the design module includes a new module, a design assistance module, and an output module;
  • the new module includes a background information module and a base information module;
  • the background information module extracts a graph of the total annual runoff control rate of the city according to the city selected by the user, selects the annual runoff total control rate according to the user instruction, and extracts the corresponding design rainfall as a design auxiliary module and Design standard and judgment basis of output module;
  • the base information module is composed of a first map setting module and a first table setting module
  • the first map setting module allows a user to select a base range, and automatically recognizes the type of the underlying surface, and provides a rainfall runoff coefficient corresponding to the type of the underlying surface;
  • the first table setting module displays information corresponding to the first map setting module in a table form for a user to modify, add, and delete the underlying surface category, and set and modify the underlying surface area and rainfall runoff coefficient, and Real-time calculation shows the total land area and rainfall runoff coefficient of the project in the current state;
  • the design assistance module includes an automatic design module and a manual design module;
  • the automatic design module generates layout information of the rainwater source control facility module according to the selected preset mode
  • the manual design module is composed of a second map setting module and a second table setting module;
  • the user selects rainwater source control facilities and designs parameters by drawing a selection area
  • the second table setting module displays information corresponding to the second map setting module in a table form for users to edit and modify;
  • the output module includes a design output module and an optimization module
  • the design output module outputs the total annual runoff control rate, the design rainfall, the total area occupied by the project, the comprehensive rainfall runoff coefficient, the actual design rainfall, the total volume of the rainfall control, the actual control rate, and the required additional rainfall Control the volume.
  • the actual design rainfall is greater than the design rainfall
  • the actual design rainfall is less than the design rainfall, ask the user whether to call the optimization module. If the optimization module is not called, save the data. Temporarily stored in the recording module;
  • the optimization module gives the area to be increased according to the input information of the rainwater source control facility, for the user to select and optimize;
  • the recording module records historical data provided by the design module.
  • the present invention has the following advantages compared with the prior art:
  • the APP-based sponge city rainwater total control calculation system of the present invention has strong convenience, high efficiency and accuracy.
  • the user can calculate the rainfall runoff coefficient in the design site at any time through the APP, and modify the parameters of the rainwater source control facilities to detect and control the total amount of rainwater to assist in the completion of the sponge city planning and design
  • the present invention adopts a combination of a map and a table.
  • the preliminary design can be performed through quick box selection of the map, and the preliminary design data can be refined and modified through the table, which can greatly improve the design speed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a system structure in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram of a rainwater source control facility module in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic structural diagram of a design module in FIG. 1.
  • Embodiment 1 As shown in FIG. 1, a sponge city design system 1 based on total rainwater control is implemented by APP, and includes rainwater source control facility module 2, design module 3, recording module 4, design module 3 Connected to the rainwater source control facility module 2 and the recording module 4, respectively.
  • the rainwater source control facility module 2 includes a permeable paving module 5, a green roof module 6, a grass planting ditch module 7, a rain garden module 8, and a biological retention pond module 9.
  • modules include an introduction to this type of rainwater source control facilities, and use a visual cross-section to show its cross-sectional structure, including its structural layer type (aquifer, gravel layer, etc.) and structural layer scale (Structural layer depth), APP will provide the volume V of stored rainwater within the unit area (10m 2 ) of this type of rainwater source control facility. The system calculates it as:
  • W is the number of structural layers of the rainwater source control facility, Is the depth of the / structure layer,
  • A is the reduction factor for the / structure layer.
  • the structure layer depth and the structure layer reduction coefficient have been recorded in the rainwater source control facility module in the system.
  • the user can modify the parameters of the existing rainwater source control facility (structure layer type and structure layer depth) to create the required rainwater source control facility module.
  • the system will display its profile structure in real time according to the user's settings, and the system will automatically calculate The unit area of the newly-built rainwater source control facility module (the volume of stored rainfall within 10m.
  • the reduction coefficient of each structural layer can also be modified according to the user's operating instructions. When the modification is made, the lower structure will be displayed at the bottom of the interface The value range of the layer reduction coefficient is for user's reference.
  • the rainwater source control facility module is connected to the design module.
  • the APP When the user performs the design module operation, the APP will The rainwater source control facility module in the system is automatically selected. At the same time, the user can create a new rainwater source control facility module in the operation of the design module, or save it as data in the rainwater source control facility module.
  • the design module 3 includes a new module 10, a design assistance module 11, and an output module 12.
  • the new module 10 is connected to the design assistance module 11 and the output module 12, respectively, and the design assistance module 11 is connected to the output module 12.
  • the new module 10 includes a background information module 13 and a base information module 14.
  • the city and annual runoff total control rate needs to be selected in the background information module.
  • the A PP system will retrieve the internal database to extract the curve graph of the total annual runoff control rate in the city.
  • select the annual runoff total control rate According to the user's operation instruction, select the annual runoff total control rate.
  • the system will automatically read the total annual runoff control rate and extract its corresponding design rainfall H Design rainfall is temporarily stored as the basic data, which will then be used as the design standard and judgment basis for the design assistance module and output module.
  • the base information module 14 includes a first map setting module 15 and a first table setting module 16.
  • the first map setting module is connected to the first table setting module.
