本发明属于城市径流污染控制方法，特别涉及一种基于专家系统的截流井和调蓄池系统设计方法。
背景技术：
城市径流污染控制是海绵城市与黑臭水体治理的核心目标之一，是保护水环境，实现社会环境可持续发展、绿色发展需要解决的关键问题。截流井与调蓄池系统方案设计是城市径流污染控制方案编制的核心工作之一。目前该领域存在缺少较科学有效的全局系统性优化设计技术，主要靠人为主观决策，难以实现全局最优的系统方案设计。因此在实际设计与工程实践中，难以进一步实现节约环保、绿色生态、低碳建设的目标。
技术实现要素：
本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种基于专家系统的截流井和调蓄池系统设计方法，该方法集成了3s技术、专家系统技术和swmm排水模型，与人工计算决策对比，应用本方法可以计算推理出技术经济性更优的城市径流污染控制截流井调蓄池系统方案。
如上构思，本发明的技术方案是：一种基于专家系统的截流井和调蓄池系统设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
①对截流井和调蓄池进行选址分析：通过集成3s技术从现状及规划用地角度对城市下垫面进行分析，识别出可以建设截流井和调蓄池的用地范围及面积上限；
②对于分流制排水系统和合流制排水系统进行设施布置与规模计算：对于分流制排水系统以全过程截流式排水调蓄系统为模板进行规模计算，对于合流制排水系统以全过程排水调蓄系统和末端截污系统为模板进行规模计算；
③将步骤①、②的成果知识规则化，建立城市径流污染控制截流井与调蓄池系统的专家系统。
上述步骤①的具体步骤包括：
步骤1：确定设计区域边界范围；
步骤2：对城市下垫面rs原始影像资料分析处理，进行下垫面识别分类；
步骤3：利用gps现场定位，对步骤2中下垫面识别结果进行修正；
步骤4：利用gis平台对步骤3的成果进行处理转化，建立基于gis平台的现状用地数据库；
步骤5：根据规划用地图纸，建立基于gis平台的规划用地数据库；
步骤6：根据现状管线综合普查和图纸资料以及规划管线图纸资料，建立基于gis平台的现状及规划管线综合数据库；
步骤7：根据决策人员用地选址意见，建立基于gis平台的人为决策选址数据库；
步骤8：利用gis的叠加分析和缓冲区分析功能对步骤4、5、6、7建立的数据库进行空间分析，确定截流井和调蓄池可选址位置及用地面积上限。
上述步骤②的具体步骤包括：
步骤1：利用swmm模型基于边际弃流率分析策略迭算截流井系统方案；
步骤1.1：利用swmm排水模型对排水系统进行水力水质计算，进入迭算步骤；
步骤1.2：定义节点单位规模弃流量包含的污染物净量为边际弃流率，分析每处可设置截流井节点的边际弃流率并排序；
步骤1.3：选取步骤1.2中边际弃流率最大的节点更新截流井，弃流量按单位规模增加；
步骤1.4：分析其余节点当前最后一单位规模的边际弃流率是否比步骤1.3更新截流井前有所减少；
步骤1.5：对步骤1.4中每个边际弃流率有所减少的截流井执行如下更新；
步骤1.5.1：如果分析节点边际弃流率大于步骤1.3更新后所有节点的最大边际弃流率，则当前分析节点不执行更新，分析下一个边际弃流率有所减少的节点；
步骤1.5.2：如果分析节点边际弃流率小于步骤1.3更新后所有节点的最大边际弃流率，则当前分析节点的弃流量按单位规模减少，至边际弃流率与减少前相同或与当前最大边际弃流率相同或其他评判指标，分析下一个边际弃流率有所减少的节点；
步骤1.6：返回步骤1.1，进行下次迭算，迭算终止条件见步骤1.7；
步骤1.7：当接受弃流的污水系统排水能力达到上限，或下游污水提升泵站能力达到上限，或下游污水处理厂处理能力达到上限，或截流井用地使用到达上限，则停止迭算，进入调蓄池系统方案设计；
