談 浩,佟保根
徐州市銅山區(qū)水務(wù)局,江蘇徐州 2211116
摘 要:徐州市銅山區(qū)作為重要的水源地,其水網(wǎng)建設(shè)對(duì)地區(qū)發(fā)展具有關(guān)鍵性影響。本研究分析了銅山區(qū)現(xiàn)有水網(wǎng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展沿革與存在問(wèn)題,并探討了數(shù)字孿生技術(shù)在城市水網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用。本文建立了一個(gè)基于數(shù)字孿生的水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃優(yōu)化模型,結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證與評(píng)估。通過(guò)實(shí)證分析,本研究提出了一系列優(yōu)化銅山區(qū)水網(wǎng)結(jié)構(gòu)的策略,并評(píng)估了其在實(shí)際規(guī)劃中的應(yīng)用潛力。研究結(jié)果表明,運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)可以有效優(yōu)化城市水網(wǎng)規(guī)劃,為銅山區(qū)水網(wǎng)建設(shè)提供了新的決策支持方案,具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞:數(shù)字孿生;水網(wǎng)建設(shè);城市規(guī)劃;優(yōu)化模型;銅山區(qū);實(shí)證分析
一、引言
隨著城市化進(jìn)程的加快,水資源管理與分配面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)
,尤其是在徐州市銅山區(qū)。合理規(guī)劃水網(wǎng)建設(shè)至關(guān)重要
,其不僅影響區(qū)域內(nèi)水資源的有效利用,還關(guān)系到生態(tài)環(huán)境保護(hù)與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理
。數(shù)字孿生技術(shù)為水網(wǎng)建設(shè)提供了新的思路和方法
,能夠通過(guò)高度仿真和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
,實(shí)現(xiàn)對(duì)水網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)的理解與優(yōu)化
。
本研究以數(shù)字孿生為基礎(chǔ),構(gòu)建銅山區(qū)水網(wǎng)的數(shù)字化模型。該模型采用了高精度的地理信息系統(tǒng)(GIS)和時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù),以真實(shí)數(shù)據(jù)為底層支撐,進(jìn)行三維空間建模。采用的模型參數(shù)包括水流量、管網(wǎng)壓力、河道深度及降水量,通過(guò)大數(shù)據(jù)分析,動(dòng)態(tài)更新模型信息,實(shí)現(xiàn)水網(wǎng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)測(cè)。
在水文數(shù)據(jù)采集方面,選取了銅山區(qū)內(nèi)的29個(gè)主要水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn),實(shí)時(shí)采集降水、蒸發(fā)、地表徑流等信息。通過(guò)對(duì)2010年至2022年的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,確定了年度平均降水量為811.8mm,地下水位變化范圍為2.5m至3.5m,河流水位波動(dòng)幅度達(dá)1.2m,形成了較為完整的水文資料庫(kù)
,為后續(xù)模擬提供依據(jù)
。
為優(yōu)化水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃,運(yùn)用水網(wǎng)模型對(duì)不同規(guī)劃情境下的水流動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行仿真分析,設(shè)置了四種場(chǎng)景
,分別為
“常規(guī)降水”、
“極端降水”、“干旱期”與“洪水期”。模型運(yùn)行結(jié)果顯示,在
“極端降水”情況下,河道水位上升可達(dá)
1.8m,建議加大排水系統(tǒng)的建設(shè)力度,提升排水渠的排水能力
,達(dá)到
45立方米每秒的標(biāo)準(zhǔn)。此外,制定合理的水利調(diào)度方案
,結(jié)合不同季節(jié)降水特點(diǎn)
,調(diào)整水庫(kù)蓄水與泄洪策略,以保障供水安全及生態(tài)水位
。
在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面,通過(guò)部署物聯(lián)網(wǎng)(
IoT)傳感器,實(shí)時(shí)獲取水體pH值、溶解氧、污染物濃度等信息,建立水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái),并對(duì)水質(zhì)進(jìn)行預(yù)警。通過(guò)對(duì)過(guò)去三年的水質(zhì)數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)銅山區(qū)水域的氨氮平均濃度為0.5mg/L,部分段落超標(biāo)
,表明需要加強(qiáng)對(duì)排污的管理
,優(yōu)化水體治理措施。
此外,基于數(shù)字孿生模型的優(yōu)化方案
,引入了遺傳算法(
GA)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化,設(shè)置了水量分配、公用設(shè)施投資及生態(tài)保護(hù)等目標(biāo),迭代計(jì)算得出最優(yōu)方案