  • the user can select the base area through the map interface frame.
  • the system will automatically identify the type of underlying surface, and divide it into four types: roof, road, green space, and water surface.
  • the system will provide four types of providers.
  • the rainfall runoff coefficient can also be modified according to the user's operation instructions. When modified, the recommended runoff coefficient range for the underlying surface type will be displayed at the bottom of the interface for users' reference.
  • the system will automatically calculate the project area and rainwater runoff coefficient and display it on the map interface.
  • the first form setting module can be used to view the base information extracted by the system through the form, including the type and area of the underlying surface, the rainfall runoff coefficient, the project land area and the rainwater runoff coefficient.
  • the user may use the first form setting module for in-depth analysis, or may directly end the base information module and enter the design assistance module.
  • the user can use the form interface to set, add, and delete underlying surface categories.
  • the types of underlying surfaces will be more detailed, including hard roofs, green roofs, concrete floors, stone floors, gravel roads, green spaces, and water surfaces.
  • the user can input the area corresponding to the underlying surface according to his own design site, or enter the manual frame selection range of the first map setting module, and the system automatically recognizes the area corresponding to the underlying surface.
  • the APP system has given the rainfall runoff coefficients for different underlying surfaces, and can also be modified according to the user's operating instructions.
  • the recommended runoff coefficient range of the underlying surface type will be displayed at the bottom of the interface for users' reference.
  • the APP system will calculate and display the items in the current state in real time according to the user's input of area and modification of rainfall runoff coefficient Comprehensive runoff coefficient of total land area and rainfall.
  • cp is the underlying surface coefficient
  • F is the underlying surface area
  • E refers to calculating q> * F for different types of underlying surfaces and summing them.
  • the design assistance module 11 includes an automatic design module 17 and a manual design module 18
  • the automatic design module includes three modes, a permeable pavement and rain garden mode, a green roof and rain garden mode, and a rain garden mode.
  • the permeable pavement and rainwater garden mode refers to the design method of converting the ground in the site into a permeable pavement ground and adding a rainwater garden. Under this mode, the requirements for the total annual runoff control rate selected in the new module will be automatically calculated The area of the rainwater garden that needs to be constructed after all the ground of the site is converted into permeable pavement ground.
  • the green roof plus rainwater garden mode refers to the design method of converting the roof in the site into a green roof and adding a rainwater garden. Under this mode, the requirements for the total annual runoff control rate selected in the new module will be automatically calculated.
  • the rainwater garden mode refers to the design method of increasing the rainwater retention in the rainwater garden. Under this mode, the area of the rainwater garden to be built will be automatically calculated under the requirements of the total annual runoff control rate selected in the new module.
  • the system selects the module data in the default rainwater source control facility module as the calculation content.
  • a design scheme is generated that can meet the three patterns of design rainfall generated in the background information module in the newly-built module.
  • the manual design module 18 includes a second map setting module 19 and a second table setting module 20
  • the user selects the scope of the rainwater source control facility module by drawing a selection operation mode, and clicking the boundary system of the selection area will pop up a setting work box of the rainwater source control facility module, displaying the rainwater source control facility module.
  • Types of existing rainwater source control facilities Users can select the design category of the rainwater source control facilities (planting grass ditch, rainwater garden, biological retention pond).
  • the APP will call the modules of the grass ditch module, rainwater garden module, biological retention pond module, etc.
  • Existing structural layer data and stored rainwater volume data Based on the structural data of the existing module, the user can also modify the existing parameters (structure layer type and structure layer depth) to create the required rainwater source control facility submodule.
  • the APP system will be based on the user's settings. Real-time display of its section structure, the system will automatically calculate the new The rainwater source control facility sub-module has a volume of 10% of the area to store rainfall volume, and the new custom rainwater source control facility submodule is stored in the rainwater source control facility module.
  • the APP By adding, modifying, and deleting the rainwater source control facility by the user, the APP will automatically calculate the rainfall V 2 that the facility can accommodate.
  • the depth and reduction coefficients of various structural layers will be automatically provided by the database in the APP, but the depth and reduction coefficient of each structural layer can also be modified according to the user's operation instructions. When the modification is made, the following will be displayed at the bottom of the interface.
  • the value range of the structure layer depth and reduction factor is for user's reference.
  • the layout of the rainwater source control facilities in the design scheme and the storage volume of various types of rainwater source control facilities will be displayed in real time on a map interface in the second map setting module.
  • control In the current state of the site, control the total volume of rainfall, the actual design rainfall, the actual control rate, and the required additional rainfall control volume.
  • H 2 V 3 / (10OF), where 0 is a comprehensive runoff coefficient of rainfall, and the total area occupied by the F project.
  • the APP After obtaining the data of the actual design rainfall, the APP will retrieve the graph of the total annual runoff control rate of the city, and select the actual control rate corresponding to the actual design rainfall.
  • the calculation method of the required additional rainfall control volume V 5 will use a reverse derivation process, and on the premise of meeting the design rainfall, analyze the required total rainfall control volume V 4 to be satisfied.
  • the user can use the second table setting module to view the detailed information of the user's sponge city plan design for the site in the form of a table, including the types of rainwater source control facilities. And its corresponding area and stored rainfall, the total volume of controlled rainfall, the actual designed rainfall, the actual control rate, and the required additional rainfall control volume.
