一种用于城市管道年淤积量估算的模型方法

摘要

本发明公开的一种用于城市管道年淤积量估算的模型方法，模型方法包括以下预测估算过程：1、管网流域范围内年土壤侵蚀量的计算，2、管网系统现状评估和管道中径流情况模拟，3、管网泥沙淤积量预测。本发明通过科学合理的模型工具提出以模型的方法对管道泥沙淤积量进行预测，通过RUSLE模型将城市管网流域整体年土壤侵蚀量计算出，再通过InfoworksICM软件对管网系统中径流情况进行模拟，基于模拟结果对管网底部淤积的泥沙进行预测估算，实现了基于城市自然条件及管网条件的管道年淤积量的预测，相较于常规的勘测确定法，可以大幅度降低勘察成本，且准确度较高。

说明书

技术领域

本发明涉及的是城市管道年淤积量计算的技术领域，更具体地说是一种用于城市管道年淤积量估算的模型方法。

背景技术

随着城市化进程的高速推进，城市下垫面硬化面积不断扩张，雨水下渗能力不断下降，同时全球气候变暖所带来的极端降雨事件频发也提高了对城市内涝防治的要求，因此，城市内涝防治已成为水安全治理领域的一项重要课题。随着旧城区更新和新城建设的过程，建成区内硬化下垫面的面积不断扩大，城市管道所承载的排水压力日渐增大。

当前城市管道由于建设时序的原因，导致部分旧管道标准较低，难以符合新的防洪要求。在此不利条件下，管道泥沙淤积进一步导致管道排水能力的衰减，致使城市内涝情况偶有发生。基于此情况，主管部门需要定期对管道内淤积的泥沙进行清理，以保证管道畅通，避免影响城市水安全。而当前对于管道泥沙淤积量的监测方面较为欠缺，大部分地区往往是出现排水不畅的问题后才被动的对管道内的泥沙淤积程度进行清理。

现有城市管道泥沙淤积量的测算，主要为人工测量，耗时且需要大量人工和经济成本，因此往往都是问题出现后才对管道淤积量进行测量。而本发明通过科学合理的模型工具提出以模型的方法对管道泥沙淤积量进行预测，通过RUSLE模型将城市管网流域整体年土壤侵蚀量计算出，再通过Infoworks ICM软件对管网系统中径流情况进行模拟，基于模拟结果对管网底部淤积的泥沙进行预测。

发明内容

本发明公开的是一种用于城市管道年淤积量估算的模型方法，其主要目的在于克服现有技术存在的上述技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于城市管道年淤积量估算的模型方法，所述模型方法包括以下具体步骤：

S1、对城市基本情况(土地利用情况、竖向情况)、河流周边管网布设情况以及管网基础参数信息进行收集；

S2、根据S1收集的数据信息，采用GIS软件进行流域分析，对城市管网流域范围进行识别；

S3、根据S2识别的结果以及基于流域内下垫面类型、城市气候条件、流域范围内植被覆盖情况、竖向规划情况及排水防涝相关规划，运用RUSLE模型计算汇水流域的总体土壤侵蚀量；

S4、根据S3的总体土壤侵蚀量计算管网流域范围内年土壤侵蚀量，并输出该RUSLE模型计算结果；

S5、根据S2的识别结果，将高程数据和管网流域中管网的基础数据信息转化为Infoworks ICM软件可用的数据格式，并输入到该Infoworks ICM软件模型中；

S6、Infoworks ICM软件模型对流域内管网系统的径流流动情况进行模拟，并输出该模拟结果；

S7、根据S4的RUSLE模型计算结果和S6的Infoworks ICM软件模拟结果，得到对管道底部泥沙淤积情况的预测；

S8、根据S7得到的预测结果，为相关政策及规划提供科学的理论依据。

更进一步，所述RUSLE模型对土壤侵蚀量进行预测的方程表达式为：A＝R*K*LS*C*P，其中，R因子值由所研究的内河区域当年各月实测降雨量得到；K因子值由所研究的内河区域土壤理化性质进行确定；LS因子则由研究区域高程数据处理得到；C因子及P因子则根据研究区域背景情况进行取值。

