CN114547991A - 基于气候变化的城市排水***规划设计优化*** - Google Patents

基于气候变化的城市排水***规划设计优化*** Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，包括基于气候变化的未来降雨情景模拟模块、基于气候变化的暴雨强度计算模块、基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块、基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块、数据存储模块、主控制器。本申请在城市排水***规划设计中的暴雨强度参数为具有时间属性、面向未来的动态参数；此外，在排水***规划设计中新增管段服务年限参数，从而实现城市雨水管网的精细化规划设计，本申请提高了城市排水***应对气候变化的韧性，保障了城市水安全，并使得城市雨水管网***的投资建设更加合理。

Description

基于气候变化的城市排水***规划设计优化***
技术领域
本发明涉及市政排水工程技术领域，特别地，涉及一种基于气候变化的城市排水***规划设计优化***。
背景技术
城市雨水管网***是市政基础设施的重要组成部分，保障着城市居民生命财产安全和城市***的正常运行。随着城市化和经济发展，市政雨水管网的规模和工程投资日益庞大，管网设计的合理性与否往往直接影响到整个排水***的效能发挥以及排水工程建设投资规模。
传统的城市雨水管网***规划设计的首要依据是城市暴雨强度公式和设计雨型。其中，传统的城市暴雨强度公式编制的基础来源于城市气象站点的多年历史降雨数据记录，而该记录长度通常需要大于20年。采用该方法编制的城市暴雨强度公式仅反映过去的区域降雨特征。诸多研究表明，我国区域气候特征正在显著改变，气候极端性已经明显增强。在未来数年内，城市暴雨强度可能发生明显变化，这也导致传统的暴雨强度公式无法反映气象变化背景下未来城市的降雨特征。城市雨水管网***是一套复杂而庞大的市政基础设施，在其建成后往往服务达数十年之久，然而，当前的城市雨水管网***规划设计中尚未考虑到气候变化背景下城市未来暴雨强度的变化对未来排水***的影响。因此，亟需建立一种基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，在城市排水***规划设计过程中将城市未来暴雨强度变化纳入雨水管网***规划设计，从而增强城市排水***应对气候变化的韧性，保障城市排水安全。
发明内容
为解决现有城市排水***规划设计时城市排水***的韧性不够的技术问题，本申请提供了一种基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，将气候变化对城市降雨强度的作用和影响纳入雨水管网***的规划和设计，以期提高城市排水***的韧性，保障城市水安全，并使得城市雨水管网***的投资建设更加合理。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：
一种基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，包括：
基于气候变化的未来降雨情景模拟模块，用于获取CMIP的最新气候变化不同情景的GCM模拟数据集作为初边值条件，驱动WRF模式精细化预测模拟范围内未来一定时间段内的气候特征，基于模拟结果获取目标城市预测时限内的逐5分钟降雨时序数据；
基于气候变化的暴雨强度计算模块，用于根据数据存储模块中目标城市逐5分钟累积降水量数据，推求气候变化不同情景下未来预测时限内逐年的设计暴雨强度计算公式；
基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块，用于根据所述暴雨强度计算模块获得的气候变化背景下逐年设计暴雨强度值，对城市排水***规划设计方案实施方案优化；
基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块，用于根据所述暴雨强度计算模块获得的基于气候变化的暴雨强度值、目标城市设计雨型、下垫面资料、地形资料、雨水管网规划方案构建规划范围的管网水动力模型，评估雨水管网规划设计方案是否达到规划设计目标；
数据存储模块，分别与基于气候变化的未来降雨情景模拟模块、基于气候变化的暴雨强度计算模块、基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块、基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块数据连接，用于实现对相关资料和数据的存储和数据交互功能；
主控制器，分别与基于气候变化的未来降雨情景模拟模块、基于气候变化的暴雨强度计算模块、基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块、基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块控制连接，用于实现与各模块之间的控制交互。
