一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法和存储设备

摘要

本发明涉及市政工程技术领域，特别涉及一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法和存储设备。所述一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法，包括步骤：划分排水流域和管渠定线；划分设计管段；划分并计算各设计管段的子汇水面积；设置子汇水面积属性；自上游管段向下游管段按照预设规则进行计算；根据计算结果对雨水管渠系统进行优化。该方法可应用在雨水管理模型软件中，使其计算结果可模拟推理公式法的计算结果的同时又考虑了时变降雨、降雨损失变化的影响，使得雨水管渠系统的设计更精准。

说明书

技术领域

本发明涉及市政工程技术领域，特别涉及一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法和存储设备。

背景技术

推理公式法基于水量平衡，结合降雨强度数据和汇水面积特性，预测降雨事件下的高峰径流量，用作雨水管渠的设计流量。推理公式利用集水时间考虑汇水面积的水流路径长度和坡度的影响(即考虑了降雨的演算效应)，利用径流系数考虑降雨损失量。由于该方法使用简单，是雨水管渠系统设计计算的常用方法。

雨水管渠系统运行中，应考虑时变降雨、降雨损失变化等情况时，推理公式法将不再适用，这时常采用雨水管理模型(SWMM)软件模拟，这样的模拟软件有EPA SWMM、MIKESWMM、PCSWMM、XPSWMM等。

然而在很多时候出于计算简单的考虑仍然需要用到推理公式法，故此如何基于雨水管理模型来模拟推理公式法，从而使得基于此而设计的雨水管渠系统可被更广泛地应用则成了亟需解决的技术问题。

发明内容

为此，需要提供一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法，用以解决现有技术中基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统无法模拟推理公式法，使其应用范围受限的技术问题。具体技术方案如下：

一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法，包括步骤：

划分排水流域和管渠定线；

划分设计管段；

划分并计算各设计管段的子汇水面积；

设置子汇水面积属性；

自上游管段向下游管段按照预设规则进行计算；

根据计算结果对雨水管渠系统进行优化。

进一步的，所述“自上游管段向下游管段按照预设规则进行计算”，具体还包括步骤：

步骤S201：处于雨水管渠系统起端的子汇水面积，计算得地面集水时间或直接根据历史经验得地面集水时间；

步骤S202：根据IDF曲线或暴雨强度公式计算子汇水面积的降雨强度，并将所述降雨强度作为常数值赋给暴雨强度时间序列；

步骤S203：由雨水管理模型模拟软件自动计算子汇水面积出口处的地表径流量；

步骤S204：通过调整下游设计管段的直径和汇接点内底标高计算得满足预设要求的流速；

步骤S205：计算设计管段内的流行时间；

步骤S206：当子汇水面积不是处于雨水管渠系统起端，则选择水力最远点至该出口处的集水时间作为该子汇水面积模拟用集水时间，并跳转至步骤S202。

进一步的，所述步骤S204具体还包括步骤：

步骤S301：设置下游设计管段的直径和汇接点内底标高；

步骤S302：计算设计管段流速；

步骤S303：判断设计流速是否满足预设要求，若不满足，则跳转至步骤S301，若满足，则执行步骤S205。

进一步的，所述步骤S201中的计算得地面集水时间具体还包括步骤：

集水时间T由地面集水时间t1和雨水在管道中流到该设计断面所需的流行时间t2组成：

T＝t1+m*t2

m为折减系数或容积利用系数。

进一步的，所述“设置子汇水面积属性”，具体还包括步骤：

不渗透百分比设置为径流系数值，无坑洼存水不渗透百分比设置为100，渗透面积和不渗透面积坑洼存水深度设置为零，坡度和宽度赋以任意数值，渗透和不渗透曼宁粗糙系数采用0，利用Horton下渗选项，使其最大和最小下渗速率相同，最大下渗速率取不小于降雨强度的数值。

