[发明专利]基于GIS技术的城市排水管网设计系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及市政建设的设计领域，具体地说是一种基于GIS技术的城市排水管网设计系统及其运作方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，城市建设步伐不断加快，城市排水管网的规划及管理工作也日趋复杂。长期以来，各城市的排水规划管理部门都采用人工方式来管理大批排水管网设计、施工、竣工的图件和表册资料。这种人工方式处理规模庞大而复杂的管线系统需要大量的时间、人力、物力和财力，管理方式效率的低下，难以适应快速发展的数据库要求，阻碍了维护效率和服务水平的进一步提高。

我国北京、广州、中山等多个城市开发建立起城市排水管网信息系统，在运行中为城市建设带来了巨大的经济效益和社会效益。但是，这类系统很多存在以下缺点：很多系统实现了对管网数据进行编辑、浏览、查询、统计分析和输出等功能，停留在对数据的管理效率上；系统大部分引入地理信息系统（GIS） 技术，但污水量的预测影响管道的排布，系统缺乏；很多系统集中在对整个排水管网方案的直观显示上，未能考虑对整个方案进行管径优化，还有泵站的设置所带来的造价成本。

另外，传统的城市排水管网规划具有短期性和静态性，忽视了规划过程具有动态性以及规划对实施过程的长期影响性，因为规划中还要涉及人口、经济、环境等多个变量。很多城市排水管网规划系统存在管道水力计算和方案设计制图相互分离的问题。方案绘制完成后，手工进行管网的参数调整，每一次调整，都带来大量计算工作。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术存在的问题，提供一种基于GIS技术的城市排水管网设计系统及其运作方法，在充分利用GIS的制图编辑、数据管理、储存、检索、统计、分析等功能基础上，设计管道的布局，结合污水量预测、水力计算和管径优化模块，对管道进行水力计算和管径优化，进行相应调整，得出更科学合理的设计方案；保证排水规划的实施在经济和环境效益上始终处于优化状态，提高了城市排水管网在规划和建设过程中的动态控制和辅助决策作用。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于地理信息系统（GIS）技术的城市排水管网设计系统，包括：

区域地理数据库，以Arccatalog软件创建，其储存居民区、街区图、水系图、道路规划图、地面高程点图等背景图层及其属性数据；

管网要素设计数据库，以Arccatalog软件创建，其储存污水管道、检查井、排水泵站、污水处理厂、排水系统等要素设计图层及其属性数据；

参数设置数据库，其存放一系列参数表，如编码参数、模型预测参数、水力计算参数等；

管网要素绘制模块，主要完成平面图的绘制，包括检查井、污水管道、排水泵站、污水处理厂、排水区域等要素的绘制、修改、删除、保存，管道流向的自动表达； 

污水量预测模块，包括生活污水量预测和工业废水量预测；

管网优化设计模块，包括管道水力计算和管径优化计算；

成果表达模块，在地图上显示排水管网的平面图、管道纵断面图、导出管道水力计算结果Excel表和排水管网的AtuoCad图。

所述参数设置数据库的编码参数包括：检查井编码、污水管道编码、污水泵站编码、污水处理厂编码及排水系统编码；模型预测参数包括：规划年限、预测生活污水参数及预测工业废水参数；水力计算参数包括：起始流速、最大流速、控制点埋深、冰冻线深度、最小覆土厚度及最大埋深。

本发明提供一种基于GIS技术的城市排水管网系统的运作方法，包括以下步骤：

步骤一：从区域地理数据库和管网要素设计数据库中加载区域背景图层和管网要素设计图层；

步骤二：在加载的背景图层和管网要素设计图层上划分排水区域，然后绘制主干管道、细化分支管道，节点视为检查井的插入，其中，绘制过程中管道与检查井自动建立拓扑关系，管道流向按高程自上而下自动生成；

步骤三：对各个排水区域进行污水量预测，包括生活污水和工业废水两部分，然后污水量平均分配到每个排水区域对应的检查井中；

其中，所述步骤三中的生活污水量预测提供两种方法：一种污水量时间序列预测，即根据历年污水量数据，采用预测模型预测该市未来污水量，每个排水区域的生活污水量按下列公式计算：

；

一种人口数时间序列预测，即根据历年人口数据，预测未来该市人口，再根据设定的生活污水定额，计算生活污水量，每个排水区域的生活污水量按下列公式计算： 

；