排水管网水动力学模型的建立与应用

城市排水管网水动力学模型的建立与应用

作者：李明琦

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1.学位论文张震芳排水管网动态水力建模数据组织与分析2009

城市排水事业已进入了加强科学管理、提高安全可靠性的新时期。在对排水管网进行数据普查的基础上，利用管网水力学模型对排水管网进行动态模拟研究是城市排水管网科学管理的现代化技术方法和重要发展方向。管网模型的建立需要一定的数据基础，排水管理部门在充分了解自身数据现状的基础上，科学组织和分析数据的有效性和完整性，对建立管网动态水力模型具有重要作用，本课题研究对排水管网科学管理的现代化技术进步具有很大的现实意义。 本文首先介绍了排水管网模型的应用背景、概念、类型以及国外排水管网模型软件；总结了我国排水管网模型研究与应用；阐述了排水管网系统数学模型构成，并以SWMM软件为例，分析了排水管网模型的建模原理。 其次，从建模的数据条件出发，结合ZJ市主城区排水管网系统建模实例，应用SWMM软件，将动态建模数据按照数据来源进行分类和需求分析，并按照模型建立的顺序(确定管网拓扑结构、划分汇水子区域、确定水文、水力模型参数)介绍数据的详细处理方法，建立适用于我国城市排水管网系统水力建模的标准数据收集、处理和应用的方法体系；由于排水管网地理信息系统和排水管网模型结合使用的方式可缩短建模周期，提高排水管网建模的科学性，本文也简单介绍了地理信息系统与排水模型软件的结合使用的方法。 本研究使数据收集和数据处理的过程更有方向性和针对性，使得在建模之前排水管理部门可根据自身数据情况提出合理的建模目标，并使数据能够最高效、最大化地得到利用。 本文通过工程实例，演绎了管网动态水力建模的数据分析和处理的过程。通过管网建模的过程和最终的模型模拟结果，验证了数据收集和处理标准方法。管网数据的积累、应用和及时的维护更新是提高管网模型有效性的重要措施，良好的数据积累和维护与水力模型的应用可以互相促进发展。

2.学位论文刘兴坡排水管网计算机模拟方法及其应用研究2006

我国已进入城市化快速发展期。城市化的一个直接后果就是城市区域的硬化面积不断增大，破坏了城市正常的水循环路径，导致雨水径流总量增大、洪峰流量增大、洪峰时间提前，常常会诱发道路积水、合流制管道溢流(CSO)等城市型水灾害。与此同时，随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，我国城市排水管网管理信息化、科学化、现代化的业务需求日益增强。因此，当前的城市排水管网事业挑战与机遇并存。解决城市型水灾害，实现城市排水管网科学化管理的一个共同解决方案就是建立排水管网模型。 首先，介绍了排水管网模型的概念、类型及应用，阐述了排水管网数学模型构成，并以SWMM引擎为例，分析了排水管网模型的建模原理：回顾了国内外排水管网模型的历史沿革和发展现状，介绍了我国排水管网模型研究现状及应用中存在的问题。此外，对排水管网建模技术流程及基于SWMM引擎的软件二次开发方案进行了介绍。 其次，结合实例介绍了排水管网模型实用化建模的一些方法。主要内容包括： (1)提出了一套包括基础数据搜集与录入、汇水子区域划分、模型参数初选、灵敏度分析、模型预校准和模拟情境设计分析的排水管网实用建模方法，适用于水文测验数据短缺地区的排水管网模型研究。 (2)基于城市暴雨强度公式，应用芝加哥过程线模型合成了不同重现期、不同雨型的降雨情境，并用于模拟分析。此外，给出了非恒定降雨情境重现期的确定方法。 (3)提出了“灵敏度分析-模型校准”迭代校准执行方案，即灵敏度分析为排水管网参数校准提供当前最需要调整的关键参数，而模型参数校准则优化灵敏度分析的初始参数集。(4)提出了排水管网水文/水力模型的二段式校准方案。针对校准实测数据不足的状况，提出了基于综合径流系数的水文模型预校准方案及基于积水事件的水力模型预校准方案。 最后，在排水管网建模理论与方法研究的基础上，对改进SWMM模型在镇江市主城区排水管网模型的建立及应用进行了研究，可为排水管网系统服务性能的总体评价及瓶颈识别、泵站排涝能力盈亏评估提供科学依据。

3.期刊论文陈圆.张亚雷.Foong Ying-Chyung.周雪飞.张选军英国排水管网建模技术实例分析-中国给水排水

2009,25(22)

基于排水管网水力模型软件(InfoWorks CS),介绍了一个英国小城镇排水管网建模过程.在实例中详述了英国管网建模规范、数据管理、模型构建以及模型检验等方面内容,最后针对我国现阶段的排水管网建模提出了值得借鉴的地方.