为解决上述技术问题，还提供了一种存储设备，具体技术方案如下：

一种存储设备，其中存储有指令集，所述指令集用于执行：

划分排水流域和管渠定线；

划分设计管段；

划分并计算各设计管段的子汇水面积；

设置子汇水面积属性；

自上游管段向下游管段按照预设规则进行计算；

根据计算结果对雨水管渠系统进行优化。

进一步的，所述指令集还用于执行：

所述“自上游管段向下游管段按照预设规则进行计算”，具体还包括步骤：

步骤S201：处于雨水管渠系统起端的子汇水面积，计算得地面集水时间或直接根据历史经验得地面集水时间；

步骤S202：根据IDF曲线或暴雨强度公式计算子汇水面积的降雨强度，并将所述降雨强度作为常数值赋给暴雨强度时间序列；

步骤S203：由雨水管理模型模拟软件自动计算子汇水面积出口处的地表径流量；

步骤S204：通过调整下游设计管段的直径和汇接点内底标高计算得满足预设要求的流速；

步骤S205：计算设计管段内的流行时间；

步骤S206：当子汇水面积不是处于雨水管渠系统起端，则选择水力最远点至该出口处的集水时间作为该子汇水面积模拟用集水时间，并跳转至步骤S202。

进一步的，所述指令集还用于执行：

所述步骤S204具体还包括步骤：

步骤S301：设置下游设计管段的直径和汇接点内底标高；

步骤S302：计算设计管段流速；

步骤S303：判断设计流速是否满足预设要求，若不满足，则跳转至步骤S301，若满足，则执行步骤S205。

进一步的，所述指令集还用于执行：

所述步骤S201中的计算得地面集水时间具体还包括步骤：

集水时间T由地面集水时间t1和雨水在管道中流到该设计断面所需的流行时间t2组成：

T＝t1+m*t2

m为折减系数或容积利用系数。

进一步的，所述指令集还用于执行：

所述“设置子汇水面积属性”，具体还包括步骤：

不渗透百分比设置为径流系数值，无坑洼存水不渗透百分比设置为100，渗透面积和不渗透面积坑洼存水深度设置为零，坡度和宽度赋以任意数值，渗透和不渗透曼宁粗糙系数采用0，利用Horton下渗选项，使其最大和最小下渗速率相同，最大下渗速率取不小于降雨强度的数值。

本发明的有益效果是：一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法，包括步骤：划分排水流域和管渠定线；划分设计管段；划分并计算各设计管段的子汇水面积；设置子汇水面积属性，以便获得与推理公式法中使用的相同径流系数；自上游管段向下游管段按照预设规则进行计算；根据计算结果对雨水管渠系统进行优化。该方法优化后的雨水管渠系统即具备雨水管理模型所带来的考虑到时变降雨、降雨损失变化等情况，同时又具备了重现模拟公式法的功能，而无需额外增加什么软件功能才能重现模拟公式法，使得优化后的雨水管渠系统具备更多元的计算方式，可以被更广泛地应用。

附图说明

图1为具体实施方式所述一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法的流程图；

图2为具体实施方式所述自上游管段向下游管段按照预设规则进行计算的流程图；

图3为具体实施方式所述通过调整下游设计管段的直径和汇接点内底标高计算得满足预设要求的流速的流程图；

图4为具体实施方式所述存储设备的模块示意图。

附图标记说明：

400、存储设备。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1至图3，在本实施方式中，一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法可应用在一种存储设备上，所述存储设备包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端等。具体技术方案如下：

步骤S101：划分排水流域和管渠定线。排水流域：排水区界是排水系统规划的界限，在排水区界内应根据地形和城市的竖向规划，划分排水流域。管渠定线：对直管和干管综合考虑各种因素，使拟定的路线能因地制宜地利用有利条件而避免不利条件。

步骤S102：划分设计管段。

步骤S103：划分并计算各设计管段的子汇水面积。子汇水面积为设计管段汇集和排除雨水的地面面积。

步骤S104：设置子汇水面积属性。

步骤S105：自上游管段向下游管段按照预设规则进行计算。

步骤S106：根据计算结果对雨水管渠系统进行优化。在该步骤中因为步骤S101至步骤S105可模拟公式法进行计算，故此可据此对雨水管渠系统进行优化，使得该雨水管渠系统即具备雨水管理模型所带来的考虑到时变降雨、降雨损失变化等情况，同时又具备了重现模拟公式法的功能，而无需额外增加什么软件功能才能重现模拟公式法，使得优化后的雨水管渠系统具备更多元的计算方式，可以被更广泛地应用。

如图2所示，其中步骤S105具体还包括步骤：

步骤S201：处于雨水管渠系统起端的子汇水面积，计算得地面集水时间或直接根据历史经验得地面集水时间；

步骤S202：根据IDF曲线或暴雨强度公式计算子汇水面积的降雨强度，并将所述降雨强度作为常数值赋给暴雨强度时间序列，其中暴雨强度公式每个地方都有自己的暴雨强度公式；

步骤S203：由雨水管理模型模拟软件自动计算子汇水面积出口处的地表径流量；

步骤S204：通过调整下游设计管段的直径和汇接点(为上游设计管道和下游涉及管道的汇接点，两个管道连接)内底标高计算得满足预设要求(该预设要求为根据设计规范进行确定)的流速；

步骤S205：计算设计管段内的流行时间；流行时间为设计管长除以流速。

步骤S206：当子汇水面积不是处于雨水管渠系统起端(即它的出口不是进入起始管段时，本实施方式中雨水管渠系统会识别不是起点的管段，即雨水管道中的任一管段)，则选择水力最远点至该出口处的集水时间作为该子汇水面积模拟用集水时间(其中地面集水时间表示降雨径流从流域汇水面积水力最远点至流域下游排水口的流行时间，水力最远点并不一定是距离最长的点，因为漫地与沟渠中的水流时间取决于地表的特性。是体现时间维度的一个点)，并跳转至步骤S202。