  • the user can use the second form to set the module for in-depth design, or you can directly end the design assistance module and enter the output module.
  • the user can use the form interface to set, add, and delete design schemes.
  • Rainwater source control facility The APP will directly call the existing data in the rainwater source control facility module, which already includes the structure (structure layer type and depth) of various types of rainwater source control facilities. The user only needs to set the design area corresponding to the rainwater source control facilities, and it can automatically Calculate the current actual design rainfall, actual control rate, and the required additional rainfall control volume.
  • the user can also modify the structure of the existing rainwater source control facility by editing, customize and generate a new rainwater source control facility, and modify the existing parameters in the structure of the rainwater source control facility provided by the APP system (structure layer type and Structural layer depth), newly build the required sub-module of the rainwater source control facility.
  • the APP system will display its cross-section structure in real time according to the user's settings.
  • the system will automatically calculate the volume of the stored rainfall within the unit volume of the newly-built rainwater source control facility sub-module (10nf), and the new custom-made rainwater source control facility sub-module. Storage and rainwater source control facility module.
  • the recommended depth dimension and reduction factor range for this structural layer will be displayed at the bottom of the interface for users' reference.
  • the APP system will calculate and display the actual design rainfall in the current state, the actual control rate, and the required additional rainfall control volume according to the design and modification of the rainwater source control facilities by the user.
  • the second form setting module can be converted to the second map module. After a new rainwater source control facility is set in the second form setting module, it can enter the second map setting module and click to determine the additional rainwater source control facility. Placement location, and the rainwater source control facilities added in the second map setting module will also be displayed in the second form setting module synchronously. After the design auxiliary module is completed, the output module can be entered.
  • the output module 12 includes a design output module 21 and an optimization module 22.