步骤2：利用swmm模型基于边际控制率分析策略迭算调蓄池系统方案；
步骤2.1：利用swmm排水模型对排水系统进行水力水质计算，进入迭算步骤；
步骤2.2：定义节点单位规模池容包含的污染物净量为边际控制率，分析每处可设置调蓄池节点的边际控制率并排序；
步骤2.3：选取步骤2.2中边际控制率最大的节点更新调蓄池，池容按单位规模增加；
步骤2.4：分析其余节点当前最后一单位规模的边际控制率是否比步骤2.3更新调蓄池前有所减少；
步骤2.5：对步骤2.4中每个边际控制率有所减少的调蓄池执行如下更新；
步骤2.5.1：如果分析节点边际控制率大于步骤2.3更新后所有节点的最大边际控制率，则当前分析节点不执行更新，分析下一个边际控制率有所减少的节点；
步骤2.5.2：如果分析节点边际控制率小于步骤2.3更新后所有节点的最大边际控制率，则当前分析节点的池容按单位规模减少，至边际控制率与减少前相同或与当前最大边际控制率相同或其他评判指标，分析下一个边际控制率有所减少的节点；
步骤2.6：返回步骤2.1进行下次迭算，迭算终止条件见步骤2.7；
步骤2.7：当排放口污染物净排量满足受纳水体环境容量或其他控制指标要求，或调蓄池用地规模到达允许用地规模上限，则停止迭算，完成调蓄池系统方案设计；
根据选址分析结果，如果排水系统是分流制排水系统且允许建设截流井有建设用地，则先进行截流井系统方案设计，至无截流井可建设时，再进行调蓄池系统方案设计；如果是合流制排水系统，或不允许建设截流井或没有建设用地，则直接进行调蓄池系统方案设计。
本发明集成了3s技术、专家系统和swmm排水模型，与人工计算决策对比，应用本系统可以计算推理出技术经济性更优的城市径流污染控制截流井调蓄池系统方案，其具有如下的优点和积极效果：
1、本发明利用3s技术提出一种截流井和调蓄池的选址分析方法；
2、本发明以用最小工程规模实现面源污染控制指标为目标，利用swmm模型基于边际弃流率分析策略迭算截流井系统方案，利用swmm模型基于边际控制率分析策略迭算调蓄池系统方案。
3、本发明将截流井与调蓄池的选址分析结果、截流井系统方案和调蓄池系统方案进行知识规则化，建立城市径流污染控制截流井与调蓄池系统的专家系统。
附图说明
图1是本发明截流井与调蓄池选址分析流程图；
图2是人工智能专家系统总体结构和各模块之间的关系图。
具体实施方式
如图所示：一种基于专家系统的截流井调蓄池系统，包括如下步骤：
一、对截流井和调蓄池进行选址分析：通过集成3s技术从现状及规划用地角度对城市下垫面进行分析，识别出可以建设截流井和调蓄池的用地范围及面积上限，其具体步骤是：
步骤1：确定设计区域边界范围；
步骤2：对城市下垫面rs原始影像资料分析处理，进行下垫面识别分类；
步骤3：利用gps现场定位，对步骤2中下垫面识别结果进行修正；
步骤4：利用gis平台对步骤3的成果进行处理转化，建立基于gis平台的现状用地数据库；
步骤5：根据规划用地图纸，建立基于gis平台的规划用地数据库；
步骤6：根据现状管线综合普查和图纸资料以及规划管线图纸资料，建立基于gis平台的现状及规划管线综合数据库；
步骤7：根据决策人员用地选址意见，建立基于gis平台的人为决策选址数据库；
步骤8：利用gis的叠加分析和缓冲区分析功能对步骤4、5、6、7建立的数据库进行空间分析，确定截流井和调蓄池可选址位置及用地面积上限。
二、对于分流制排水系统和合流制排水系统进行设施布置与规模计算：对于分流制排水系统以全过程截流式排水调蓄系统为模板进行规模计算，对于合流制排水系统以全过程排水调蓄系统和末端截污系统为模板进行规模计算，其具体步骤是：
步骤1：利用swmm模型基于边际弃流率分析策略迭算截流井系统方案；
步骤1.1：利用swmm排水模型对排水系统进行水力水质计算，进入迭算步骤；
