[发明专利]一种采用参数不确定性分析模型识别风险管道和节点的方法

说明书

一种采用参数不确定性分析模型识别风险管道和节点的方法，属于排水管网分析技术领域。采用SWMM模型求解器，并根据Monte Carlo随机模拟原理求解节点和管道的失效概率，以失效概率的大小表示管道和节点的风险，为参数不确定及无监测数据情况下的管网风险评估工作提供理论指导。

技术领域

本发明涉及一种面向城市排水管网功能风险评价的需求，建立考虑模型参数不确定性的分析模型，识别出高风险管道和节点的方法。属于排水管网分析技术领域。

背景技术

排水管网模型是根据城市地表产流、径流和管网汇流的基本规律，对实际排水管网系统的合理概化。通过模拟各种工况情境下的管网状态，掌握管网的排水和运行规律，结合对管网中各管段和节点的功效分析，可以为排水管网的规划、设计、运行管理和更新改造方案制定提供科学的决策依据。

由于排水模型在构建时存在参数取值的不确定性，在应用排水模型评价城市排水管网功能状态时，往往首先需要对模型参数进行率定，确保模拟评估的准确性。最常用的方式是利用实际管网中监测点的数据来率定模型参数。但这种方法需要提供较为密集的监测点的数据，而目前国内大部分城市排水监测点密度都很难满足要求，甚至某些城市或区域没有监测数据，因此，需要建立一种在不具备模型率定所需监测数据条件下的保证排水模型模拟精度满足使用要求的方法，从而实现利用模型分析管网中风险管道和节点，优化管道更新改造方案。

发明内容

本发明针对无监测数据的情况，采用模型识别排水管网中的风险问题，提出了一种考虑模型参数不确定性的排水管网模拟与评价方法。采用SWMM模型求解器，并根据MonteCarlo随机模拟原理求解节点和管道的失效概率，以失效概率的大小表示管道和节点的风险，为参数不确定及无监测数据情况下的管网风险评估工作提供理论指导。

技术方案：对于包含n个不确定性参数的排水管网模型，将不确定性参数认为是服从一定概率分布的随机变量X＝(X1,X2,…,Xn)，并假定随机变量参数相互独立。利用SWMM的模型求解器，并采用Monte Carlo模拟抽样计算的步骤如下：

步骤一：不确定性参数的选择。选择对溢流节点和满管管道数量影响大的n个参数作为不确定性分析参数。

步骤二：不确定性参数取值与服从分布类型的确定。参考相关规范、手册、文献等资料，确定不确定性模型参数的取值范围及其服从的概率分布类型。

步骤三：计算设定。根据对模拟精度的要求，自行确定Monte Carlo模拟次数N或模拟估计值变异系数的精度要求[δ_node]和[δ_pipe]的值。

步骤四：失效概率及其结构功能函数的计算方法和定义。

考虑不确定性参数工况下，节点、管道失效概率的计算原理为式(1)和(2)。

式中，P_f,node为节点失效概率；P_f,pipe为管道失效概率；f(X)为随机变量向量的联合概率密度函数；对于功能函数g_node(X)和g_pipe(X),分别定义节点溢流、管道满管为节点、管道的失效模式，表示为：

g_node(X)＝W₀-W(X) (3)

g_pipe(X)＝D₀-D(X) (4)

式中，X为影响模型(系统)状态的不确定性参数随机变量集，W ₀为模型节点对应的检查井井深，W(X)为模型计算得到的节点最大水深；D₀为模型管道的直径，D(X)为模型计算得到的相对管底的管道最大水位。