[发明专利]雨水收集系统空间布置优化方法和系统

权利要求书

1.雨水收集系统空间布置优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、采集预定区域的降雨数据和空间数据；基于所述降雨数据和空间数据确定雨水收集系统的实施地点，并将预定区域划分为至少两个集水区；

步骤S2、基于降雨数据获取历史小时降雨时间序列，并根据历史小时降雨时间序列构建降雨情景；计算各个降雨情景的发生概率，计算该降雨情景下预定区域的径流量；

步骤S3、获取预定区域的需水数据，构建显示需水量空间分布的需求图，计算需水量；

步骤S4、构建雨水收集系统空间布置优化模型，以饮用水消耗量最小、离开提供节点的径流量最小和成本最小为目标函数，以各个降雨情境下预定区域的径流量、用水量为输入参数；求解所述雨水收集系统空间布置优化模型，并将结果展示给用户终端；

所述步骤S1进一步为：

步骤S11、获取空间数据中的地形坡度、平均地下水位深度、渗透率和建筑物距离，通过栅格计算创建雨水收集系统的实施地点的初步地图；

步骤S12、采用数字高程模型根据分水岭数据将研究区域划分成至少两个集水区；确定雨水收集系统所在的集水区并计算每一雨水收集系统所在集水区的产流系数；

所述步骤S12进一步为：

步骤S121、采用建筑多边形对数字高程模型进行校正，创建引导水流的高障碍物；

步骤S122、使用包括雨水管道和沟槽在内的图层完善集水区；

步骤S123、 确定雨水收集系统所在的集水区并使用研究区域的鸟瞰图确定集水区的下垫面类型；

步骤S124、根据集水区的下垫面类型采用加权平均计算集水区的产流系数。

2.如权利要求1所述的雨水收集系统空间布置优化方法，其特征在于，所述步骤S2进一步为：

步骤S21、将历史小时降雨时间序列分离为降水事件，然后对降水事件进行频率分析，以确定降水事件系列中观察到的持续时间范围；对于每个持续时间，将其分为三类不同的强度范围；

步骤S22、通过每类降水事件发生的次数与历史时间序列中总降水事件的比值计算每类降水事件发生的概率；

步骤S23、根据下垫面的类型参数和产流系数计算每个预定区域中各个集水区的径流量。

3.如权利要求1所述的雨水收集系统空间布置优化方法，其特征在于，所述步骤S3进一步为：

步骤S31、获取预定区域的用户用水记录，根据需水单元的需水参数，对需水量进行空间上的分解；

步骤S32、构建需求图，显示需水量的空间分布，计算需水量。

4.如权利要求1所述的雨水收集系统空间布置优化方法，其特征在于，所述步骤S122还包括：

步骤S122a、读取集水区内雨水收集系统的实施地点数据、雨水管道数据和沟槽数据，构建雨水收集系统拓扑网络；

步骤S122b、基于所述雨水收集系统拓扑网络，构建以实施地点为节点、以雨水管道和沟槽为边的雨水收集系统有向图；

步骤S122c、对于雨水收集系统中任意两个相邻节点，计算属于下游节点的高程是否大于上游节点的高程，若是，将所述两个相邻节点记作第一类节点组，若否，记为第二类节点组；

步骤S122d、搜索雨水收集系统有向图中第二类节点组数量超过阈值的环结构；

步骤S122e、新建包括雨水收集系统有向图、第一类节点组、第二类节点组和环结构在内的图层，并加入集水区图层中。