步骤1.2：定义节点单位规模弃流量包含的污染物净量为边际弃流率，分析每处可设置截流井节点的边际弃流率并排序；
步骤1.3：选取步骤1.2中边际弃流率最大的节点更新截流井，弃流量按单位规模增加；
步骤1.4：分析其余节点当前最后一单位规模的边际弃流率是否比步骤1.3更新截流井前有所减少；
步骤1.5：对步骤1.4中每个边际弃流率有所减少的截流井执行如下更新；
步骤1.5.1：如果分析节点边际弃流率大于步骤1.3更新后所有节点的最大边际弃流率，则当前分析节点不执行更新，分析下一个边际弃流率有所减少的节点；
步骤1.5.2：如果分析节点边际弃流率小于步骤1.3更新后所有节点的最大边际弃流率，则当前分析节点的弃流量按单位规模减少，至边际弃流率与减少前相同或与当前最大边际弃流率相同或其他评判指标，分析下一个边际弃流率有所减少的节点；
步骤1.6：返回步骤1.1，进行下次迭算，迭算终止条件见步骤1.7；
步骤1.7：当接受弃流的污水系统排水能力达到上限，或下游污水提升泵站能力达到上限，或下游污水处理厂处理能力达到上限，或截流井用地使用到达上限，则停止迭算，进入调蓄池系统方案设计；
步骤2：利用swmm模型基于边际控制率分析策略迭算调蓄池系统方案；
步骤2.1：利用swmm排水模型对排水系统进行水力水质计算，进入迭算步骤；
步骤2.2：定义节点单位规模池容包含的污染物净量为边际控制率，分析每处可设置调蓄池节点的边际控制率并排序；
步骤2.3：选取步骤2.2中边际控制率最大的节点更新调蓄池，池容按单位规模增加；
步骤2.4：分析其余节点当前最后一单位规模的边际控制率是否比步骤2.3更新调蓄池前有所减少；
步骤2.5：对步骤2.4中每个边际控制率有所减少的调蓄池执行如下更新；
步骤2.5.1：如果分析节点边际控制率大于步骤2.3更新后所有节点的最大边际控制率，则当前分析节点不执行更新，分析下一个边际控制率有所减少的节点；
步骤2.5.2：如果分析节点边际控制率小于步骤2.3更新后所有节点的最大边际控制率，则当前分析节点的池容按单位规模减少，至边际控制率与减少前相同或与当前最大边际控制率相同或其他评判指标，分析下一个边际控制率有所减少的节点；
步骤2.6：返回步骤2.1进行下次迭算，迭算终止条件见步骤2.7；
步骤2.7：当排放口污染物净排量满足受纳水体环境容量或其他控制指标要求，或调蓄池用地规模到达允许用地规模上限，则停止迭算，完成调蓄池系统方案设计；
根据选址分析结果，如果排水系统是分流制排水系统且允许建设截流井有建设用地，则先进行截流井系统方案设计，至无截流井可建设时，再进行调蓄池系统方案设计；如果是合流制排水系统，或不允许建设截流井或没有建设用地，则直接进行调蓄池系统方案设计。
步骤3：系统方案设计结束，输出结果。
三、将步骤①、②的成果进行知识规则化，建立城市径流污染控制截流井与调蓄池系统的专家系统。
1.一种基于专家系统的截流井和调蓄池系统设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
①对截流井和调蓄池进行选址分析：通过集成3s技术从现状及规划用地角度对城市下垫面进行分析，识别出可以建设截流井和调蓄池的用地范围及面积上限；
②对于分流制排水系统和合流制排水系统进行设施布置与规模计算：对于分流制排水系统以全过程截流式排水调蓄系统为模板进行规模计算，对于合流制排水系统以全过程排水调蓄系统和末端截污系统为模板进行规模计算；
③将步骤①、②的成果知识规则化，建立城市径流污染控制截流井与调蓄池系统的专家系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的截流井和调蓄池系统设计方法，其特征在于：上述步骤①的具体步骤包括：