进一步地，所述基于气候变化的未来降雨情景模拟模块具体包括：
WRF模式气象资料场数据管理模块，用于根据气候变化情景模式选择、大气环流模式选择、气象参数选择、模拟时限选择，选定目标全球气象数据集，实施数据下载、储存操作管理，为区域气候模拟模块提供驱动WRF模式运行的输入气象资料，其中，所述全球气候数据集包括IPCC所发布的CMIP6的GCM数据集；
区域气候模拟模块，用于将WRF模式气象资料场数据管理模块获得的全球气象数据集作为初始和边界气象资料场，驱动WRF模式运行，将地面气象参数数据和高空气象参数数据插值到模拟区域，在时间尺度上向前逐步实施积分处理，得到模拟区域逐步长的模拟气象参数数据；
WRF模式气象模拟数据后处理模块，用于实现对区域气候模拟模块模拟结果数据的后处理功能，包括WRF模拟数据转移、气象参数结果提取、根据时间和空间维度实施气象参数的统计分析、气象参数结果的一、二或三维可视化展示，以及，从区域气候模拟模块的模拟结果中分别提取逐步长的模拟积云深对流过程的累积降水量和非积云对流过程的累积降水量，将积云深对流过程的累积降水量和非积云对流过程的累积降水量叠加后获得逐步长的累积降水量，再通过差值计算获得逐步长降水量，之后再累加计算获得逐5分钟累积降水量数据。
进一步地，所述基于气候变化的暴雨强度计算模块具体包括：
基于气候变化的暴雨强度公式推求模块，用于实现从数据存储模块所获得的逐5分钟累积降水量数据中，根据IPCC气候变化情景、全球气候模型选择、模拟年份的规则选择目标数据，根据***预设的理论频率分布曲线对选择的模拟降雨数据进行拟合和误差分析，获得设定IPCC气候变化情景的未来若干年内逐年的设计暴雨强度计算公式；
基于气候变化的暴雨强度值管理模块，用于根据所获得的暴雨强度公式，计算基于IPCC气候变化情景、全球气候模型、年份、重现期、降雨历时的未来逐年暴雨强度值，并对计算的暴雨强度值建立标签，统一化管理。
进一步地，所述基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块具体包括：
基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块，用于根据设计重现期对应的设计暴雨强度最大值实现对雨水管网规划设计方案的优化设计，获得优化后的雨水管网规划设计方案；
雨水管网规划设计方案管理模块，用于对已有雨水管网规划设计方案的综合管理。
进一步地，所述基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块具体包括：
服务最终年度计算模块，用于根据获得的雨水管网规划设计方案获得雨水管网或管段的服务年限，以设计年为基础，叠加服务年限计算得到管网或管段的服务最终年度；
暴雨强度最大值筛选模块，用于根据IPCC气候变化情景、全球气候模型选择、年份、重现期、降雨历时参数，获得由设计年到管网或管段服务最终年度的逐年设计暴雨强度，筛选其中的设计重现期对应的设计暴雨强度最大值；
调整优化模块，用于依据获得的设计重现期对应的设计暴雨强度最大值，对雨水管网规划设计方案的管网或管段逐段进行管径、坡度、标高及埋深调整优化；
图形绘制模块，用于绘制管网平面图及纵剖面图，获得优化后的雨水管网规划设计方案。
进一步地，所述雨水管网规划设计方案管理模块具体用于：
建立雨水管网规划设计方案数据库、搜索引擎，设置层级目录和标签，实现雨水管网规划设计方案按照地区、工程、名称、方案版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理。
进一步地，所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块具体包括：
雨水管网规划设计方案模型管理模块，用于实现雨水管网规划设计方案模型的综合管理；
基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型模拟模块，用于实现对雨水管网规划设计方案的管网排水能力实施水动力分析，校核规划设计方案是否达到气候变化下未来的雨水管网排水设计目标。
进一步地，所述雨水管网规划设计方案模型管理模块具体用于：
建立雨水管网规划设计方案模型库，设置层级目录和标签，实现雨水管网规划设计方案模型按照地区、工程、名称、模型版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理。
进一步地，所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型模拟模块具体包括：
水动力模拟模型建立模块，用于以城市基础资料和雨水管网规划设计方案建立城市雨水管网水动力模拟模型；
降雨时序数据生成模块，用于从基于气候变化的设计暴雨强度计算模块中选择气候变化情景、全球气候模型选择、年份、重现期、降雨历时参数，获得暴雨强度值，结合城市暴雨雨型生成降雨时序数据；
排水能力评估模块，用于执行城市雨水管网水动力模拟模型，计算基于雨水管网规划设计方案的排水管网逐段排水能力。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