  • the design output module combines map display and table display to show the total rainwater control results. It will include all the information related to the scheme, including the annual runoff total control rate, the design rainfall, the total area occupied by the project, and the integrated rainfall runoff. The coefficient, the actual designed rainfall, the total volume of the rainfall control, the actual control rate, and the required additional rainfall control volume are summarized in a table. At the same time, the control of each rainwater source control facility will be marked on the map. By comparing the design rainfall with the actual design rainfall, it is judged whether the annual runoff control rate selected by the user is satisfied.
  • the output module will store the plan design data in the record module, which is convenient for users to find and edit, and the plan information displayed through the map and table interface will be able to use pictures Form for storage and sharing.
  • the output module will store the plan design data in the record module, which is convenient for users to find and edit, and the plan information displayed through the map and table interface will be able to use pictures Form for storage and sharing.
  • the APP will store the scheme design data in the recording module, which is convenient for users to find, edit, and modify, and the scheme information displayed through the map and form interface can be stored and shared in the form of pictures.
  • the system will propose an optimized design scheme that meets the requirements of the total volume of rainfall control based on the existing design scheme.
  • the APP will be based on the rainwater source control facilities that have been input in the design assistance module, and calculate the area to be increased by each rainwater source control facility under the condition that it can meet the requirements for adding the volume of rainfall control. Based on this, several optimization design schemes are proposed.
  • the user can modify the scheme with one click.
  • the modified scheme design data will be stored in the record module, which is convenient for users to find and edit. And the scheme design data will be displayed through the map and table interface, and users can store and share in the form of pictures.
  • the recording module 4 contains historical data in all design modules.
  • the user can read the design information by clicking the historical design data, or add and edit the solution by setting. You can also delete the design data by using the delete command.

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Abstract

一种基于雨水总量控制的海绵城市设计方法及系统，预设雨水源头控制设施数据库，获取待设计城市的背景信息，确定设计降雨量；用户在地图上框选基地范围，系统自动识别基地范围内的下垫面类型，并分别提供各种下垫面类型对应的雨量径流系数；采用自动或手动方法在各下垫面上设计对应的雨水源头控制设施，计算并显示各设施的储蓄雨量，显示当前设计状态下控制雨量总体积、设计降雨量、实际控制率及所需增设的雨量控制体积；通过修改使当前设计状态下控制雨量总体积对应的实际设计降雨量≥设计降雨量，完成海绵城市设计。