如图3所示，所述步骤S204具体还包括步骤：

步骤S301：设置下游设计管段的直径和汇接点内底标高；

步骤S302：计算设计管段流速；

步骤S303：判断设计流速是否满足预设要求，若不满足，则跳转至步骤S301，若满足，则执行步骤S205。

其中所述“设置子汇水面积属性”，具体还包括步骤：

在通过合理设置雨水管理模型中主要输入属性设置方式，获得正确径流系数值。例如在SWMM软件中为使不渗透百分比设置为径流系数值，将采用如下参数设置：无坑洼存水不渗透百分比设置为100；渗透面积和不渗透面积坑洼存水深度设置为零；坡度和宽度可赋以任意数值，渗透和不渗透曼宁粗糙系数采用0，当曼宁粗糙系数为0时，简单将每一时间步长的所有过剩降雨(有效降雨或净降雨)转化为瞬时径流量，忽略了地表漫流的蓄水或滞后效应；利用Horton下渗选项，使其最大和最小下渗速率相同，即在整个计算中均忽略下渗速率随时间的变化，按照最大下渗速率作为降雨损失(该最大下渗速率可取不小于降雨强度的数值，使渗透面积内的降雨全部转化称为降雨损失)。通过该步骤可获得与推理公式法中使用的相同径流系数，相同径流系数指地面径流量与总降雨量的比值，如此可以计算出地面径流量。

对于地面集水时间的计算具体还包括步骤：

集水时间T由地面集水时间t1和雨水在管道中流到该设计断面所需的流行时间t2组成：

T＝t1+m*t2

m为折减系数或容积利用系数。

而若是根据历史经验得地面集水时间，具体可为：处于雨水管渠系统最上游的子汇水面积，在降雨强度计算中采用给定的经验性地面集水时间，或由公式推求的地面集水时间，通常高度开发、不透水性较高、雨水口分布较密的地区，集水时间常采用5～8min；地块开发强度低、建筑密度小、地形较平坦、汇水面积较大、雨水口布置较稀疏地区，一般取10～15min；处于雨水管渠系统中间有子汇水面积流入点，采用该入流点上游不同分支管渠中最大集水时间作为该子汇水面积的集水时间。

在步骤S202中，暴雨强度时间序列采用常数暴雨强度，该常数暴雨强度值根据设计重现期和以上确定的集水时间，由暴雨强度公式推求；依据极限强度理论，暴雨强度时间序列总历时应大于服务区域内的总集水时间。

为模拟推理公式法，雨量计的主要输入属性设置包括：降雨数据类型采用“暴雨强度”；记录时间间隔可设置为“1分钟”；降雨数据源可采用时间序列或文件形式，如果将降雨强度保存在文件中，则需要输入存有降雨数据的文件名称，为可靠模拟地表径流，不同子汇水面积可采用不同的雨量计(这些雨量计采用的降雨时间序列是不同的)。

在步骤S204中，汇接点的主要输入参数为：内底标高，到地表的深度。因为有些雨水管理模型模拟软件中汇接点(汇接点指上游设计管道和下游设计管道的汇接点，两个管道连接)的内底标高在模拟计算中是输出结果而不是已知参数，需要多次运行软件，进行试算求得。管渠的主要输入参数有：进水汇接点名称、出水汇接点名称、进水汇接点内底偏移量、出水汇接点内底偏移量、管渠长度、曼宁粗糙系数(注意管渠曼宁粗糙系数不同于子汇水面积曼宁粗糙系数)、断面几何尺寸等。其中断面几何尺寸在模拟计算中是输出结果而不是已知参数，需要多次运行软件，进行试算求得。

一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法，包括步骤：划分排水流域和管渠定线；划分设计管段；划分并计算各设计管段的子汇水面积；设置子汇水面积属性，以便获得与推理公式法中使用的相同径流系数；自上游管段向下游管段按照预设规则进行计算；根据计算结果对雨水管渠系统进行优化。该方法优化后的雨水管渠系统即具备雨水管理模型所带来的考虑到时变降雨、降雨损失变化等情况，同时又具备了重现模拟公式法的功能，而无需额外增加什么软件功能才能重现模拟公式法，使得优化后的雨水管渠系统具备更多元的计算方式，可以被更广泛地应用。

请参阅图4，在本实施方式中，一种存储设备400的具体实施方式如下：

一种存储设备400，其中存储有指令集，所述指令集用于执行：上述所提及的一种优化基于雨水管理模型设计的雨水管渠系统的方法的任意步骤。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。