本申请提供的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***可根据气候变化情景设定，模拟未来若干年内城市的降雨特征变化，分析获得的基于气候变化背景下的逐年设计暴雨强度值，对现有设计标准对应的暴雨强度进行动态修正，根据修正后的设计暴雨强度对雨水管网规划设计方案进行优化，并采用模型对优化后方案进行模拟校核。与现有技术相比，本申请在城市排水***规划设计中的暴雨强度参数为具有时间属性、面向未来的动态参数；此外，在排水***规划设计中新增管段服务年限参数，从而实现城市雨水管网的精细化规划设计，本申请提高了城市排水***应对气候变化的韧性，保障了城市水安全，并使得城市雨水管网***的投资建设更加合理。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请优选实施例的一种基于气候变化的城市排水***规划设计优化***的模块示意图。
图2是本申请另一优选实施例的基于气候变化的未来降雨情景模拟模块的子模块的示意图。
图3是本申请另一优选实施例的基于气候变化的暴雨强度计算模块的子模块的示意图。
图4是本申请另一优选实施例的基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块的子模块的示意图。
图5是本申请另一优选实施例的基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块的子模块的示意图。
图6是本申请另一优选实施例的基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块的子模块的示意图。
图7是本申请另一优选实施例的基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型模拟模块的子模块的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
近年来，数值仿真技术在气候气象学的研究中取得重大突破，利用计算机模拟和预测真实的大气环境及变化成为研究未来气候变化的主要手段，其涉及的技术术语包括：
全球气候模式(Global Climate Model,GCM)，也称为环流模式(GeneralCirculation Model)，是目前开展全球气候变化研究的主要工具。GCM在水平方向上将地球大气层划分成许多粗网格(分辨率约为1°～2.5°，100～300km)，在垂向上将大气层划分为数十层(1000hPa～10hPa)，通过耦合大气、海洋、冰雪及地表之间的热能和物质交换等关键过程，通过一系列复杂的数学方程模拟大气环流过程。GCM能够在较大空间尺度上提供可靠的气候预测信息。
政府间气候变化专门委员会(the Intergovernmental Panel on ClimateChange，IPCC)是评估与气候变化相关科学的国际机构，IPCC由世界气象组织(WMO)和***环境规划署(UNEP)建立于1988年，旨在为决策者定期提供针对气候变化的科学基础、其影响和未来风险的评估、以及适应和缓和的可选方案。由IPCC执行的多次国际耦合模式比较计划(the Coupled Model Intercomparison Project,CMIP)，形成了许多利用不同GCM模式和各种气候情景下的未来数十年内的全球大气网格模拟数据集，该类数据集包含丰富的气象参数，如等压面气象参数资料、地面气象参数资料、地面通量资料等，能够体现不同气候情景下全球的气候变化特征。然而，粗分辨率的GCM不能细致刻画下垫面特征，对局地天气过程和极端天气气候事件的模拟能力有限。
动力降尺度(Dynamic Downscaling)是一种利用GCM的模拟结果作为背景场提供初边值条件，驱动高分辨率区域气候模式(Regional Climate Model,RCM)的数值积分，从而获得高分辨率天气气候信息的方法，其为获取未来区域高分辨率气候信息的重要手段之一。
WRF(the Weather Research and Forecasting model，天气研究和预测模式)是新一代中尺度气象数值模式***，也是当前应用最广的RCM之一。相较于GCM，WRF模式的模拟空间范围远远小于GCM，但可选择更高分辨率的平面网格和更短的计算步长，使其模拟结果不同于GCM的大尺度、粗网格化，能够获得目标区域内高分辨率(1～10km)的气象特征。WRF模拟结果涵盖等压面气象参数资料、地面气象参数资料、地面通量资料等的上百项气象参数，能够满足不同需求。
参照图1，本申请的优选实施例提供了一种基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，包括基于气候变化的未来降雨情景模拟模块、基于气候变化的暴雨强度计算模块、基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块、基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块、数据存储模块、主控制器，其中:
