[发明专利]一种基于雨水花园监测数据的雨洪预警方法

说明书

本发明涉及一种基于雨水花园监测数据的雨洪预警方法，可包括以下步骤：S1.获取雨水花园监测数据，构建雨水花园所在区域的动态雨洪模型并输出城市内涝概率预测结果；S2.城市内涝风险分析，通过对城市内涝预测概率结果进行分析，识别并预报未来城市内涝风险发生等级，最终实现城市雨洪的预警与管理。本发明充分运用雨水花园的在线监测数据进行雨洪模型构建与分析和城市内涝风险预警，从而实现在未来城市雨洪管理提供有效的方法途径，并为未来的雨水花园性能提升和城市内涝等水安全问题预警提供数据和技术支撑。

技术领域

本发明属于城市雨洪管理领域，具体地涉及一种基于雨水花园监测数据的雨洪预警方法。

背景技术

雨水花园，又称为生物滞留池，是低影响开发(Low Impact Development，LID)技术之一，是通过自然要素产生的生态系统服务恢复水文过程，从源头上控制与利用雨水径流，调节区域水循环，兼具社会、经济、文化等多功能效益的雨洪管理设施。其最早出现在20世纪90年代的美国，被用于生态滞留、吸收并利用雨水。近年来，全球气候变化和快速的城市化加剧了城市水环境问题，大气沉降和人类活动造成的径流污染引发了城市水环境污染，而雨水花园等雨洪管理设施是缓解城市内涝和水污染等问题的有效手段之一。随着可持续发展理念的深入，雨水花园已在德国、美国、新西兰等发达国家的住宅区、道路边等区域开展应用，国内北京、深圳、厦门等城市也已开展雨水花园等相关实践。量化并分析雨水花园的绩效状况将是提升设施效能进而控制与利用雨水的基础条件，然而，随着未来雨水花园建设的增加，如何结合雨水花园真正实现城市雨洪管理，或将成为未来城市环境管理的另一问题。

贝叶斯网络分析(Bayesian Network Analysis)是运用有向无环图表示参数合集之间逻辑关系的网络结构，以大规模数据训练进而表达因果事件不同状态发生的概率性，该分析方法已在统计决策、工业控制、故障诊断等领域得到了广泛应用。城市内涝问题受降雨和地表径流影响，贝叶斯网络可以利用径流、降雨及雨水花园的下渗等数据分析构建小区域雨洪模型，有助于雨水花园绩效评估，并实现小区域雨洪风险预警。

发明内容

本发明旨在提供一种基于雨水花园监测数据的雨洪预警方法，以解决目前雨水花园所在小区域内涝预警的问题。本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于雨水花园监测数据的雨洪预警方法，其可包括以下步骤：

S1.获取雨水花园监测数据，构建雨水花园所在区域的动态雨洪模型并输出城市内涝概率预测结果；

S2.城市内涝风险分析，通过对城市内涝预测概率结果进行分析，识别并预报未来城市内涝风险发生等级，最终实现城市雨洪的预警与管理。

进一步地，S1具体包括以下过程：

S11、获取雨水花园历史监测数据，通过公式A＝F_in-B+C×S×10^-2计算下渗量的数值,式中A为雨水花园的下渗量，单位为m³/min，F_in为雨水花园进水口的径流量,单位为m³/min，B为雨水花园出水口的溢流量，单位为m³/min,C为降雨量,单位为mm/min，S为雨水花园面积，单位为m²，数据处理结束后将数据随机分成两个数据集，分别为训练数据集和验证数据集；

S12、根据原始数据对下渗量A、溢流量B、降雨量C和城市内涝D之间的关系构建贝叶斯网络模型，即雨洪模型，并根据已处理的历史数据分布对各节点状态区间划分，并设置初步的预警时间的提前量△t；

S13、向模型中输入训练数据集中的下渗量A_t-△t、溢流量B_t-△t、降雨量C_t-△t和城市内涝状态D_t，即输入t时刻的城市内涝状态和t-△t时刻的下渗量、溢流量和降雨量数据，从而进行条件概率表的计算；