Description

说明书 发明名称:一种基于雨水总量控制的海绵城市设计方法及系统 技术领域
[0001] 本发明涉及海绵城市设计中的雨水总量控制， 具体涉及一种基于雨水总量控制 的海绵城市设计方法及系统， 尤其是利用 APP实现的系统。
背景技术
[0002] 海绵城市是指通过加强城市规划建设管理， 充分发挥建筑、 道路和绿地、 水系 等生态系统对雨水的吸纳、 蓄渗和缓释作用， 有效控制雨水径流， 实现自然积 存、 自然渗透、 自然净化的城市发展方式。 通过建设分散的雨水源头控制设施 ， 尽可能维持城市开发建设前后水文特征不变， 有效缓解城市开发建设引起的 径流总量加剧等不利影响。
[0003] 在海绵城市设计中， 使用的雨水源头控制设施包括透水铺装、 绿色屋顶、 植草 沟、 雨水花园、 生物滞留池等。 通常， 可以将城市状况区分为不同的下垫面类 型， 例如屋面、 道路、 绿地、 水面等， 结合不同的下垫面情况设计相应的雨水 源头控制设施布局， 在此基础上， 判断设计提供的雨水径流控制能力是否能满 足设计降雨量的要求。
[0004] 水文分析计算是海绵城市规划、 设计的重要技术基础， 判断设计所包含的雨水 源头控制设施能否满足径流总量控制计算成了完善海绵城市设计的重要步骤。
[0005] 雨水总量控制计算过程较复杂， 且需要深入了解有关径流量计算与控制的专业 知识： 如所在城市的年径流总控制率、 不同汇水面种类雨水径流系数及不同雨 水源头控制设施控制雨量体积等。 跨专业领域背景知识的欠缺致使海绵城市规 划设计过程中雨水总量控制计算难度大、 准确性不够， 由此影响了海绵城市的 设计效果。
[0006] 因此， 需要提供一种方便、 高效、 准确的海绵城市设计系统， 以方便实现海绵 城市设计过程中的雨水总量控制， 辅助完成海绵城市规划设计。
发明概述
技术问题 问题的解决方案
技术解决方案
[0007] 本发明的发明目的是提供一种基于雨水总量控制的海绵城市设计方法， 基于 A PP实现海绵城市设计中的雨水总量控制计算调整， 以辅助完成海绵城市规划设 计。 本发明的另一发明目的是提供一种实现上述方法的海绵城市设计系统。
[0008] 为达到上述发明目的， 本发明采用的技术方案是： 一种基于雨水总量控制的海 绵城市设计方法， 包括以下步骤：
[0009] (1)提供雨水源头控制设施数据库， 所述数据库中包括有雨水源头控制设施的 剖面结构、 结构层类型、 结构层深度和结构层折减系数；
[0010] (2)获取待设计城市的背景信息， 所述背景信息包括城市名称、 年径流总量控 制率； 根据背景信息确定设计降雨量；
[0011] (3)显示待设计城市的地图， 用户在地图上框选基地范围；
[0012] (4)系统自动识别基地范围内的下垫面类型， 所述下垫面类型包括屋面、 道路 、 绿地、 水面， 并分别提供各种下垫面类型对应的雨量径流系数；
[0013] (5)对显示的各下垫面进行数据修改、 确认， 并显示当前状态下的占地总面积 与雨量综合径流系数； 其中， 所述数据修改包括下垫面类型细化、 雨量径流系 统数修改、 下垫面面积修改；
[0014] (6)采用自动或手动方法在各下垫面上设计对应的雨水源头控制设施， 计算并 显示各设施的储蓄雨量， 显示当前设计状态下控制雨量总体积、 实际设计降雨 量、 实际控制率及所需增设的雨量控制体积；
[0015] (7)对雨水源头控制设施进行添加、 删除、 修改操作， 使当前设计状态下控制 雨量总体积对应的实际设计降雨量 2设计降雨量， 完成海绵城市设计；
[0016] (8)存储设计数据。
[0017] 上述技术方案中， 所述雨水源头控制设施包括透水铺装、 绿色屋顶、 植草沟、 雨水花园、 生物滞留池， 每一种雨水源头控制设施每 10m 2面积的储蓄雨量 口 下：
[]
Figure imgf000005_0001
[0018] 式中， W为该种雨水源头控制设施具有的结构层数，
Figure imgf000005_0002
/结构层的深度，
A为第 /结构层的折减系数。
[0019] 其中， 折减系数 A根据结构层的类型和材料设定， 0 < A < 1
[0020] 对于常规材料， 优选地， 折减系数 A的取值如下： 蓄水层为 0.5 , 梯形断面为 0.6 ， 换土层为 0.2 碎石层为 0.3
[0021] 步骤 (5)中， 所述下垫面类型细化中的下垫面类型包括硬质屋面、 绿化屋面、 混 凝土地面、 块石地面、 碎石路面、 绿地、 水面。
[0022] 一种基于雨水总量控制的海绵城市设计系统， 采用 APP实现， 包括雨水源头控 制设施模块、 设计模块和记录模块；
[0023] 所述雨水源头控制设施模块包含透水铺装模块、 绿色屋顶模块、 植草沟模块、 雨水花园模块、 生物滞留池模块； 每类模块中分别包括该类设施的介绍、 剖面 图、 结构层类型、 结构层深度及结构层折减系数； 所述雨水源头控制设施模块 具有模块新建、 修改功能；
[0024] 雨水源头控制设施模块与设计模块相连， 由设计模块调用其内部模块信息；
[0025] 所述设计模块包含新建模块、 设计辅助模块与输出模块； 所述新建模块包括背 景信息模块与基地信息模块；
[0026] 所述背景信息模块根据用户选择的城市， 提取该城市年径流总量控制率曲线图 ， 根据用户指令选择年径流总量控制率， 并提取对应的设计降雨量， 作为设计 辅助模块与输出模块的设计标准与判断基础；
[0027] 所述基地信息模块由第一地图设置模块与第一表格设置模块构成；
[0028] 所述第一地图设置模块供用户框选基地范围， 并自动识别下垫面类型， 提供对 应下垫面类型的雨量径流系数；
[0029] 所述第一表格设置模块以表格形式显示所述第一地图设置模块对应的信息， 供 用户修改、 添加、 删除下垫面类别， 设置、 修改下垫面面积和雨量径流系数， 并实时计算显示当前状态下的项目占地总面积与雨量综合径流系数； [0030] 所述设计辅助模块包含自动设计模块和手动设计模块；
[0031] 所述自动设计模块根据选择的预设模式生成雨水源头控制设施模块的布局信息