,讓水網(wǎng)系統(tǒng)在服務(wù)效率與生態(tài)保護(hù)之間達(dá)到最佳平衡
,極大提升了整體水網(wǎng)的運(yùn)行效率。
本研究的探索與實(shí)踐,期待為銅山區(qū)乃至更大區(qū)域內(nèi)水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃提供重要參考
,推動(dòng)數(shù)字孿生技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用實(shí)踐
,為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)水資源管理目標(biāo)奠定科學(xué)基礎(chǔ)。通過(guò)數(shù)字孿生的應(yīng)用
,助力于構(gòu)建即刻響應(yīng)
、靈活調(diào)度
、科學(xué)管理的現(xiàn)代水網(wǎng)系統(tǒng)。
二、銅山區(qū)水網(wǎng)建設(shè)概述
2.1 當(dāng)前水網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析
銅山區(qū)水網(wǎng)結(jié)構(gòu)當(dāng)前呈現(xiàn)出多層次、立體化的特征,主要由河流
、湖泊
、水庫(kù)和排水系統(tǒng)構(gòu)成。現(xiàn)有水網(wǎng)系統(tǒng)的主要水體包括故黃河
、大運(yùn)河
、奎河、房亭河及多條支流
?div id="jfovm50" class="index-wrap">;A(chǔ)設(shè)施包括1座中型水庫(kù)崔賀莊水庫(kù)和15座小型水庫(kù),分別是水口水庫(kù)
、洪山水庫(kù)等,這些水庫(kù)的總庫(kù)容約達(dá)0.76億立方米
,為區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)用水提供了有效保障
。此外,區(qū)域內(nèi)河道總長(zhǎng)度接近3000公里
,水系密度達(dá)到1.6公里/平方公里
,具備較好的水資源支撐能力。
在水網(wǎng)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀方面 ,銅山區(qū)的供水管網(wǎng)長(zhǎng)度達(dá)1.7萬(wàn)公里
,覆蓋了主要居民區(qū)和工業(yè)園區(qū),日供水能力為20萬(wàn)立方米
。受限于管網(wǎng)老化和漏水問(wèn)題,當(dāng)前城鄉(xiāng)漏損率約17%
,需要進(jìn)一步提升管網(wǎng)的維護(hù)和更新工作,降低水資源的浪費(fèi)
。同時(shí)
,增壓泵站數(shù)量為35座,主要分布在關(guān)鍵供水節(jié)點(diǎn)
,以確保水流的穩(wěn)定性和壓損控制
。
河道生態(tài)狀況存在一定問(wèn)題,部分區(qū)域水質(zhì)受污染,尤其在工業(yè)廢水和生活污水排放方面亟需治理
。根據(jù)
2022年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),主要河流常見(jiàn)的污染物為氨氮和化學(xué)需氧量(
COD),氨氮超標(biāo)率達(dá)到
30%。為此,銅山區(qū)已經(jīng)啟動(dòng)了水環(huán)境治理計(jì)劃
,包括建立污水處理設(shè)施、提升污水處理能力
,計(jì)劃在未來(lái)
3年內(nèi)將污水處理率提升至90%以上。水資源的調(diào)配機(jī)制也相對(duì)薄弱。目前,銅山區(qū)陸續(xù)推動(dòng)水資源的合理分配,通過(guò)水量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)度系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的精細(xì)管理。采用了基于物聯(lián)網(wǎng)(
IoT)的監(jiān)控技術(shù) ,實(shí)施水質(zhì)監(jiān)測(cè)和流量調(diào)控,以提高水資源的利用效率
。未來(lái)計(jì)劃引入大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法
,優(yōu)化水網(wǎng)的管理模型,實(shí)現(xiàn)反向調(diào)節(jié)和動(dòng)態(tài)適應(yīng)需求
。
在氣候變化及其影響方面 ,銅山區(qū)面臨季節(jié)性干旱和極端天氣的挑戰(zhàn)。根據(jù)氣象局的數(shù)據(jù)
,年均降水量約為811.8毫米
,呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性,導(dǎo)致了水旱周期的加長(zhǎng)
。水分損失與蒸發(fā)量增大,尤其在夏季
,水資源供需矛盾愈加顯著
。因此,銅山區(qū)須加強(qiáng)雨水收集與利用
,完善雨洪管理系統(tǒng),提升水資源的綜合利用效率。
銅山區(qū)的水網(wǎng)結(jié)構(gòu)在整體布局上存在間距不均和低效運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題 。為提升系統(tǒng)的整體性和韌性
,需優(yōu)化水源配置,增加多元化水源保障
。通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)
,建設(shè)高精度的水網(wǎng)模型
,模擬和分析各類(lèi)水源配置方案及其在不同環(huán)境條件下的運(yùn)行效果,將為水網(wǎng)的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)
。最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用,促進(jìn)區(qū)域生態(tài)平衡和經(jīng)濟(jì)發(fā)展
。
2.2 歷史發(fā)展與現(xiàn)狀問(wèn)題