所述基于气候变化的未来降雨情景模拟模块用于获取CMIP的最新气候变化不同情景的GCM模拟数据集作为初边值条件，驱动WRF模式精细化预测模拟范围内未来一定时间段内的气候特征，基于模拟结果获取目标城市预测时限内的逐5分钟降雨时序数据；
所述基于气候变化的暴雨强度计算模块用于根据数据存储模块中目标城市逐5分钟累积降水量数据，推求气候变化不同情景下未来预测时限内逐年的设计暴雨强度计算公式；
所述基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块用于根据所述暴雨强度计算模块获得的气候变化背景下逐年设计暴雨强度值，对城市排水***规划设计方案实施方案优化；
所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块用于根据所述暴雨强度计算模块获得的基于气候变化的暴雨强度值、目标城市设计雨型、下垫面资料、地形资料、雨水管网规划方案构建规划范围的管网水动力模型，评估雨水管网规划设计方案是否达到规划设计目标；
所述数据存储模块分别与基于气候变化的未来降雨情景模拟模块、基于气候变化的暴雨强度计算模块、基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块、基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块数据连接，用于实现对相关资料和数据的存储和数据交互功能；
所述主控制器分别与基于气候变化的未来降雨情景模拟模块、基于气候变化的暴雨强度计算模块、基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块、基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块控制连接，用于实现与各模块之间的控制交互。
本实施例提供的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***可根据气候变化情景设定，模拟未来若干年内城市的降雨特征变化，分析获得的基于气候变化背景下的逐年设计暴雨强度值，对现有设计标准对应的暴雨强度进行动态修正，根据修正后的设计暴雨强度对雨水管网规划设计方案进行优化，并采用模型对优化后方案进行模拟校核。与现有技术相比，本实施例在城市排水***规划设计中的暴雨强度参数为具有时间属性、面向未来的动态参数；此外，在排水***规划设计中新增管段服务年限参数，从而实现城市雨水管网的精细化规划设计，本实施例提高了城市排水***应对气候变化的韧性，保障了城市水安全，并使得城市雨水管网***的投资建设更加合理。
如图2所示，在本申请的优选实施例中，所述基于气候变化的未来降雨情景模拟模块具体包括：
WRF模式气象资料场数据管理模块，用于根据气候变化情景模式选择、大气环流模式选择、气象参数选择、模拟时限选择，选定目标全球气象数据集，实施数据下载、储存操作管理，为区域气候模拟模块提供驱动WRF模式运行的输入气象资料，其中，所述全球气候数据集包括IPCC所发布的CMIP6的GCM数据集；
区域气候模拟模块，用于将WRF模式气象资料场数据管理模块获得的全球气象数据集作为初始和边界气象资料场，驱动WRF模式运行，将地面气象参数数据和高空气象参数数据插值到模拟区域，在时间尺度上向前逐步实施积分处理，得到模拟区域逐步长的模拟气象参数数据，相较于GCMs模式，本实施例的区域气候模式具有更高的水平空间分辨率(1～10km)，可精细化描述区域气候变化；
WRF模式气象模拟数据后处理模块，用于实现对区域气候模拟模块模拟结果数据的后处理功能，包括WRF模拟数据转移、气象参数结果提取、根据时间和空间维度实施气象参数的统计分析、气象参数结果的一、二或三维可视化展示，以及，从区域气候模拟模块的模拟结果中分别提取逐步长(time step)的模拟积云深对流过程的累积降水量(RAINC)和非积云对流过程的累积降水量(RAINNC)，将积云深对流过程的累积降水量(RAINC)和非积云对流过程的累积降水量(RAINNC)叠加后获得逐步长的累积降水量，再通过差值计算获得逐步长降水量，之后再累加计算获得逐5分钟累积降水量数据。
本实施例中，所述基于气候变化的未来降雨情景模拟模块具体包括有WRF模式气象资料场数据管理模块、区域气候模拟模块、WRF模式气象模拟数据后处理模块，其好处包括所述基于气候变化的未来降雨情景模拟模块整合WRF模式气象资料场数据获取、模型模拟、模拟结果的分析流程，一定程度上提升了数据获取和处理的效率；实现气象资料场数据和WRF模式气象模拟数据的标准化管理，实现不同用户之间的数据共享，避免因数据的重复下载、模型重复运行、模拟结果多次处理所造成的网络资源、计算资源、存储资源的浪费和时间成本。
如图3所示，在本申请的优选实施例中，所述基于气候变化的暴雨强度计算模块具体包括：