步骤1：确定设计区域边界范围；
步骤2：对城市下垫面rs原始影像资料分析处理，进行下垫面识别分类；
步骤3：利用gps现场定位，对步骤2中下垫面识别结果进行修正；
步骤4：利用gis平台对步骤3的成果进行处理转化，建立基于gis平台的现状用地数据库；
步骤5：根据规划用地图纸，建立基于gis平台的规划用地数据库；
步骤6：根据现状管线综合普查和图纸资料以及规划管线图纸资料，建立基于gis平台的现状及规划管线综合数据库；
步骤7：根据决策人员用地选址意见，建立基于gis平台的人为决策选址数据库；
步骤8：利用gis的叠加分析和缓冲区分析功能对步骤4、5、6、7建立的数据库进行空间分析，确定截流井和调蓄池可选址位置及用地面积上限。
3.根据权利要求1所述的一种基于专家系统的截流井和调蓄池系统设计方法，其特征在于：上述步骤②的具体步骤包括：
步骤1：利用swmm模型基于边际弃流率分析策略迭算截流井系统方案；
步骤1.1：利用swmm排水模型对排水系统进行水力水质计算，进入迭算步骤；
步骤1.2：定义节点单位规模弃流量包含的污染物净量为边际弃流率，分析每处可设置截流井节点的边际弃流率并排序；
步骤1.3：选取步骤1.2中边际弃流率最大的节点更新截流井，弃流量按单位规模增加；
步骤1.4：分析其余节点当前最后一单位规模的边际弃流率是否比步骤1.3更新截流井前有所减少；
步骤1.5：对步骤1.4中每个边际弃流率有所减少的截流井执行如下更新；
步骤1.5.1：如果分析节点边际弃流率大于步骤1.3更新后所有节点的最大边际弃流率，则当前分析节点不执行更新，分析下一个边际弃流率有所减少的节点；
步骤1.5.2：如果分析节点边际弃流率小于步骤1.3更新后所有节点的最大边际弃流率，则当前分析节点的弃流量按单位规模减少，至边际弃流率与减少前相同或与当前最大边际弃流率相同或其他评判指标，分析下一个边际弃流率有所减少的节点；
步骤1.6：返回步骤1.1，进行下次迭算，迭算终止条件见步骤1.7；
步骤1.7：当接受弃流的污水系统排水能力达到上限，或下游污水提升泵站能力达到上限，或下游污水处理厂处理能力达到上限，或截流井用地使用到达上限，则停止迭算，进入调蓄池系统方案设计；
步骤2：利用swmm模型基于边际控制率分析策略迭算调蓄池系统方案；
步骤2.1：利用swmm排水模型对排水系统进行水力水质计算，进入迭算步骤；
步骤2.2：定义节点单位规模池容包含的污染物净量为边际控制率，分析每处可设置调蓄池节点的边际控制率并排序；
步骤2.3：选取步骤2.2中边际控制率最大的节点更新调蓄池，池容按单位规模增加；
步骤2.4：分析其余节点当前最后一单位规模的边际控制率是否比步骤2.3更新调蓄池前有所减少；
步骤2.5：对步骤2.4中每个边际控制率有所减少的调蓄池执行如下更新；
步骤2.5.1：如果分析节点边际控制率大于步骤2.3更新后所有节点的最大边际控制率，则当前分析节点不执行更新，分析下一个边际控制率有所减少的节点；
步骤2.5.2：如果分析节点边际控制率小于步骤2.3更新后所有节点的最大边际控制率，则当前分析节点的池容按单位规模减少，至边际控制率与减少前相同或与当前最大边际控制率相同或其他评判指标，分析下一个边际控制率有所减少的节点；
步骤2.6：返回步骤2.1进行下次迭算，迭算终止条件见步骤2.7；
步骤2.7：当排放口污染物净排量满足受纳水体环境容量或其他控制指标要求，或调蓄池用地规模到达允许用地规模上限，则停止迭算，完成调蓄池系统方案设计；
根据选址分析结果，如果排水系统是分流制排水系统且允许建设截流井有建设用地，则先进行截流井系统方案设计，至无截流井可建设时，再进行调蓄池系统方案设计；如果是合流制排水系统，或不允许建设截流井或没有建设用地，则直接进行调蓄池系统方案设计。
技术总结