一种智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法技术

本发明专利技术涉及智慧城市构建技术领域，具体公开了一种智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法，所述方法包括实时获取气象数据；根据所述气象数据获取区域水文与面源数据；其中，所述区域水文与面源数据包括非建成区水文与面源数据和建成区水文与面源数据；根据所述建成区水文与面源数据中的管网排水数据得到污水处理数据；根据所述非建成区水文与面源数据、建成区水文与面源数据中的非管网排水数据和气象数据获取水体水质和水生态数据；根据所述水体水质和水生态数据生成管网给水数据。本发明专利技术将可服务于供水管理、防洪排涝、城市联合调度、海绵城市LID方案优化、污染溯源及管控等工作，提升城市水资源、水环境及水生态的精细化管理水平。水平。水平。

【技术实现步骤摘要】
一种智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法


[0001]本专利技术涉及智慧城市构建
，具体是一种智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法。

技术介绍

[0002]水是生命之源、生产之要、生态之基，既不可或缺又无以替代。城市的发展与水密切相关，不可分割，当前，水资源短缺，水环境污染、水生态破坏、水旱灾害频发已经成为城市发展的重要制约因素。如何应对全球气候变化，提高城市供水保证率；如何评估未来降雨条件下，城市洪涝灾害发生的范围和程度，管网溢流程度及其对水环境和水生态系统的影响；如何针对突然污染事故进行快速溯源，同时制定有效防控措施；如何识别面源污染关键源区，评估不同的海绵城市LID措施的有效性等已经成为城市涉水管理的重要方面。而模型模拟是解决此类问题的最重要的手段，涉水环节全过程耦合模拟系统已经成为智慧城市的重要内核。
[0003]涉水环节全过程耦合模拟系统涉及到气象、水文、管网、水环境与生态等多种模拟技术。目前常利用WRF来预报未来天气状况，输出气压、气温、降雨量、相对湿度、云量等指标；采用SWAT、HSPF和SWMM等模型用来预报流域降雨径流等水文过程以及污染负荷产生量、水和污染物在河道以及排水管网中的迁移转化过程；采用EPANET来开展供水过程的模拟；采用WASP、EFDC、Delft3D、MIKE3D、HEC
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RAS等水环境与水生态模型模拟计算水体中的扩散迁移等物理过程、生物化学反应过程以及藻类等水生生物的生长消亡变化过程。
[0004]目前模型的应用还比较单一，大部分是一个模型模拟或者两个模型耦合模拟，这在一定程度上可以解决一些涉水的问题，但是针对城市区域，作为一个复杂的、开放的、多维度的综合体，单一模型或几个模型的耦合不足以支撑城市精细化的涉水环节管理工作。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法，所述方法包括：
[0008]实时获取气象数据；
[0009]根据所述气象数据获取区域水文与面源数据；其中，所述区域水文与面源数据包括非建成区水文与面源数据和建成区水文与面源数据；
[0010]根据所述建成区水文与面源数据中的管网排水数据得到污水处理数据；
[0011]根据所述非建成区水文与面源数据、建成区水文与面源数据中的非管网排水数据和气象数据获取水体水质和水生态数据；
[0012]根据所述水体水质和水生态数据生成管网给水数据。
[0013]作为本专利技术技术方案进一步的限定：所述实时获取气象数据的步骤包括：
[0014]建立动力方程组，动力方程组包括大气动力方程组、运动方程组和连续方程，当坐标系不同时，方程组不同；
[0015]将所述动力方程组离散化；
[0016]获取边界条件，根据所述边界条件确定气象数据。
[0017]作为本专利技术技术方案进一步的限定：所述获取边界条件，根据所述边界条件确定气象数据的步骤包括：
[0018]创建模式区域，基于所述模式区域接收用户设置的相关参数，其中，所述相关参数包括投影方式参数、区域范围大小参数、区域位置参数和嵌套关系参数；
[0019]基于反距离加权插值法将所述相关参数插值到离散后的计算格点中，并确定初始场和边界条件，得到预报网格；
[0020]将所述预报网格插值到正常网格中，计算诊断得到气象数据。
[0021]作为本专利技术技术方案进一步的限定：获取非建成区水文与面源数据的步骤包括：
[0022]收集研究区域的下垫面以及人类活动信息，生成原始数据；
[0023]根据所述原始数据对研究区域进行流域分割和集总，生成加工数据；
[0024]根据所述加工数据模拟水文平衡结果，生成理论数据；
[0025]获取实测数据，并根据所述实测数据修正所述理论数据。
[0026]作为本专利技术技术方案进一步的限定：获取建成区水文与面源数据的步骤包括：
[0027]处理城市区域径流产生的各种水文过程，得到产流数据；
[0028]模拟径流和外来水流在管道、渠道、蓄水和处理单元以及分水建筑物在排水管道中的流动，得到汇流数据；
[0029]根据所述产流数据和所述汇流数据模拟伴随着产汇流过程产生的水污染负荷量。
[0030]作为本专利技术技术方案进一步的限定：根据所述建成区水文与面源数据中的管网排水数据得到污水处理数据的步骤包括：