[0032] 所述手动设计模块由第二地图设置模块和第二表格设置模块构成；
[0033] 第二地图设置模块中， 用户通过绘制选区的方式选择雨水源头控制设施并进行 参数设计；
[0034] 所述第二表格设置模块以表格形式显示所述第二地图设置模块对应的信息， 供 用户进行编辑修改；
[0035] 所述输出模块包括设计输出模块和优化模块；
[0036] 所述设计输出模块输出年径流总量控制率、 设计降雨量、 项目占地总面积、 雨 量综合径流系数、 实际设计降雨量、 雨量控制总体积、 实际控制率及所需增设 的雨量控制体积， 当实际设计降雨量大于设计降雨量时， 将方案设计数据储存 至记录模块； 当实际设计降雨量小于设计降雨量时， 询问用户是否调用优化模 块， 如不调用优化模块， 则将数据暂存至记录模块；
[0037] 所述优化模块根据已输入的雨水源头控制设施信息， 给出需要增加的面积， 供 用户选择优化；
[0038] 所述记录模块记录设计模块提供的历史数据。
发明的有益效果
有益效果
[0039] 由于上述技术方案运用， 本发明与现有技术相比具有下列优点：
[0040] 1、 本发明的基于 APP的海绵城市雨水总量控制计算系统具有很强的便捷性、 高效性及准确性。 用户可以通过 APP随时计算设计场地内雨量径流系数， 并通过 雨水源头控制设施的参数修改检测雨水总量控制， 辅助完成海绵城市规划设计
[0041] 2、 本发明采用了地图和表格的结合， 可以通过地图快速框选进行初步设计， 通过表格对初步设计数据进行细化修改， 能大大提高设计速度。
对附图的简要说明
附图说明 [0042] 图 1是本发明实施例中的系统结构示意图；
[0043] 图 2是图 1中雨水源头控制设施模块的结构示意图；
[0044] 图 3是图 1中设计模块的结构示意图。
发明实施例
本发明的实施方式
[0045] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
[0046] 实施例一： 参见图 1所示， 一种基于雨水总量控制的海绵城市设计系统 1， 采用 APP实现， 包括雨水源头控制设施模块 2、 设计模块 3、 记录模块 4, 设计模块 3分 别与雨水源头控制设施模块 2和记录模块 4相连。
[0047] 参见图 2, 雨水源头控制设施模块 2包括透水铺装模块 5、 绿色屋顶模块 6、 植草 沟模块 7、 雨水花园模块 8、 生物滞留池模块 9。
[0048] 各类模块中包含了对该类雨水源头控制设施的介绍， 并利用可视化的剖面图展 示其剖面结构， 包含其结构层类型 （蓄水层、 碎石层等类别） 及结构层尺度 （ 结构层深度） ， APP将提供该类雨水源头控制设施单位占地面积 （10m 2） 内储 蓄雨水的体积 V。 系统计算的方式为：
Figure imgf000007_0001
[0049] 式中， W为该种雨水源头控制设施具有的结构层数，
Figure imgf000007_0002
为第 /结构层的深度，
A为第 /结构层的折减系数。
[0050] 其中结构层深度与结构层折减系数已录入系统中的雨水源头控制设施模块内。
用户可以通过对现有雨水源头控制设施参数的修改 （结构层类型与结构层深度 ） ， 新建所需要的雨水源头控制设施模块， 系统将根据用户的设置， 实时展示 其剖面结构， 系统将自动计算新建的雨水源头控制设施模块的单位占地面积 （1 0m 内储蓄雨量的体积。 各结构层的折减系数也可以根据用户的操作指令进行 修改， 当进行修改时， 界面下方会显示该下结构层折减系数的取值范围， 供用 户参考。
[0051] 雨水源头控制设施模块与设计模块相连， 在用户进行设计模块操作时， APP将 自动选择系统内的雨水源头控制设施模块， 同时， 用户可以在设计模块操作中 新建的雨水源头控制设施模块， 也可保存为雨水源头控制设施模块中的数据。
[0052] 设计模块 3包括新建模块 10、 设计辅助模块 11、 输出模块 12， 新建模块 10分别 与设计辅助模块 11和输出模块 12相连， 设计辅助模块 11与输出模块 12相连。
[0053] 其中， 新建模块 10包括背景信息模块 13与基地信息模块 14。
[0054] 背景信息模块中需要选择城市、 年径流总量控制率。 根据用户的城市选择， A PP系统将调取内部数据库， 提取该城市年径流总量控制率曲线图。 根据用户的 操作指令， 选择年径流总量控制率。 系统将自动读取该年径流总控制率， 并提 取其对应的设计降雨量 H 设计降雨量作为基础数据暂存， 之后将作为设计辅 助模块与输出模块的设计标准与判断基础。
[0055] 基地信息模块 14包含第一地图设置模块 15与第一表格设置模块 16。 第一地图设 置模块与第一表格设置模块相连。
[0056] 第一地图设置模块中， 用户可以通过地图界面框选基地范围， 系统将自动识别 下垫面类型， 将其分为屋面、 道路、 绿地、 水面四类， 系统将提供者四类下垫 面对应的雨量径流系数。 雨量径流系数也可以根据用户的操作指令进行修改， 当进行修改时， 界面下方会显示该下垫面类型推荐的径流系数范围， 供用户参 考。 系统将自动计算项目占地面积与雨水综合径流系数， 并于地图界面显示。 并可以通过第一表格设置模块， 通过表格的方式查看系统提取的基地信息， 包 含下垫面的种类与面积、 雨量径流系数、 项目占地面积与雨水综合径流系数。
[0057] 之后， 用户可以使用第一表格设置模块进行深入分析， 或者， 也可以直接结束 基地信息模块进入设计辅助模块。 在第一表格设置模块中， 用户可以利用表格 界面， 设置、 添加、 删除下垫面类别。 该模块中， 下垫面的类别会更加详细， 包括硬质屋面、 绿化屋面、 混凝土地面、 块石地面、 碎石路面、 绿地、 水面。 用户可以根据自己的设计场地输入对应下垫面的面积， 或者进入第一地图设置 模块手动框选范围， 由系统自动识别对应下垫面的面积。 APP系统已给不同下垫 面对应的雨量径流系数， 也可以根据用户的操作指令进行修改， 当进行修改时 ， 界面下方会显示该下垫面类型推荐的径流系数范围， 供用户参考。 APP系统将 根据用户对面积的输入与雨量径流系数的修改实时计算并显示当前状态下的项 目占地总面积与雨量综合径流系数。
[0058] 所述雨量综合径流系数 cp由下式获得：
[0059] cp=E （q>*F） /F
