本发明涉及水环境，具体地说涉及一种流域水环境预测预警方法、系统及计算机设备。
背景技术：
1、近年来，智慧水务系统虽在流域水资源或供水水量的调度管理方面的研究很多，但在流域排水系统相关的水环境综合治理调度管理方面的研究较少。同时，智慧水务系统在流域调度管理工作中，多存在预测模型精度不高、响应速度慢、应用效果不理想等问题，难以有效指导流域的多目标精细管理工作。
2、由于流域综合管理的边界条件多且复杂，流域的精细化管理需要依靠模型的预测结果，指导调度工作。然而在现有技术中，智慧水务平台的机理模型需要基于大量的经验数据不断率定才能具有较高的准确度，这在短期内较难完成，同时，机理模型还存在运行准备时间长，对数据可靠性要求较高等特点，难以持续满足流域调度快速响应的要求；而智慧水务平台的经验模型虽因构建时间短、响应速度快、可靠性高等特点被广泛应用，但存在已有的经验数据难以完全满足流域复杂工况条件的问题。
3、因此，经验模型与机理模型共同驱动智慧水务平台来指导流域调度管理成为必然。
技术实现思路
1、本发明提供的一种双模型驱动的流域水环境预测预警方法、系统及计算机设备，可至少解决上述技术问题之一。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
3、一种流域水环境预测预警方法，包括以下步骤：
4、s1：根据已有的流域管网数据，结合管网关键点位的临测液位和流量，结合流域汇水规律，基于流域管网、泵站、污水处理设施与河道之间的运行逻辑，利用swmm/mike/infoworks模型模拟流域“网—站—厂—河”各类排水设施的运行规律，构建流域的水文水动力机理预测模型；
5、s2：降雨前/降雨期间，根据降雨预报数据，基于流域全要素监测监控单元专业数据库实时提供的监测数据，利用已建立的所述水文水动力机理预测模型，模拟预测流域管网的液位变化；
6、s3：利用机器学习算法，分析历史降雨事件的经验数据，建立不同降雨工况下不同水务设施运行状态与流域关键管控点处管网液位变化之间的函数关系，构建数值预测模型；
7、s4：降雨前/降雨期间，所述数值预测模型结合降雨预报数据和实时监测数据，利用已建立的函数关系，预测流域管网液位变化；
8、s5：平台基于所述水文水动力机理预测模型与所述数值预测模型，预测溢流液位出现时间，考虑调度的安全性与即时响应性，比较两个模型预测结果，选择最先出现溢流的模型预测结果，作为调度策略制定的参考；
9、s6：基于所述水文水动力机理预测模型与所述数值预测模型的综合预测结果，根据调度方案中制定的调度规则，利用优化算法寻优，构建实时控制调度模型；
10、s7：基于历次降雨事件积累的降雨量、管网液位、厂站设施运行情况间的调度经验库，构建经验调度模型；
11、s8：结合所述实时控制调度模型与所述经验调度模型，给出推荐调度策略与调度指令，管理人员结合降雨情况与流域水务设施运行状态，确定最终调度方案，并通过scada下发指令，反馈至所述流域全要素监测监控单元的现场监控站点，实时控制全流域的水利设施状态，形成完整的控制闭环；
12、s9：降雨结束后，将所述水文水动力机理预测模型与所述数值预测模型两者各自模拟生成的结果与实际液位变化情况进行比对，优化所述数值预测模型中各边界条件的权重系数，优化所述水文水动力机理预测模型中的相关参数，对流域的内涝、溢流及水质的风险进行预测预警。
13、进一步地，所述s1中的流域管网数据是由所述流域全要素监测监控单元的基础数据库提供的，包括关于污水管网、污水厂、泵站、cso调蓄池及强化处理设施、河道的信息。
14、进一步地，所述s2中的监测数据包括污水处理厂进水流量与水质、污水处理厂泵站前池液位、排污泵站抽排流量与水质、截污箱涵起端闸前液位、截污箱涵末端溢流闸液位、cso调蓄池进/出水流量与水质、流域下游管网末端液位、排涝泵站抽排流量。
15、进一步地，所述s3中的经验数据包括降雨总量、降雨雨强、降雨历时、管网起始液位、流域水务设施启闭状态及运行数据下分别对应的管网液位及河道/明渠液位变化数据，运行数据包括进出水流量和水质数据。
16、进一步地，所述s3中，关键点位管网液位变化速率公式为：
17、m*vi*s＝a*ri*ao-b*q (1)
18、
19、其中，vi表示第i时刻管网液位上涨速率，单位为m/h；
20、s表示管网截面积，单位为m2；
21、m表示影响管网液位变化的权重系数；
22、ri表示第i时刻流域降雨强度，单位为mm/h；
23、a表示降雨雨强的权重系数；
24、q表示第i时刻污水处理设施消纳污水量，单位为m3/h；
25、b表示污水消纳量的权重系数；
26、h表示暗涵液位上涨高度，单位为m；
27、n表示预测降雨事件中不同降雨雨强的数量，单位为个；
28、ti为流域降雨雨强为i时对应的降雨历时，单位为h。