銅山區(qū)水網(wǎng)的歷史發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)70年代,當(dāng)時(shí)地區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施較為薄弱,主要依賴自然水體和雨水匯集。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,水資源的需求急劇上升,銅山區(qū)開(kāi)始逐步推進(jìn)水網(wǎng)建設(shè),通過(guò)修建排水溝渠和水庫(kù)來(lái)改善水資源的配置和管理。
21世紀(jì)初,銅山區(qū)水網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入加速發(fā)展階段,結(jié)合現(xiàn)代水利工程技術(shù),推行了系列水網(wǎng)控制與管理項(xiàng)目。其中,2004年啟動(dòng)的銅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固項(xiàng)目,設(shè)計(jì)庫(kù)容達(dá)7645萬(wàn)立方米,成為區(qū)域內(nèi)重要的水源調(diào)配中心。此后,依據(jù)《徐州市水網(wǎng)總體規(guī)劃》,銅山區(qū)積極開(kāi)展生態(tài)水系建設(shè) ,力求實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用
。
現(xiàn)狀方面,銅山區(qū)水網(wǎng)系統(tǒng)已構(gòu)建初步完整的格局 ,主要包括河
、湖
、庫(kù)的聯(lián)網(wǎng)體系,形成了“主河道+支流+排水通道”的復(fù)合型水系網(wǎng)絡(luò)
。同時(shí)
,依據(jù)2019年發(fā)布的《銅山區(qū)水資源節(jié)約與高效利用行動(dòng)計(jì)劃》,明確了水資源的利用效率指標(biāo)
,要求到
2025年實(shí)現(xiàn)水利用效率提升10%以上。然而,銅山區(qū)水網(wǎng)建設(shè)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先,自然與人為因素導(dǎo)致水體污染問(wèn)題嚴(yán)重,2018年調(diào)查顯示,區(qū)域內(nèi)重要水體如銅山河的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率僅為60%,影響了周邊生態(tài)環(huán)境。其次,由于城市化進(jìn)程加快,過(guò)度開(kāi)發(fā)導(dǎo)致自然水系遭到破壞,水土流失加劇,年均流失達(dá)15萬(wàn)噸,對(duì)水資源可持續(xù)利用構(gòu)成威脅。此外,水網(wǎng)管理中信息化程度不足,數(shù)據(jù)共享和及時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺乏,造成在處理突發(fā)洪水及干旱等極端天氣事件時(shí)的響應(yīng)滯后。
為解決現(xiàn)階段存在的問(wèn)題,銅山區(qū)應(yīng)增強(qiáng)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用,通過(guò)建立虛擬水網(wǎng)模型,提高水資源管理的智能化水平。引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對(duì)水質(zhì)、水量實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè),構(gòu)建集成調(diào)控平臺(tái),以提升水資源利用效率和管控能力。此外,加強(qiáng)宣傳與公眾參與,通過(guò)提升居民對(duì)水資源保護(hù)的認(rèn)知,增強(qiáng)水環(huán)境治理的社會(huì)合力,有助于形成良好的水網(wǎng)生態(tài)治理體系。
在水網(wǎng)優(yōu)化策略上,銅山區(qū)可借助地理信息系統(tǒng)(GIS)進(jìn)行水網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化,評(píng)估現(xiàn)有水系的運(yùn)行狀態(tài),制定針對(duì)性的改進(jìn)方案
。參考國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水網(wǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn),整合生態(tài)景觀與人居環(huán)境要求
,以實(shí)現(xiàn)水網(wǎng)發(fā)展的多元化整合
,將水安全、水生態(tài)與水文化有機(jī)結(jié)合
,推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展
。
銅山區(qū)水網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)程歷經(jīng)多次調(diào)整與優(yōu)化,盡管取得了一定的成效,但必須重視持續(xù)革新,即便在急需的水資源管理與生態(tài)恢復(fù)上,擁抱新技術(shù)的同時(shí)依舊需要基于實(shí)際情況制定務(wù)實(shí)的政策,以應(yīng)對(duì)不斷變化的環(huán)境與社會(huì)需求。
三、數(shù)字孿生技術(shù)介紹
3.1 數(shù)字孿生的概念與特點(diǎn)
數(shù)字孿生(Digital Twin)是指物理實(shí)體或系統(tǒng)的虛擬模型,其通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋與物理實(shí)體相互映射,實(shí)現(xiàn)狀態(tài)、行為及性能的實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析。其核心特點(diǎn)包括實(shí)時(shí)性、雙向交互性、可擴(kuò)展性和智能性。數(shù)字孿生構(gòu)建通常依賴于傳感器數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)及高級(jí)數(shù)據(jù)分析,確保與物理世界的緊密關(guān)聯(lián)。