更进一步，所述RUSLE模型对土壤侵蚀进行预测计算的基本步骤如下：

步骤一：对内河流域范围内的下垫面类型、竖向情况、植被覆盖情况土壤类型及气候条件进行信息收集，并借用遥感软件ArcGIS软件对其进行处理，计算出RUSLE模型中所需的各种因子值；

步骤二：将步骤一得到的各因子值统一至同意坐标系统下的GRID图层，然后根据RUSLE模型的格式，将各因子相乘，得到管网流域范围土壤侵蚀量。

更进一步，所述Infoworks ICM软件模型对流域内管网系统的径流流动情况进行模拟的具体步骤如下：

步骤一：将管网流域中管网的基础数据转换为Infoworks ICM软件可识别的数据格式并输入软件模型中；

步骤二：利用Infoworks ICM软件对管道现状进行评估，对管网系统整体情况有基础性的了解；

步骤三：评估完成后，利用管网数据和高程数据对管道中径流情况进行模拟。

更进一步，所述管网流域中管网的基础数据包括管径、标高、坡度及流向。

通过上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明首先利用RUSLE模型基于管网流域内高程数据、城市土地利用规划、城市土壤性质、降雨量、植被覆盖情况等基础数据对管网流域内整体土壤侵蚀量进行计算。然后基于管网流域内水系分布情况及管道管径、标高等基础数据，利用Infoworks ICM软件对管网内径流情况进行模拟。最后结合RUSLE所计算得到的土壤侵蚀量和Infoworks ICM软件模拟结果对管道泥沙淤积情况进行预测。

2、本发明在管道泥沙淤积量的预测过程中，RUSLE模型及Infoworks ICM软件所使用的数据源均基于城市自然条件及管网条件，因此所做的预测结果可以较为准确的评价管道泥沙淤积情况。且相较于常规以推理法或实测法进行测算的泥沙淤积量，运用模型的方法进行预测不会受到客观条件所限制，且模型分析具有速度快，效率高、耗时少、操作简便及通用性高等优势。

3、本实用发明通过GIS软件和Infoworks ICM软件对城市管道泥沙淤积量进行预测，全过程全部采用流域内的基础数据进行科学分析，实现了基于城市自然条件及管网条件的管道年淤积量的预测，相较于常规的勘测确定法，可以大幅度降低勘察成本，且准确度较高。

附图说明

图1是本发明的预测估算的流程图。

具体实施方式

下面参照附图说明来进一步地说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，一种用于城市管道年淤积量估算的模型方法，所述模型方法包括以下具体步骤：

S1、对城市基本情况(土地利用情况、竖向情况)、河流周边管网布设情况以及管网基础参数信息进行收集；

S2、根据S1收集的数据信息，采用GIS软件进行流域分析，对城市管网流域范围进行识别；

S3、根据S2识别的结果以及基于流域内下垫面类型、城市气候条件、流域范围内植被覆盖情况、竖向规划情况及排水防涝相关规划，运用RUSLE模型计算汇水流域的总体土壤侵蚀量；

S4、根据S3的总体土壤侵蚀量计算管网流域范围内年土壤侵蚀量，并输出该RUSLE模型计算结果；

S5、根据S2的识别结果，将高程数据和管网流域中管网的基础数据信息转化为Infoworks ICM软件可用的数据格式，并输入到该Infoworks ICM软件模型中；

S6、Infoworks ICM软件模型对流域内管网系统的径流流动情况进行模拟，并输出该模拟结果；

S7、根据S4的RUSLE模型计算结果和S6的Infoworks ICM软件模拟结果，得到对管道底部泥沙淤积情况的预测；

S8、根据S7得到的预测结果，为相关政策及规划提供科学的理论依据。

更进一步，所述RUSLE模型对土壤侵蚀量进行预测的方程表达式为：A＝R*K*LS*C*P，其中，R因子值由所研究的内河区域当年各月实测降雨量得到；K因子值由所研究的内河区域土壤理化性质进行确定；LS因子则由研究区域高程数据处理得到；C因子及P因子则根据研究区域背景情况进行取值。

更进一步，所述RUSLE模型对土壤侵蚀进行预测计算的基本步骤如下：

步骤一：对内河流域范围内的下垫面类型、竖向情况、植被覆盖情况土壤类型及气候条件进行信息收集，并借用遥感软件ArcGIS软件对其进行处理，计算出RUSLE模型中所需的各种因子值；

