[发明专利]一种基于大数据的给水排水模型优化方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于大数据的给水排水模型优化方法及装置，属于智慧水利领域，本发明要解决的技术问题为如何能够使城市给水排水管网模拟的准确性与广泛应用性不受限于现有技术中的原始数据量、集成模块的数量和种类以及空间分布和模型参数空间变化，提高模拟的真实性，采用的技术方案为：基于大数据、GIS的分布式并行计算及多种模型的调用与服务，将给排水模型与GIS进行对接，利用DEM高程信息对空间分布及变化进行详细描述及模拟，包括地形因素造成的分流以及汇流，扩大给排水模型应用的区域范围，提高对外部环境因素模拟的真实性。本发明还公开了一种基于大数据的给水排水模型优化装置。

技术领域

本发明涉及智慧水利领域，具体地说是一种基于大数据的给水排水模型优化方法及装置。

背景技术

城市给水排水管网系统担负着城市供水、收集城市生活污水和工业废水以及及时排出城区内雨水和流经市区雨水的任务。我国传统的城市给水排水管网设计和管理均采用恒定流水力学理论计算管网的运行状况，自主开发的模型往往围绕某一特定问题展开，主要用于水量模拟，大多功能较为单一。在计算中，一般只凭经验对管段的管径和坡度等进行适当的调整，以求达到经济合理的目的，但其合理程度极大地受到了设计人员个人能力的限制，此外，大多数的计算采用反复查阅图和表的方式进行，工作效率低，时间长，不利于设计方案的优化。实际上，城市给水排水管网中的水流是非恒定流，并具有瞬时变化的特点。而且排水过程中，经常会出现很多流向冲突的情况，这是由于沉积物长年累月的积累在管道中，导致水流不通畅，管道过水能力下降，尤其是在雨季，雨污不分流，管内水流方向紊乱。所以传统设计方法难以精确计算并实时分析给水排水管网中的真实运行状况。因此，科学管理城市管网给水排水过程，建立管网给水排水优化模型，对于供排水管网的安全高效运行，促进城市的稳定发展具有重要意义。

目前应用广泛的城市管网供水排水模型有：

(1)SWMM模型：其具有的水文、水动力模拟功能，对雨水管、合流制管道、自然排放系统都可以进行水量、水质的模拟，包括地表产流、地表汇流、排水管网输送、贮水处理及收纳水体的影响等过程。SWMM模型基本计算单元的尺度为排水区尺度，一般每个排水区面积仅为几公顷到几十公顷不等。尽管这为SWMM模型通向分布式水文模型提供了条件，但是目前的SWMM模型因无法考虑输入空间分布和模型参数空间变化对雨洪形成的影响，所以不能被称之为分布式雨洪模型。此外，SWMM模型并没有包含对于泥沙沉积的模拟模块。随着城市排水、防涝标准的提高，以及对城市化和低影响开发的水文效应和环境效应进行评价的日益迫切的要求，目前的SWMM模型已无法完全满足要求。

(2)Wallingford模型：该模型主要由四大模块构成，分别为降雨径流模块、简单管道演算模块、动力波管道演算模块和水质模拟模块。虽然Wallingford模型使用范围很广，不仅可以用于城市市政系统的规划设计，还可以对城市雨洪过程、排污过程及雨污汇合过程进行实时运行管理模拟，但是该模型的构建对原始数据量要求比较高，并且没有集成地下水模块。

可见，现有技术中对城市给水排水管网模拟的准确性与广泛应用性受限于可用数据量、集成模块的数量和种类以及给水排水模型模拟真实性和其计算性能。故如何能够使城市给水排水管网模拟的准确性与广泛应用性不受限于现有技术中的原始数据量、集成模块的数量和种类以及空间分布和模型参数空间变化，提高模拟的真实性是目前现有技术中急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是提供一种基于大数据的给水排水模型优化方法及装置，来解决如何能够使城市给水排水管网模拟的准确性与广泛应用性不受限于现有技术中的原始数据量、集成模块的数量和种类以及空间分布和模型参数空间变化，提高模拟的真实性的问题。