實(shí)時(shí)性是數(shù)字孿生的重要特征,通過(guò)高速數(shù)據(jù)采集和傳輸,能在毫秒級(jí)別內(nèi)更新虛擬模型的狀態(tài)。這種特性使其在復(fù)雜系統(tǒng)中
,能夠?qū)崟r(shí)反映設(shè)備的具體狀況
,如溫度、壓力和流量等關(guān)鍵參數(shù)
。在水網(wǎng)系統(tǒng)中
,通過(guò)布置傳感器陣列,可監(jiān)測(cè)水流量
、污染物濃度等,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)水網(wǎng)的動(dòng)態(tài)管理
。
雙向交互性使得數(shù)字孿生不僅能夠反映物理世界的情況,還能通過(guò)模擬分析反饋優(yōu)化物理系統(tǒng)。在水網(wǎng)管理中
,決策者可以利用數(shù)字孿生技術(shù)模擬不同管理策略下的水資源分配效果
,根據(jù)模型預(yù)測(cè)調(diào)整水網(wǎng)運(yùn)行的參數(shù),實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策
。
可擴(kuò)展性是數(shù)字孿生技術(shù)的另一個(gè)顯著特點(diǎn)。它能夠隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的進(jìn)步
,不斷更新并增添新的數(shù)據(jù)來(lái)源及模型功能。水網(wǎng)系統(tǒng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和水流路徑可以隨著城市的拓展而動(dòng)態(tài)調(diào)整
,通過(guò)增設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)不斷優(yōu)化模型的精確度,確保其在不同規(guī)模下的有效性
。
智能性則體現(xiàn)在數(shù)字孿生通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法,對(duì)收集到的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,識(shí)別潛在的風(fēng)險(xiǎn)和提升運(yùn)營(yíng)效率
。在水資源管理中
,數(shù)字孿生能夠根據(jù)歷史流量數(shù)據(jù)和氣象信息
,預(yù)測(cè)未來(lái)的水需求及可能的短缺情況
,有助于提前采取措施,規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。
實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生模型的構(gòu)建需要多個(gè)步驟。首先
,進(jìn)行物理資產(chǎn)的全面性分析,確定關(guān)鍵性能指標(biāo)(
KPI),如水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
、流量標(biāo)準(zhǔn)
、壓力標(biāo)準(zhǔn)等。接著
,采用建模技術(shù)
,進(jìn)行三維空間建模和物理過(guò)程建模
,通常使用
CAD和CFD軟件。隨后
,通過(guò)數(shù)據(jù)集成
,利用
IoT設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取,與模型進(jìn)行對(duì)接。
在具體實(shí)施中,以徐州市銅山區(qū)的水網(wǎng)為例,可以利用
GIS技術(shù)建立水網(wǎng)的數(shù)字孿生平臺(tái),通過(guò)水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)的水位、流量等數(shù)據(jù)
,定期進(jìn)行模型更新,使用補(bǔ)償算法和回歸分析等方法提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性
。
綜上所述,數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用使得水網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高水平的智能化管理,為科學(xué)決策提供有力支撐
,推動(dòng)城市水務(wù)管理的可持續(xù)發(fā)展。
3.2 數(shù)字孿生在城市規(guī)劃中的應(yīng)用
數(shù)字孿生技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用涵蓋多個(gè)方面,主要包括虛擬城市建模、環(huán)境監(jiān)測(cè)和智能決策支持等
。通過(guò)建立城市基礎(chǔ)設(shè)施的三維數(shù)字孿生模型,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市空間的全景視圖以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的整合
,進(jìn)而優(yōu)化城市規(guī)劃和資源配置。
具體而言 ,徐州市銅山區(qū)的水網(wǎng)建設(shè)依托數(shù)字孿生技術(shù)
,組合了建筑信息建模(
BIM)、地理信息系統(tǒng)(GIS)及物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備 。項(xiàng)目采用高精度激光雷達(dá)進(jìn)行地形測(cè)量
,形成了
1:500的高分辨率數(shù)字地形模型 ,以確保水網(wǎng)布局與地理環(huán)境的高度契合。與此同時(shí)
,針對(duì)該區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)和水文數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘與分析