[0031]基于活性污泥数学模型ASM，构建和模拟污水处理工艺；
[0032]基于定时器构建和模拟控制过程。
[0033]作为本专利技术技术方案进一步的限定：所述污水处理工艺包括活性污泥工艺、生物滤池、滴滤池、MBR、厌氧发酵和沉淀；所述活性污泥工艺包括AO、AAO、氧化沟、SBR及其变形工艺。
[0034]作为本专利技术技术方案进一步的限定：根据所述非建成区水文与面源数据、建成区水文与面源数据中的非管网排水数据和气象数据获取水体水质和水生态数据的步骤包括：
[0035]收集区域数据；
[0036]根据所述区域数据输出水质和水生态预报结果；
[0037]获取实测数据，并根据所述实测数据修正所述水质和水生态预报结果。
[0038]作为本专利技术技术方案进一步的限定：根据所述水体水质和水生态数据生成管网给水数据的步骤还包括水力模拟步骤和水质模拟步骤，所述水力模拟步骤至少包括：
[0039]基于Hazen
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Williams、Darcy
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Weisbach或Chezy
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Manning公式计算摩擦水头损失；
[0040]模拟恒速和变速水泵，进行水泵提升能量和成本分析；
[0041]所述水质模拟步骤包括：
[0042]模拟反应物质的运动变化；
[0043]模拟整个管网的水龄；
[0044]跟踪从已知节点来的水流百分比；
[0045]基于n级反应动力学模拟主流水体中的反应；
[0046]基于零级或者一级反应动力学模拟管壁处的反应。
[0047]作为本专利技术技术方案进一步的限定：所述水质模拟步骤还包括：
[0048]模拟管壁处的反应时设置质量转移限值，生成一个持续达到极限浓度的增长或者衰减反应；
[0049]开放管网中任何位置的时间变化浓度或者质量输入端口。
[0050]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过将大气降雨、地表产流、汇流、管网给水与排水、污水处理厂处理后排放、以及闸、坝、泵站等水利设施调控下河湖水体水动力及与之相关的水环境和水生态系统变化进行耦合模拟，形成智慧城市体系中智慧水务和智慧环保中核心业务模块，可服务于供水管理、防洪排涝、厂
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网
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河
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法，其特征在于，所述方法包括：实时获取气象数据；根据所述气象数据获取区域水文与面源数据；其中，所述区域水文与面源数据包括非建成区水文与面源数据和建成区水文与面源数据；根据所述建成区水文与面源数据中的管网排水数据得到污水处理数据；根据所述非建成区水文与面源数据、建成区水文与面源数据中的非管网排水数据和气象数据获取水体水质和水生态数据；根据所述水体水质和水生态数据生成管网给水数据。2.根据权利要求1所述的智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法，其特征在于，所述实时获取气象数据的步骤包括：建立动力方程组，动力方程组包括大气动力方程组、运动方程组和连续方程，当坐标系不同时，方程组不同；将所述动力方程组离散化；获取边界条件，根据所述边界条件确定气象数据。3.根据权利要求2所述的智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法，其特征在于，所述获取边界条件，根据所述边界条件确定气象数据的步骤包括：创建模式区域，基于所述模式区域接收用户设置的相关参数，其中，所述相关参数包括投影方式参数、区域范围大小参数、区域位置参数和嵌套关系参数；基于反距离加权插值法将所述相关参数插值到离散后的计算格点中，并确定初始场和边界条件，得到预报网格；将所述预报网格插值到正常网格中，计算诊断得到气象数据。4.根据权利要求1所述的智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法，其特征在于，获取非建成区水文与面源数据的步骤包括：收集研究区域的下垫面以及人类活动信息，生成原始数据；根据所述原始数据对研究区域进行流域分割和集总，生成加工数据；根据所述加工数据模拟水文平衡结果，生成理论数据；获取实测数据，并根据所述实测数据修正所述理论数据。5.根据权利要求1所述的智慧城市涉水环节全过程耦合模拟方法，其特征在于，获取建成区水文与面源数据的步骤包括：处理城市区域径流产生的各种水文过程，得到产流数据；模拟径流和外来水流在管道、渠道、蓄水和处理单元以及分水建筑物在排水管道中的流动，得到汇流数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鑫，刘凤茹，林佩斌，张扬，彭木站，邓超联，黄薇颖，颜寅杰，尹娟，冯蒙蒙，
申请(专利权)人：深圳市广汇源环境水务有限公司，
类型：发明
国别省市：