申请日2018.02.06
公开(公告)日2018.07.24
IPC分类号G06F17/50
摘要
本发明公开了一种识别雨水管网污水直排污染源的方法，它包括：1、生成运行SWMM软件所需的初始输入*.inp文件;2、在Matlab中定义SWMM输入参数管网中污水直排节点编号、排放浓度、排放量三个参数的取值范围、取样步长和样本数;3、在Matlab中采用三层循环对所有样本组合进行取样，更新*.inp文件中相应位置的参数信息;4、在Matlab中用命令“!swmm5.exe
权利要求书
1.一种识别雨水管网污水直排污染源的方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，在SWMM软件中输入构建SWMM模型所需的基础数据，生成运行SWMM软件所需的初始输入*.inp文件;
步骤2，在Matlab中定义SWMM输入参数管网中污水直排节点编号、排放浓度和排放量三个参数的取值范围、取样步长和样本数;
步骤3，在Matlab中用枚举法将三个参数的所有组合一一列举，采用三层循环对三个参数组成的样本空间内所有样本组合进行取样，每次取样后，均需更新*.inp文件中相应位置的参数信息;并由以下的步骤4～步骤5判断该参数组合是否被保留;
步骤4，在Matlab中用命令“!swmm5.exe<input file><report file>”调用Matlab外部的swmm5.exe程序，利用更新后的*.inp文件中的信息进行计算，并将运算结果储存在*.rpt文件中;
步骤5，在Matlab中提取*.rpt文件中相应的模拟结果的时间序列数据样本，结合实际测量时间序列数据样本，计算第i次取样时的似然函数值，似然函数值大于接受阈值时，保留该参数组合;
步骤6，按似然函数值从大到小对保留下的参数组合进行排序，并输出一系列按似然函数值从大到小进行排序的污染物污水直排节点编号、排放浓度和排放量三个参数的组合。
2.根据权利要求1所述的识别雨水管网污水直排污染源的方法，其特征是：在步骤2中，污水直排节点编号为1,2,…,T1，即取样步长t1=1，共有T1个样本;
排放浓度的范围为0～T2，取样步长设为t2，共个样本;
排放量的范围为0～T3，取样步长为t3，共个样本。
3.根据权利要求2所述的识别雨水管网污水直排污染源的方法，其特征是，在步骤3中，所述三层循环对所有样本组合取样的步骤包括：
在步骤31，污水直排节点编号、排放浓度、排放量三个参数的初始值均设为取值范围内的最小值;
在步骤32，污水直排节点编号、排放浓度两个参数的样本值保持不变，排放量每次取样时，增加一个步长t3，更新*.inp文件中相应位置的参数信息，然后进入步骤4～步骤5;
在步骤33，重复步骤32，直到取完个样本;
在步骤34，排放浓度增加一个步长t2，排放量设为最小值;
在步骤35，重复步骤32～步骤44，直到取完个样本;
在步骤36，直排节点编号增加一个步长t1，排放浓度设为最小值;;
在步骤37，重复步骤32～步骤36，直到取完个样本;
4.根据权利要求3所述的识别雨水管网污水直排污染源的方法，其特征是，在步骤5中，第i次取样后，计算所取三个参数x1i、x2i和x3i使模拟结果的时间序列样本与实际监测结果的时间序列样本一致的概率，即似然函数值为：
式中，L为似然函数值，xi为第i次取样下，三个参数污水直排节点编号x1i、排放浓度x2i和排放量x3i组成的矢量;n为选取的模拟值或测量值的时间序列样本数;和yj(xi)分别为第i次取样时，第j个测量值时间序列样本与模拟值时间序列样本;为第j个测量值时间序列样本与相应的模拟值时间序列样本间的标准偏差。
说明书
一种识别雨水管网污水直排污染源的方法
技术领域
本发明属于市政工程信息技术，具体涉及一种集成SWMM模型与Matlab软件识别雨水管网污水直排污染源的方法。
背景技术
城市雨水管网系统中频繁发生污水偷排漏排的问题，对受纳水体造成严重的污染，导致受纳水体水质恶化甚至黑臭。目前，国内外对于此类污水直排识别尚处于以管内视频摄像追踪、染剂示踪等现场踏勘搜索模式为主的物理方法。由于雨水管网分支繁多且污水直排的发生具有非连续性，物理方法寻找污水直排污染源的效率低下，且信息反馈滞后，不利于应急处理。
发明内容
针对雨水管网查找污水直排污染源存在的困难，本发明所要解决的技术问题就是提供一种识别雨水管网污水直排污染源的方法，它能有效地确定雨水管网中污水直排的位置、排放量，减少繁琐的人工识别所需的工作量，提高溯源效率，起到保护水体以及应急预警的作用。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：
步骤1，在SWMM软件中输入构建SWMM模型所需的基础数据，生成运行SWMM软件所需的初始输入*.inp文件;
步骤2，在Matlab中定义SWMM输入参数管网中污水直排节点编号、排放浓度和排放量三个参数的取值范围、取样步长和样本数;
步骤3，在Matlab中用枚举法将三个参数的所有组合一一列举，采用三层循环对三个参数组成的样本空间内所有样本组合进行取样，每次取样后，均需更新*.inp文件中相应位置的参数信息;并由以下的步骤4～步骤5判断该参数组合是否被保留;
步骤4，在Matlab中用命令“!swmm5.exe<input file><report file>”调用Matlab外部的swmm5.exe程序，利用更新后的*.inp文件中的信息进行计算，并将运算结果储存在*.rpt文件中;
步骤5，在Matlab中提取*.rpt文件中相应的模拟结果的时间序列数据样本，结合实际测量时间序列数据样本，计算第i次取样时的似然函数值，似然函数值大于接受阈值时，保留该参数组合;
步骤6，按似然函数值从大到小对保留下的参数组合进行排序，并输出一系列按似然函数值从大到小进行排序的污染物污水直排节点编号、排放浓度和排放量三个参数的组合。
本发明的技术效果是：
1、联合使用Matlab编程软件和SWMM模拟软件，将雨水管网系统中污水直排污染源识别问题转化为数学问题，对所有可能节点、排放浓度和排放量三参数组合进行搜索，与现有技术中采用的物理方法相比，大大提高了搜索效率;
2、利用Matlab软件将SWMM模拟结果的时间序列输出到*.rpt文件中并输出，从而可以实现在线监测动态反馈，与实际管网非恒定流运行工况更接近。
3、提取SWMM模拟结果的时间序列数据，与相应的实际监测数据序列进行匹配，提高了分析的精度。
4、利用Matlab强大的数据处理功能，能够实现枚举算法涉及的大量计算，快速、准确分析出各参数组合的似然度值，从而快速确定出污水直排可能的节点、排放浓度和排放量。
本发明识别污水直排污染源迅速，能够及时对雨水管网中污水直排污染源进行处理，有效避免受纳水体水质恶化，起到保护水体预警的作用。