,實(shí)現(xiàn)了降雨量、蒸發(fā)量
、流量等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
。
在城市排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上,采用了動(dòng)態(tài)水流模擬技術(shù),通過(guò)數(shù)值模擬軟件進(jìn)行水流模擬和淹沒(méi)分析
,確保系統(tǒng)的排水能力與防洪標(biāo)準(zhǔn)相匹配
。這一模擬過(guò)程使用了不同降雨強(qiáng)度(如
25mm/h至100mm/h的降雨模型)和不同洪水淹沒(méi)場(chǎng)景,以預(yù)測(cè)排水設(shè)施的表現(xiàn)以及優(yōu)化水位調(diào)控方案。
數(shù)字孿生環(huán)境中,結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法
,對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析,以識(shí)別出影響水資源管理的關(guān)鍵因素
。結(jié)合城市發(fā)展與人口增長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型,分析水需求變化趨勢(shì)
,確保水網(wǎng)建設(shè)滿足未來(lái)
15年的供水需求。根據(jù)模型輸出,銅山區(qū)未來(lái)的人口增長(zhǎng)率設(shè)定為
5%年增,使得水資源配置具有前瞻性。在成果呈現(xiàn)方面,基于虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的可視化展示,有效地促進(jìn)了各利益相關(guān)者的協(xié)作與溝通。市政管理者、規(guī)劃師及社區(qū)居民能夠在虛擬環(huán)境中實(shí)時(shí)查看水網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃,提出反饋意見(jiàn),從而加快設(shè)計(jì)優(yōu)化與效果驗(yàn)證的過(guò)程。
此外,數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于城市規(guī)劃中,增強(qiáng)了智能決策的能力 。開(kāi)發(fā)了基于大數(shù)據(jù)的決策支持系統(tǒng),整合各類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)
、環(huán)境及交通指標(biāo)
,通過(guò)可視化分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)城市規(guī)劃方案的量化評(píng)估
。極大提升了決策的科學(xué)性與準(zhǔn)確性
,以應(yīng)對(duì)復(fù)雜城市環(huán)境下的變化
。
最后 ,基于數(shù)字孿生建模,銅山區(qū)還建立了綜合評(píng)估機(jī)制
,結(jié)合生態(tài)影響評(píng)估(
EIA)與成本效益分析(CBA) ,為水網(wǎng)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)
。借助多目標(biāo)優(yōu)化算法
,探索城市水網(wǎng)與生態(tài)保護(hù)的最佳方案,確保在城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)平衡
。
總體來(lái)看 ,數(shù)字孿生技術(shù)為銅山區(qū)水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的優(yōu)化提供了創(chuàng)新的方法和工具,不僅提升了整體規(guī)劃的效率及效果
,也為未來(lái)城市規(guī)劃的發(fā)展方向奠定了基礎(chǔ)
。
四、優(yōu)化研究方法與實(shí)施
4.1 優(yōu)化模型的構(gòu)建
在基于數(shù)字孿生的徐州市銅山區(qū)水網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃中,優(yōu)化模型的構(gòu)建至關(guān)重要。本研究采用多目標(biāo)優(yōu)化方法,以水資源管理、洪水控制與生態(tài)保護(hù)為主要目標(biāo),建立綜合評(píng)價(jià)模型。
模型框架基于MATLAB和Python設(shè)計(jì),結(jié)合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能算法,通過(guò)收集近年來(lái)的水文、氣象和土地利用等相關(guān)數(shù)據(jù),構(gòu)建全局性水網(wǎng)數(shù)字孿生體。在此基礎(chǔ)上,采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)各目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序,采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)確定各因素的權(quán)重,水資源供需平衡、排澇能力和生態(tài)環(huán)境保護(hù)三者的權(quán)重分別設(shè)定為0.4、0.3和0.3。
在具體參數(shù)上,建立包括河流流量、蓄水量、濕地面積及地下水位等的指標(biāo)體系,選擇適當(dāng)?shù)乃哪P停ㄈ?/span>SWAT模型)進(jìn)行模擬?div id="4qifd00" class="flower right">
?紤]氣候變化影響
,氣象數(shù)據(jù)采用未來(lái)
30年預(yù)測(cè)模型,結(jié)合氣候情景分析法進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)通過(guò)開(kāi)放的水文數(shù)據(jù)庫(kù)與遙感技術(shù)獲取 ,確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性