1.一种城市排水网络优化设计系统,其特征在于,具体实现步骤如下:步骤1、利用数据收集与预处理模块,收集城市降雨数据、污水成分与浓度以及排水管道的基础数据;
步骤1‑2、对数据进行清洗、整理,形成用于分析的数据集;
步骤2、利用参数确定模块,确定降雨的强度、地面的渗透性、污水的浓度以及管道的清洁度;
步骤3‑1、利用综合评估优化模块,分别计算输出雨水和污水的排水效率与成本效益;
步骤3‑1、结合雨水和污水的排水效率与成本效益,归总计算并输出反映整体排水系统可持续性的综合评估结果;
步骤3‑3、基于评估结果,并结合绘制的线形图,分析制定详细的排水网络优化设计方案;
其中,所述综合评估优化模块包括污水与雨水不同条件下排水性能评估单元,成本效益分析评估单元和整体性能可持续综合评估单元;
所述污水与雨水不同条件下排水性能评估单元的计算公式如下:
2 0.5
YP=[(L×P×JQ×S)/(L×(1/Z))] ;
2 0.5
WP=[(L×P×WN×Q)/(L×(1/Z))] ;
其中:
YP为雨水排水效率评估值,WP为污水排水效率评估值;
L为管道长度;
P为管道坡度;
JQ为降雨强度系数,JQ反映降雨对排水效率的影响;
S为地面渗透性系数,S反映地面渗透对雨水排放的影响;
Z为管道直径;
WN为污水浓度系数,反映排水的污水成分和浓度含量程度;
Q为管道清洁度系数;
所述降雨强度计算单元的计算公式如下:JQ=ZJL/JL×b;
其中;
ZJL为总降雨量;
JL为降雨历时;
b为权重因子,用于调整不同降雨强度对系统的影响;
所述地面渗透性计算单元的计算公式如下:S=(T×SC)/(A×STC×t);
T为渗透水量;
SC为渗径长度;
A为渗透面积;
STC为水头差;
t为渗透时间;
所述成本效益分析评估单元的计算公式如下:YX=YP/[C+(a×L)+(YXY×NY)+(YXW×NW)];
WX=WP/[C+(a×L)+(WXY×NY)+(WXW×NW)];
其中:
YX为雨水成本效益评估值,WX为污水成本效益评估值;
C为管道建造成本;
a为管道单位长度成本系数;
YXY为雨水系统运营成本系数;
WXY为污水系统运营成本系数;
NY为年运营成本;
YXW为雨水系统维护成本系数;
WXW为污水系统维护成本系数;
NW为年维护成本;
所述整体性能可持续综合评估单元的计算公式如下:KCP=λ×YX×(1+YR/100)+(1+λ)×WX×(1‑(WR/100)×γ)‑[(YNW+WNW)/(YP+WP)];
其中:
KCP为可持续性评估值;
λ为权重因子;
γ为额外环境效益系数,γ主要应用于污水处理回用及处理情况下产生的额外的环境效益;
YR为雨水处理效率,WR为污水处理效率;
YNW为雨水排水网络年维护成本,YNW反映雨水管理设施在一年内的维护、运营费用支出;
WNW为污水排水网络年维护成本,WNW反映污水处理设施在一年内的维护、运营费用支出;
基于所述可持续性评估值KCP以及n次前循环优化的可持续性评估值KCP,并共同绘制线形图的分析优化如下:若线形图显著上升且趋势陡峭,则反映排水系统的可持续性在显著改善,当扩大污水处理能力以应对未来增加的污水排放量;
若线形图波动较大,则反映系统受到外部因素的影响导致不稳定,当加强设备的维护和保养;
若线形图在某一点达到峰值后开始下降,则反映已经达到当前的最优状态,当保持当前优化设计;
若线形图在较低水平徘徊,则反映整体排水系统可持续性不佳的情况外,还表明系统存在严重的性能瓶颈及缺陷,当增加投资、优化系统设计、改善运营管理。
2.根据权利要求1所述的一种城市排水网络优化设计系统,其特征在于,所述数据收集与预处理模块所用到的设备包括数据采集设备,管道直径测量仪、坡度测量仪、流量计、浓度计;
所述综合评估优化模块和所述参数确定模块所用到的设备包括高性能计算机、服务器、数据分析绘图软件。
3.根据权利要求2所述的一种城市排水网络优化设计系统,其特征在于,所述参数确定模块包括有降雨强度计算单元、地面渗透性计算单元、污水浓度计算单元、管道清洁度确定单元。