基于气候变化的暴雨强度公式推求模块，用于实现从数据存储模块所获得的逐5分钟累积降水量数据中，根据IPCC气候变化情景(如CMIP5中的RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5，以及CMIP6中SSP1-1.9、SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP4-3.4、SSP4-6.0、SSP5-3.4和SSP5-8.5等)、全球气候模型选择、模拟年份的规则选择目标数据，根据***预设的理论频率分布曲线对选择的模拟降雨数据进行拟合和误差分析，获得设定IPCC气候变化情景的未来若干年内逐年的设计暴雨强度计算公式；
基于气候变化的暴雨强度值管理模块，用于根据所获得的暴雨强度公式，计算基于IPCC气候变化情景、全球气候模型、年份、重现期、降雨历时的未来逐年暴雨强度值，并对计算的暴雨强度值建立标签，统一化管理。
本实施例的基于气候变化的暴雨强度计算模块包括基于气候变化的暴雨强度公式推求模块、基于气候变化的暴雨强度值管理模块，其好处包括：所述基于气候变化的暴雨强度计算模块集成了多种暴雨强度公式推求算法和暴雨强度值的标准化管理，方便用户实现不同暴雨强度公式对比和暴雨强度值比对分析，并实现暴雨强度公式和暴雨强度值的集成共享，有效避免因暴雨强度公式重复推求和暴雨强度值重复储存造成的资源浪费和时间成本。
如图4所示，在本申请的优选实施例中，所述基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块具体包括：
基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块，用于根据设计重现期对应的设计暴雨强度最大值实现对雨水管网规划设计方案的优化设计，获得优化后的雨水管网规划设计方案；
雨水管网规划设计方案管理模块，用于对已有雨水管网规划设计方案的综合管理。
本实施例的基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块包括基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块和雨水管网规划设计方案管理模块，其好处包括：所述基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块集成了规划设计方案的优化操作和方案的标准化管理，便于用户针对不同方案的比对、优化调整和方案共享。
如图5所示，在本申请的优选实施例中，所述基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块具体包括：
服务最终年度计算模块，用于根据获得的雨水管网规划设计方案获得雨水管网或管段的服务年限，以设计年为基础，叠加服务年限计算得到管网或管段的服务最终年度；
暴雨强度最大值筛选模块，用于根据IPCC气候变化情景、全球气候模型选择、年份、重现期、降雨历时参数，获得由设计年到管网或管段服务最终年度的逐年设计暴雨强度，筛选其中的设计暴雨强度最大值；
调整优化模块，用于依据获得的设计重现期对应的设计暴雨强度最大值，对雨水管网规划设计方案的管网或管段逐段进行管径、坡度、标高及埋深调整优化；
图形绘制模块，用于绘制管网平面图及纵剖面图，获得优化后的雨水管网规划设计方案。
本实施例的基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块包括有服务最终年度计算模块、暴雨强度最大值筛选模块、调整优化模块、图形绘制模块，其好处包括：所述基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块集成了雨水管网规划设计优化的全流程，实现雨水管网规划设计优化的一体化操作，并实现优化结果的可视化展示，提高用户工作效率。
具体地，在本申请的优选实施例中，所述雨水管网规划设计方案管理模块具体用于：
建立雨水管网规划设计方案数据库、搜索引擎，设置层级目录和标签，实现雨水管网规划设计方案按照地区、工程、名称、方案版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理，从而实现对雨水管网规划设计方案的科学、高效、安全管理。
如图6所示，在本申请的优选实施例中，所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块具体包括：
雨水管网规划设计方案模型管理模块，用于实现雨水管网规划设计方案模型的综合管理；
基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型模拟模块，用于实现对雨水管网规划设计方案的管网排水能力实施水动力分析，校核规划设计方案是否达到气候变化下未来的雨水管网排水设计目标。
本实施例中，所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块包括雨水管网规划设计方案模型管理模块、基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型模拟模块，其好处包括：所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块集成了模型管理和模型模拟功能，一方面，用户可快速选取已经搭建的模型，实施模型模拟；另一方面，方便用户选取现有模型，在其基础上进行修改，搭建新模型，避免因重复模型搭建、率定和验证所产生的时间成本；并实现模型成果的共享。