[0060] 式中， cp为下垫面系数， F为下垫面面积， E指对不同种类下垫面分别计算 q>*F 并求和。
[0061] 设计辅助模块 11包含自动设计模块 17与手动设计模块 18
[0062] 自动设计模块包含三种模式， 透水铺装加雨水花园模式， 绿色屋顶加雨水花园 模式， 雨水花园模式。 透水铺装加雨水花园模式是指将场地内的地面转换为透 水铺装地面并增加雨水花园的设计方式， 该模式下将自动计算在满足新建模块 中所选择的年径流总量控制率的要求下， 将场地地面全部转换为透水铺装地面 后， 需要建设的雨水花园的面积。 绿色屋顶加雨水花园模式是指将场地内的屋 顶转换为绿色屋顶并增加雨水花园的设计方式， 该模式下将自动计算在满足新 建模块中所选择的年径流总量控制率的要求下， 将场地屋面全部转换为绿色屋 面后， 需要建设的雨水花园的面积。 雨水花园模式是指增加雨水花园滞留雨水 的设计方式， 该模式下将自动计算在满足新建模块中所选择的年径流总量控制 率的要求下， 需要建设的雨水花园的面积。
[0063] 自动设计模块中， 系统将选择默认的雨水源头控制设施模块中的模块数据作为 计算内容。 根据默认的雨水源头控制设施模块结构， 生成可满足新建模块中的 背景信息模块中产生的设计降雨量的三种模式的设计方案。
[0064] 手动设计模块 18包含第二地图设置模块 19与第二表格设置模块 20
[0065] 第二地图设置模块中， 用户通过绘制选区的操作方式选择雨水源头控制设施模 块范围， 点击选区的边界系统将弹出该雨水源头控制设施模块的设置工作框， 显示雨水源头控制设施模块中已存的雨水源头控制设施种类， 用户可以选择该 雨水源头控制设施的设计类别 （植草沟、 雨水花园、 生物滞留池） ， APP将调用 植草沟模块、 雨水花园模块、 生物滞留池模块等模块中现有的结构层数据与储 蓄雨水体积的数据。 用户也可以在现有模块的结构数据的基础上， 通过对现有 参数的修改 （结构层类型与结构层深度） ， 新建所需要的雨水源头控制设施子 模块， APP系统将根据用户的设置， 实时展示其剖面结构， 系统将自动计算新建 的雨水源头控制设施子模块单位占地面积内 ( 10m 2) 储蓄雨量的体积， 并且将 新的自定义的雨水源头控制设施子模块存储与雨水源头控制设施模块中。
[0066] 通过用户对雨水源头控制设施的增加、 修改、 删除， APP将自动计算该设施所 能容纳的降雨量 V2
， 并标注于地图上。 各类结构层对应的深度与折减系数将由 APP内的数据库自动 提供， 但是各结构层的深度及折减系数也可以根据用户的操作指令进行修改， 当进行修改时， 界面下方会显示该下结构层深度与折减系数的取值范围， 供用 户参考。
[0067] 根据用户对雨水源头控制设施设计， 第二地图设置模块中将以地图界面实时展 示设计方案中雨水源头控制设施的布局、 各类雨水源头控制设施储存余量的体 积， 地图下方将展示场地当前状态下控制雨量总体积、 实际设计降雨量， 实际 控制率， 及所需增设的雨量控制体积。
[0068] 控制雨量总体积 73为所有雨水源头控制设施的储蓄雨量之和；
[0069] 实际设计降雨量 的计算方式为：
[0070] H2= V3 / ( 10OF) ， 其中， O雨量综合径流系数， F项目占地总面积。
[0071] 获得实际设计降雨量的数据之后， APP将调取城市年径流总量控制率曲线图， 选择与实际设计降雨量相对应的实际控制率。
[0072] 所需增设的雨量控制体积 V5的计算方式将利用逆推导的过程， 在满足设计降雨 量的前提下， 分析所要满足的要求雨量控制总体积 V4。
[0073] V4 = 10*Hl*O*F
[0074] y5 = v4 - y3
[0075] 在第二地图设置模块操作的基础上， 用户可以通过第二表格设置模块， 利用表 格的方式查看当前状态下用户针对场地的海绵城市方案设计的详细信息， 包含 雨水源头控制设施的类别及其对应的面积与储蓄雨量、 控制雨量总体积、 实际 设计降雨量， 实际控制率， 及所需增设的雨量控制体积。 之后， 用户可以使用 第二表格设置模块进行深入设计， 或者， 也可以直接结束设计辅助模块进入输 出模块。
[0076] 在第二表格设置模块中， 用户可以利用表格界面， 设置、 添加、 删除设计方案 中的雨水源头控制设施。 APP将直接调用雨水源头控制设施模块中的现有数据， 已包含各类雨水源头控制设施的结构 （结构层类型与深度） ， 用户只需设定对 应雨水源头控制设施的设计面积， 即可自动计算当前的实际设计降雨量， 实际 控制率， 及所需增设的雨量控制体积。
[0077] 用户也可以通过编辑修改现有雨水源头控制设施的结构， 自定义生成新的雨水 源头控制设施， 通过对 APP系统提供的雨水源头控制设施结构中现有参数的修改 （结构层类型与结构层深度） ， 新建所需要的雨水源头控制设施子模块。 APP系 统将根据用户的设置， 实时展示其剖面结构， 系统将自动计算新建的雨水源头 控制设施子模块单位体积内 （10nf） 储蓄雨量的体积， 并且将新的自定义的雨 水源头控制设施子模块存储与雨水源头控制设施模块中。 在修改雨水源头控制 设施参数的过程中， 界面下方会显示该结构层推荐的深度尺寸与折减系数范围 ， 供用户参考。 APP系统将根据用户对雨水源头控制设施的设计与修改， 实时计 算并显示当前状态下的实际设计降雨量， 实际控制率， 及所需增设的雨量控制 体积。 第二表格设置模块可以与第二地图模块实施转换， 在第二表格设置模块 中设置了新的雨水源头控制设施后， 可进入第二地图设置模块中， 通过点击确 定增设的雨水源头控制设施的放置位置， 而在第二地图设置模块中增加的雨水 源头控制设施， 也将同步显示于第二表格设置模块。 设计辅助模块完成后可进 入输出模块。
[0078] 输出模块 12包含设计输出模块 21与优化模块 22。