29、进一步地，所述s3中，不同降雨状况下，系统根据降雨强度、管网初始液位、污水处理设施运行状态，预测流域管网/暗涵液位变化情况，为合理调度流域间联通闸、调蓄处理设施和末端溢流闸的启闭时机，提供数据参考。
30、一种流域水环境预测预警系统，适用于所述流域水环境预测预警方法，包括：
31、流域全要素监测监控单元，包括专业数据库和基础数据库，所述专业数据库用于接收来自传感器的水力水质实时监测数据、来自雷达的降雨预报，以及来自设备的设施运行状态，所述基础数据库用于收录源自图纸及多媒体的基础地理信息、水利设施信息以及考核评估信息；
32、流域预测预警单元，连接并接收由所述流域全要素监测监控单元发送的数据，用于基于监测数据对晴天及降雨事件的水文及水质进行实时模拟，包括水文水动力机理预测模型和数值预测模型，可基于两个模型的预测数据对未来可能发生的内涝、溢流及水质的风险进行预警，并通过平台的信息共享功能发布预警信息；
33、流域联调联控单元，连接并接收由所述流域预测预警单元发送的数据，并且反馈连接至所述流域全要素监测监控单元，流域联调联控单元包括实时控制调度模型和经验调度模型，用于根据预测结果和预警信息，利用优化算法寻优，生成优化调度策略及调度指令，实时控制全流域的水利设施状态。
34、进一步地，所述流域全要素监测监控单元还包括：
35、现场监测站点，用于实时采集气象、水文及水质数据；
36、现场监控站点，用于实时采集及控制设备设施的运行状态；
37、监测数据采集传输层，用于接收由所述现场监测站点与所述现场监控站点发送的监测数据，并发送至所述专业数据库；
38、基础数据资料层，用于收集并整理多途径获得的经验数据，并发送至所述基础数据库。
39、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述预测预警方法的步骤。
40、本发明的有益效果体现在：
41、1、本发明研发了国产化城市流域水系统动态仿真模型，形成了基于水文水动力机理预测模型与数值预测模型双模型驱动的厂网河一体化运行效能评估预测预警方法，开发了基于实时控制调度模型与数值调度模型双模型控制的排水系统水文水质协同调控技术，实现了源、网、厂、站、河多设施联合调度及实时控制，既满足流域调度的快速响应要求，又满足流域的复杂工况条件，如此，实现了流域水环境智慧化管控，推动了流域的多目标，即水安全目标、水环境目标和水生态目标管理及精细化管理。
42、2、本发明基于数值模型与机理模型实现双模型驱动，系统平台一方面接受来自传感器的水力水质实时监测数据、来自雷达的降雨预报，以及来自设备的设施运行状态监测数据，对全流域状态进行实时展示、分析，并对关键绩效考核指标评估，另一方面基于监测数据，构建水文水动力机理预测模型与数值预测模型，对晴天与降雨事件的水文与水质实时模拟，并基于经验数据对未来可能发生的内涝、溢流与水质污染做出早期预测，同时发布预警信息，系统平台还会根据预测结果和预警信息，利用优化算法寻优，生成优化调度策略及调度指令，实时控制全流域的水利设施状态，形成完整的运算逻辑闭环。
1.一种流域水环境预测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的流域水环境预测预警方法，其特征在于，所述s1中的流域管网数据是由所述流域全要素监测监控单元(1)的基础数据库(9)提供的，包括关于污水管网、污水厂、泵站、cso调蓄池及强化处理设施、河道的信息。
3.如权利要求1所述的流域水环境预测预警方法，其特征在于，所述s2中的监测数据包括污水处理厂进水流量与水质、污水处理厂泵站前池液位、排污泵站抽排流量与水质、截污箱涵起端闸前液位、截污箱涵末端溢流闸液位、cso调蓄池进/出水流量与水质、流域下游管网末端液位、排涝泵站抽排流量。
4.如权利要求1所述的流域水环境预测预警方法，其特征在于，所述s3中的经验数据包括降雨总量、降雨雨强、降雨历时、管网起始液位、流域水务设施启闭状态及运行数据下分别对应的管网液位及河道/明渠液位变化数据，运行数据包括进出水流量和水质数据。
5.如权利要求1所述的流域水环境预测预警方法，其特征在于，所述s3中，关键点位管网液位变化速率公式为：
6.如权利要求1所述的流域水环境预测预警方法，其特征在于，所述s3中，不同降雨状况下，系统根据降雨强度、管网初始液位、污水处理设施运行状态，预测流域管网/暗涵液位变化情况，为合理调度流域间联通闸、调蓄处理设施和末端溢流闸的启闭时机，提供数据参考。
7.一种流域水环境预测预警系统，适用于如权利要求1-6中任一项所述的流域水环境预测预警方法，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述的流域水环境预测预警系统，其特征在于，所述流域全要素监测监控单元(1)还包括：
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。