具体地，在本申请的优选实施例中，所述雨水管网规划设计方案模型管理模块具体用于：
建立雨水管网规划设计方案模型库，设置层级目录和标签，实现雨水管网规划设计方案模型按照地区、工程、名称、模型版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理，从而实现对雨水管网规划设计方案模型的科学、高效、安全管理。
如图7所示，在本申请的优选实施例中，所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型模拟模块具体包括：
水动力模拟模型建立模块，用于以城市基础资料和雨水管网规划设计方案建立城市雨水管网水动力模拟模型；
降雨时序数据成模块，用于从基于气候变化的设计暴雨强度计算模块中选择气候变化情景、全球气候模型选择、年份、重现期、降雨历时参数，获得暴雨强度值，结合城市暴雨雨型生成降雨时序数据；
排水能力评估模块，用于执行城市雨水管网水动力模拟模型，计算基于雨水管网规划设计方案的排水管网逐段排水能力。
本实施例中，所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型模拟模块包括水动力模拟模型建立模块、降雨时序数据生成模块、排水能力评估模块，其好处包括：所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型模拟模块集成了模型搭建、模型驱动数据的处理加载以及模型结果分析，实现基于雨水管网规划设计方案的模型全流程一体化操作，提高用户工作效率。
综上所述，上述实施例提供的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***将气候变化影响下未来城市降雨强度的动态变化纳入雨水管网***的规划和设计，从而提升了城市排水管网应对气候变化的韧性，保障了未来城市水安全性，并合理优化了城市雨水管网***的建设投资。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，其特征在于，包括：
基于气候变化的未来降雨情景模拟模块，用于获取CMIP的最新气候变化不同情景的GCM模拟数据集作为初边值条件，驱动WRF模式精细化预测模拟范围内未来一定时间段内的气候特征，基于模拟结果获取目标城市预测时限内的逐5分钟降雨时序数据；
基于气候变化的暴雨强度计算模块，用于根据数据存储模块中目标城市逐5分钟累积降水量数据，推求气候变化不同情景下未来预测时限内逐年的设计暴雨强度计算公式；
基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块，用于根据所述暴雨强度计算模块获得的气候变化背景下逐年设计暴雨强度值，对城市排水***规划设计方案实施方案优化；
基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块，用于根据所述暴雨强度计算模块获得的基于气候变化的暴雨强度值、目标城市设计雨型、下垫面资料、地形资料、雨水管网规划方案构建规划范围的管网水动力模型，评估雨水管网规划设计方案是否达到规划设计目标；
数据存储模块，分别与基于气候变化的未来降雨情景模拟模块、基于气候变化的暴雨强度计算模块、基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块、基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块数据连接，用于实现对相关资料和数据的存储和数据交互功能；
主控制器，分别与基于气候变化的未来降雨情景模拟模块、基于气候变化的暴雨强度计算模块、基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块、基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块控制连接，用于实现与各模块之间的控制交互。
2.根据权利要求1所述的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，其特征在于，所述基于气候变化的未来降雨情景模拟模块具体包括：
WRF模式气象资料场数据管理模块，用于根据气候变化情景模式选择、大气环流模式选择、气象参数选择、模拟时限选择，选定目标全球气象数据集，实施数据下载、储存操作管理，为区域气候模拟模块提供驱动WRF模式运行的输入气象资料，其中，所述全球气候数据集包括IPCC所发布的CMIP6的GCM数据集；
区域气候模拟模块，用于将WRF模式气象资料场数据管理模块获得的全球气象数据集作为初始和边界气象资料场，驱动WRF模式运行，将地面气象参数数据和高空气象参数数据插值到模拟区域，在时间尺度上向前逐步实施积分处理，得到模拟区域逐步长的模拟气象参数数据；