步骤二：将步骤一得到的各因子值统一至同意坐标系统下的GRID图层，然后根据RUSLE模型的格式，将各因子相乘，得到管网流域范围土壤侵蚀量。

更进一步，所述Infoworks ICM软件模型对流域内管网系统的径流流动情况进行模拟的具体步骤如下：

步骤一：将管网流域中管网的基础数据转换为Infoworks ICM软件可识别的数据格式并输入软件模型中；

步骤二：利用Infoworks ICM软件对管道现状进行评估，对管网系统整体情况有基础性的了解；

步骤三：评估完成后，利用管网数据和高程数据对管道中径流情况进行模拟。

更进一步，所述管网流域中管网的基础数据包括管径、标高、坡度及流向。

以下是本实施例的具体预测估算过程：

1、管网流域范围内年土壤侵蚀量的计算

(1)城市管网流域的识别

管网流域识别的基本过程如下：根据研究区域周边场地高程、水系等分布情况等因素，采用GIS软件进行盆域分析，对研究区域自然条件下的流域进行识别。结合管网布设情况、管道流向、坡度等基础数据，对自然流域进行修正，得到管网流域范围。

(2)管网流域范围内土壤侵蚀量测算

使用RUSLE方程对土壤侵蚀量进行测算，该方程综合考虑城市各自然因和人类活动因素对土壤侵蚀的影响，并综合地体现在降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、地形因子、植被与作物管理因子和土壤保护措施因子，其表达式为：A＝R×K×LS×C×P。R因子值由所研究的内河区域当年各月实测降雨量得到；K因子值由所研究的内河区域土壤理化性质进行确定；LS因子则由研究区域高程数据处理得到；C因子及P因子则根据研究区域背景情况进行取值。测算基本步骤如下：对内河流域范围内的下垫面类型、竖向情况、植被覆盖情况土壤类型及气候条件进行信息收集，并借用遥感软件ArcGIS软件对其进行处理，计算出RUSLE模型中所需的各种因子值。将各因子统一至同一坐标系统下的GRID图层，然后根据RUSLE模型的格式，将各因子相乘，得到管网流域范围土壤侵蚀量。

2、管网系统现状评估和管道中径流情况模拟

首先将管网流域中管网的基础数据(管径、标高、坡度及流向等)转换为InfoworksICM软件可识别的数据格式并输入软件模型中，利用软件对管道现状进行评估，对管网系统整体情况有基础性的了解。评估完成后，利用管网数据和高程数据对管道中径流情况进行模拟。

3、管网泥沙淤积量预测

基于计算所得的研究范围内土壤侵蚀量，结合径流在管道中的流动情况对管网泥沙淤积量进行预测，并为相关措施、政策及规划提供科学依据。

通过上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明首先利用RUSLE模型基于管网流域内高程数据、城市土地利用规划、城市土壤性质、降雨量、植被覆盖情况等基础数据对管网流域内整体土壤侵蚀量进行计算。然后基于管网流域内水系分布情况及管道管径、标高等基础数据，利用Infoworks ICM软件对管网内径流情况进行模拟。最后结合RUSLE所计算得到的土壤侵蚀量和Infoworks ICM软件模拟结果对管道泥沙淤积情况进行预测。

2、本发明在管道泥沙淤积量的预测过程中，RUSLE模型及Infoworks ICM软件所使用的数据源均基于城市自然条件及管网条件，因此所做的预测结果可以较为准确的评价管道泥沙淤积情况。且相较于常规以推理法或实测法进行测算的泥沙淤积量，运用模型的方法进行预测不会受到客观条件所限制，且模型分析具有速度快，效率高、耗时少、操作简便及通用性高等优势。

3、本实用发明通过GIS软件和Infoworks ICM软件对城市管道泥沙淤积量进行预测，全过程全部采用流域内的基础数据进行科学分析，实现了基于城市自然条件及管网条件的管道年淤积量的预测，相较于常规的勘测确定法，可以大幅度降低勘察成本，且准确度较高。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不仅局限于此，凡是利用此构思对本发明进行非实质性地改进，均应该属于侵犯本发明保护范围的行为。