[发明专利]基于数字孪生的城市合流制溢流系统流量监测方法及系统

权利要求书

1.一种基于数字孪生的城市合流制溢流系统流量监测方法，其特征在于，所述方法包括：

拟定预设工况表，所述预设工况表包括上游水头、下游水位；

获取目标溢流装置的结构尺寸和水力参数，并根据所述结构尺寸和水力参数构建物理模型和数值模型；

将预设工况表中的上游水头和下游水位代入物理模型和数值模型进行试验和模拟，得到流量数据，将所述结构尺寸、水力参数以及流量数据及其对应的上游水头和下游水位放入水文特征参数数据集；

从水文特征参数数据集中调取数据，计算得到预设工况下的系数及表征物理量，所述系数包括自由出流条件下的流量拟合系数，淹没出流条件下的淹没拟合系数，孔口出流条件下的折减拟合系数；所述表征物理量包括雷诺数的倒数，韦伯数的倒数，上游水头与下游水位之差，上游水头与堰高之差，上游水头与堰口上边缘高程之差；

从水文特征参数数据集中调取出物理模型试验和数值模型模拟的结构数据、水力参数以及流量数据及其对应的上游水头和下游水位；

根据调取的数据，计算得到自由出流条件下的流量拟合系数，淹没出流条件下的淹没拟合系数，孔口出流条件下的折减拟合系数；

根据和，得到流量拟合系数表征物理量；

根据和，得到淹没拟合系数表征物理量；

根据和，得到折减拟合系数表征物理量；

其中，是雷诺数；是韦伯数；为动力粘度；为堰上水头；为重力加速度；为表面张力；为密度；为上游水头，单位为米；为下游水位，单位为米；为堰高，单位为米；为堰口上边缘高程，单位为米；

分别汇总不同出流条件下所有预设工况下计算得到的系数及其表征物理量，并使用遗传算法对其进行函数拟合，得到不同出流条件下的系数拟合公式，所述拟合公式包括自由出流条件下的流量拟合系数拟合公式，淹没出流条件下的淹没拟合系数拟合公式，孔口出流条件下的折减拟合系数拟合公式；

汇总物理模型和数值模型在不同出流条件下所有预设工况下计算得到的系数及其表征物理量；

按照出流条件的不同，对三种出流条件对应的系数及其表征物理量分别进行拟合；

根据系数及其表征物理量，随机生成一系列关于系数和表征物理量的函数表达式，将函数表达式作为父代，并根据父代的适应度对其进行排序，所述适应度为纳什效率系数，使用轮盘赌算法筛选出一批父代，根据适应度再次排序，根据排序结果将每组父代中的系数、计算函数、运算符依次进行杂交、变异操作，以输出当前迭代运算后的子代；

获取当前迭代运算输出的子代的适应度，以判断当前迭代运算输出的子代的纳什效率系数是否大于0.95；

若当前迭代运算输出的子代的纳什效率系数小于0.95，则将当前迭代运算输出的子代定义为父代，重复之前的操作进行迭代运算；

若当前迭代运算输出的子代的纳什效率系数大于0.95，则将当前迭代运算输出的子代定义为目标子代；

得到的目标子代函数即为选定的流量拟合系数拟合公式、淹没拟合系数拟合公式和折减拟合系数拟合公式；

将不同出流条件下的系数代入对应出流条件下的流量计算公式，得到城市合流制溢流系统流量算法模型；

将拟合后的流量拟合系数、所述淹没拟合系数以及所述折减拟合系数代入流量计算公式；

其中，为自由出流的流量、为淹没出流的流量、为孔口出流的流量，单位为每秒每立方米；为堰宽，单位为米；为流量拟合系数；为淹没拟合系数；为折减拟合系数；为堰口上边缘高程，单位为米；为重力加速度；为堰上水头，单位为米；为箱涵断面面积，单位为平方米；为糙率；为水力半径，单位为米；为上下游水位差，单位为米；为箱涵长度，单位为米；

将下游水位数据输入城市合流制溢流系统流量算法模型，根据下游水位数据判定出过堰水流的出流方式，根据不同的出流方式选择对应的系数拟合公式，将选中的系数代入对应的流量计算公式中，计算出城市合流制溢流系统流量。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的城市合流制溢流系统流量监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据公式，得到；

根据公式，得到；

根据公式，得到；

其中，用数值模型模拟的孔口出流流量；为谢才系数，单位为每秒每米。