[0079] 设计输出模块结合地图显示与表格显示， 以展示雨水总量控制结果， 将把所有 涉及方案的信息， 包含年径流总量控制率、 设计降雨量、 项目占地总面积、 雨 量综合径流系数、 实际设计降雨量， 雨量控制总体积、 实际控制率， 及所需增 设的雨量控制体积汇总于一张表格显示， 同时各个雨水源头控制设施控制雨量 将标注与地图之上。 通过对设计降雨量与实际设计降雨量进行比较， 判断是否 满足用户选择的年径流量控制率。 若实际设计降雨量大于设计降雨量， 满足海 绵城市方案设计要求， 则输出模块将把方案设计数据储存于记录模块， 方便用 户查找、 编辑， 并且通过地图与表格界面显示的方案信息将能够以图片形式进 行存储与分享。 [0080] 若实际设计降雨量小于设计降雨量， 则未满足设计海绵城市方案设计要求， 将 询问用户是否进入优化模块。 若用户不选择进入优化模块， 则 APP将把方案设计 数据储存于记录模块， 方便用户查找、 编辑、 修改， 并且通过地图与表格界面 显示的方案信息将能够以图片形式进行存储与分享。 若用户选择进入优化模块 ， 系统将在现有设计方案基础上提出满足要求雨量控制总体积的优化设计方案 。 APP将以设计辅助模块中已输入的雨水源头控制设施为基础， 计算能够满足增 设雨量控制体积的要求下， 各个雨水源头控制设施要增加的面积。 以此提出多 个优化设计方案。 用户可以通过一键增加进行方案修改。 修改后的方案设计数 据将储存于记录模块中， 方便用户查找、 编辑。 并且方案设计数据将通过地图 与表格界面显示， 用户能够以图片形式进行存储与分享。
[0081] 记录模块 4包含所有设计模块中的历史数据。
[0082] 用户可以通过点击历史设计数据进行设计方案的信息读取， 或通过设置， 进行 方案的补充与在编辑。 也可以通过删除指令， 将设计数据删除。

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种基于雨水总量控制的海绵城市设计方法， 包括以下步骤：
(D提供雨水源头控制设施数据库， 所述数据库中包括有雨水源头控 制设施的剖面结构、 结构层类型、 结构层深度和结构层折减系数；
(2)获取待设计城市的背景信息， 所述背景信息包括城市名称、 年径 流总量控制率； 根据背景信息确定设计降雨量；
(3)显示待设计城市的地图， 用户在地图上框选基地范围；
(4)系统自动识别基地范围内的下垫面类型， 所述下垫面类型包括屋 面、 道路、 绿地、 水面， 并分别提供各种下垫面类型对应的雨量径流 系数；
(5)对显示的各下垫面进行数据修改、 确认， 并显示当前状态下的占 地总面积与雨量综合径流系数； 其中， 所述数据修改包括下垫面类型 细化、 雨量径流系统数修改、 下垫面面积修改；
(6)采用自动或手动方法在各下垫面上设计对应的雨水源头控制设施
， 计算并显示各设施的储蓄雨量， 显示当前设计状态下控制雨量总体 积、 实际设计降雨量、 实际控制率及所需增设的雨量控制体积；
(7)对雨水源头控制设施进行添加、 删除、 修改操作， 使当前设计状 态下控制雨量总体积对应的实际设计降雨量 2设计降雨量， 完成海绵 城市设计；
(8)存储设计数据。
[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的基于雨水总量控制的海绵城市设计方法， 其特 征在于： 所述雨水源头控制设施包括透水铺装、 绿色屋顶、 植草沟、 雨水花园、 生物滞留池， 每一种雨水源头控制设施每 10m 2面积的储 蓄雨量 口下：
Figure imgf000013_0001
式中， 7V为该种雨水源头控制设施具有的结构层数， 的深度， A为第 /结构层的折减系数。
[权利要求 3] 根据权利要求 2所述的基于雨水总量控制的海绵城市设计方法， 其特 征在于： 折减系数 A根据结构层的类型和材料设定， 0 < A < 1。
[权利要求 4] 根据权利要求 3所述的基于雨水总量控制的海绵城市设计方法， 其特 征在于： 折减系数
A的取值如下： 蓄水层为 0.5， 梯形断面为 0.6， 换土层为 0.2， 碎石层 为 0.3。
[权利要求 5] 根据权利要求 1所述的基于雨水总量控制的海绵城市设计方法， 其特 征在于： 步骤 (5)中， 所述下垫面类型细化中的下垫面类型包括硬质 屋面、 绿化屋面、 混凝土地面、 块石地面、 碎石路面、 绿地、 水面。
[权利要求 6] 一种基于雨水总量控制的海绵城市设计系统， 采用 APP实现， 其特征 在于： 包括雨水源头控制设施模块、 设计模块和记录模块； 所述雨水源头控制设施模块包含透水铺装模块、 绿色屋顶模块、 植草 沟模块、 雨水花园模块、 生物滞留池模块； 每类模块中分别包括该类 设施的介绍、 剖面图、 结构层类型、 结构层深度及结构层折减系数； 所述雨水源头控制设施模块具有模块新建、 修改功能；
雨水源头控制设施模块与设计模块相连， 由设计模块调用其内部模块 信息；
所述设计模块包含新建模块、 设计辅助模块与输出模块； 所述新建模 块包括背景信息模块与基地信息模块；
所述背景信息模块根据用户选择的城市， 提取该城市年径流总量控制 率曲线图， 根据用户指令选择年径流总量控制率， 并提取对应的设计 降雨量， 作为设计辅助模块与输出模块的设计标准与判断基础； 所述基地信息模块由第一地图设置模块与第一表格设置模块构成； 所述第一地图设置模块供用户框选基地范围， 并自动识别下垫面类型 ， 提供对应下垫面类型的雨量径流系数；
所述第一表格设置模块以表格形式显示所述第一地图设置模块对应的 信息， 供用户修改、 添加、 删除下垫面类别， 设置、 修改下垫面面积 和雨量径流系数， 并实时计算显示当前状态下的项目占地总面积与雨 量综合径流系数；
所述设计辅助模块包含自动设计模块和手动设计模块；
所述自动设计模块根据选择的预设模式生成雨水源头控制设施模块的 布局信息；
所述手动设计模块由第二地图设置模块和第二表格设置模块构成； 第二地图设置模块中， 用户通过绘制选区的方式选择雨水源头控制设 施并进行参数设计；
所述第二表格设置模块以表格形式显示所述第二地图设置模块对应的 信息， 供用户进行编辑修改；
所述输出模块包括设计输出模块和优化模块；
所述设计输出模块输出年径流总量控制率、 设计降雨量、 项目占地总 面积、 雨量综合径流系数、 实际设计降雨量、 雨量控制总体积、 实际 控制率及所需增设的雨量控制体积， 当实际设计降雨量大于设计降雨 量时， 将方案设计数据储存至记录模块； 当实际设计降雨量小于设计 降雨量时， 询问用户是否调用优化模块， 如不调用优化模块， 则将数 据暂存至记录模块；
所述优化模块根据已输入的雨水源头控制设施信息， 给出需要增加的 面积， 供用户选择优化；
所述记录模块记录设计模块提供的历史数据。
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