WRF模式气象模拟数据后处理模块，用于实现对区域气候模拟模块模拟结果数据的后处理功能，包括WRF模拟数据转移、气象参数结果提取、根据时间和空间维度实施气象参数的统计分析、气象参数结果的一、二或三维可视化展示，以及，从区域气候模拟模块的模拟结果中分别提取逐步长的模拟积云深对流过程的累积降水量和非积云对流过程的累积降水量，将积云深对流过程的累积降水量和非积云对流过程的累积降水量叠加后获得逐步长的累积降水量，再通过差值计算获得逐步长降水量，之后再累加计算获得逐5分钟累积降水量数据。
3.根据权利要求1所述的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，其特征在于，所述基于气候变化的暴雨强度计算模块具体包括：
基于气候变化的暴雨强度公式推求模块，用于实现从数据存储模块所获得的逐5分钟累积降水量数据中，根据IPCC气候变化情景、全球气候模型选择、模拟年份的规则选择目标数据，根据***预设的理论频率分布曲线对选择的模拟降雨数据进行拟合和误差分析，获得设定IPCC气候变化情景的未来若干年内逐年的设计暴雨强度计算公式；
基于气候变化的暴雨强度值管理模块，用于根据所获得的暴雨强度公式，计算基于IPCC气候变化情景、全球气候模型、年份、重现期、降雨历时的未来逐年暴雨强度值，并对计算的暴雨强度值建立标签，统一化管理。
4.根据权利要求1所述的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，其特征在于，所述基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块具体包括：
基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块，用于根据设计重现期对应的设计暴雨强度最大值实现对雨水管网规划设计方案的优化设计，获得优化后的雨水管网规划设计方案；
雨水管网规划设计方案管理模块，用于对已有雨水管网规划设计方案的综合管理。
5.根据权利要求4所述的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，其特征在于，所述基于气候变化的雨水管网规划设计优化模块具体包括：
服务最终年度计算模块，用于根据获得的雨水管网规划设计方案获得雨水管网或管段的服务年限，以设计年为基础，叠加服务年限计算得到管网或管段的服务最终年度；
暴雨强度最大值筛选模块，用于根据IPCC气候变化情景、全球气候模型选择、年份、重现期、降雨历时参数，获得由设计年到管网或管段服务最终年度的逐年设计暴雨强度，筛选其中的设计重现期对应的设计暴雨强度最大值；
调整优化模块，用于依据获得的设计重现期对应的设计暴雨强度最大值，对雨水管网规划设计方案的管网或管段逐段进行管径、坡度、标高及埋深调整优化；
图形绘制模块，用于绘制管网平面图及纵剖面图，获得优化后的雨水管网规划设计方案。
6.根据权利要求4所述的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，其特征在于，所述雨水管网规划设计方案管理模块具体用于：
建立雨水管网规划设计方案数据库、搜索引擎，设置层级目录和标签，实现雨水管网规划设计方案按照地区、工程、名称、方案版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理。
7.根据权利要求1所述的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，其特征在于，所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型评估模块具体包括：
雨水管网规划设计方案模型管理模块，用于实现雨水管网规划设计方案模型的综合管理；
基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型模拟模块，用于实现对雨水管网规划设计方案的管网排水能力实施水动力分析，校核规划设计方案是否达到气候变化下未来的雨水管网排水设计目标。
8.根据权利要求7所述的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，其特征在于，所述雨水管网规划设计方案模型管理模块具体用于：
建立雨水管网规划设计方案模型库，设置层级目录和标签，实现雨水管网规划设计方案模型按照地区、工程、名称、模型版本的多维度统一管理，并通过赋予用户不同访问权限进行安全管理。
9.根据权利要求7所述的基于气候变化的城市排水***规划设计优化***，其特征在于，所述基于气候变化的雨水管网规划设计方案模型模拟模块具体包括：
水动力模拟模型建立模块，用于以城市基础资料和雨水管网规划设计方案建立城市雨水管网水动力模拟模型；
降雨时序数据生成模块，用于从基于气候变化的设计暴雨强度计算模块中选择气候变化情景、全球气候模型选择、年份、重现期、降雨历时参数，获得暴雨强度值，结合城市暴雨雨型生成降雨时序数据；
排水能力评估模块，用于执行城市雨水管网水动力模拟模型，计算基于雨水管网规划设计方案的排水管网逐段排水能力。
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