4.期刊论文董鲁燕.周永潮.李田.DONG Lu-yan.ZHOU Yong-chao.LI Tian基于管网水力模型的管道瓶颈判定方法

及其应用-中国给水排水2009,25(16)

排水系统达标改造是我国城市排水管理面临的长期问题,管道性能的科学评价诊断是确定排水系统改造方案的前提.制订排水管网改造方案的传统方法为采用单一管段分析、逐根管线估算的方法,未能综合考虑系统运行的水力性能与实际状况.笔者结合上海市某排水系统改造工程的设计,以管网水力模型为工具,提出采用水力坡度比值法识别瓶颈管段,具体地确定了改造对象及改造工程的实施顺序.研究成果与分析方法对今后排水系统改造方案的决策与优化具有借鉴意义.

5.学位论文张红旗排水管网水力模型与地理信息系统(GIS)集成技术研究2009

目前我国城市建设发展迅速，使城市水体保护与可持续利用越来越受到重视，相应的雨水排除和处理设施也越来越完善，排水管网及其附属设施的信息量越来越大。但是，在我国绝大多数城市中仍采用较落后的人工管理方法来管理城市排水管网，其弊端显而易见。为充分管理和合理应用越来越多的排水管网信息，建立一个完整、准确的排水管网GIS系统模型，提高排水管网管理的效率、质量和水平，是现代城市发展的要求。 @@ 本文以排水管网水力模型与地理信息系统的集成技术为研究内容，以暴雨管理模型(SWMM)作为管网微观模型方面的研究对象，以ArcGIS作为研究的平台，用二次开发方法对SWMM和ArcGIS进行了系统集成。首先，研究了城市排水管网信息管理系统的框架、结构和系统应具备的功能。其次，分析了排水管网属性数据和图形数据的特点，研究了排水管网属性数据和图形数据的来源、获取和转换的方式，介绍了系统数据库的组织模式和结构，并在图形数据和属性数据之间建立了连接和双向更新机制。然后，研究了ArcGIS与SWMM各自的数据接口和两者之间数据传递与转换的方式，并将两者紧密地结合在一起。最后

，分析了绘制排水管网横、纵剖面图所需的数据和算法，并结合ArcGIS强大的数据存储和空间分析功能，开发了基于ArcGIS技术动态生成、显示横纵剖面图的功能。 @@ 系统应用于北京市石景山区老山地区排水系统模拟中，充分证明该系统能用于排水管网的日常管理和系统的风险评估。并将自行开发的系统与世界比较成熟的软件(DHI公司的Mike Urban)进行比较，从系统界面、基本操作、开发成本等方面详细论述两个系统的优缺点。突出了自行开发系统操作简单，开发成本相对较低等特点。 @@关键词：排水管网；地理信息系统(GIS)；暴雨管理模型(SWMM)；ArcGIS；地理空间数据库

6.学位论文谭琼排水系统模型在城市雨水水量管理中的应用研究2007

计算机技术的发展推动了排水系统模型软件的开发和应用。在城市雨水管理中，排水系统模型正成为不可或缺的手段。推动相关模型在国内雨水管理中的应用是缩小国内排水行业建设管理与发达国家差距的必要途径。为此，本文对常用排水系统模型的构成和原理进行了归纳总结，并利用InfoWorks CS软件建立上海市雨水排水系统水力模型，从理论和方法层面为上海及国内其他城市的雨水水量管理提供支持。 降雨—径流模型是排水管网模型的基础，其模拟结果的准确性直接影响整个雨水排水模型的性能。本文通过上海市某居民小区的实测流量数据，进行了降雨—径流模拟的实例分析，在此基础上对国内排水系统降雨—径流模型及其参数的确定提出建议。研究结果表明：国外常用的模型组合在合理确定参数时都得到较好的模拟结果，模型应用中应当根据可获得数据和研究需要选择恰当的降雨—径流模型组合作为分析的手段；对产汇流模型的主要参数进行的灵敏性分析结果表明，对径流体积与洪峰流量，最主要的影响因素是不透水表面径流系数/有效不透水面积因子和不透水表面比例，影响较小的参数是透水表面的渗透性能、管壁粗糙系数和地面坡度；经恰当储量补偿的整体集水区简化模型同样获得较好的模拟结果。这为后续降雨—径流模型的选用及其参数的选择和率定提供了依据。 建设标准偏低的已建排水系统通常遭遇暴雨积水问题，采用雨水调蓄池能高效经济地提高排水系统的除涝能力，更好地解决城市化带来的洪峰水量问题。本文对调蓄池在上海市雨水水量管理中的应用进行了案例分析，确定采用排水系统模型在规划雨水调蓄池体积上的作用。通过模型计算

，为已建真如系统提高排水标准所需调蓄池规模提出了建议。研究结果表明，调蓄6mm水量能将真如高标区排水标准从1年一遇提高到3年一遇。采用可调节堰等工程性措施调控上游干管和系统间连通管道，控制流入高标区的径流，可以减小改造规模和成本。从造价来看，建造调蓄池较翻排管道节省投资