城市雨洪模型应用现状及对比分析

Abstract： Based on the summarization made on the oversea and domestic study progresses of urban storm water models，the application status of the models i. e. SWMM，InfoWorks CS and MOUSE widely used at home with better applicability are analyzed herein，in which the tree models are compared from several aspects such as the pre-processing program，core model，data interfaces，etc. ，so as to find out their own merits and defects，point out their common problems and predict the development prospect of urban storm water model，and then to provide a selecting basis for the current application of the urban storm water model in China. Key words： urban storm water model； SWMM； InfoWorks CS； MOUSE
水利水电技术 第 42 卷 2011 年第 11 期
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王海潮，等∥城市雨洪模型应用现状及对比分析
水体制选择、面源污染控制规划的制定提供了技术支 持［25］。姚宇等（ 2007） 基于 InfoWorks CS 平台建立了 蚌埠市沫河口工业园排水管网模型，评价排水管网系 统运行性能，为改扩建策略及应急预案优化提供分析 平台［26］。 2. 3 MOUSE 应用现状
MOUSE 在国内拥有众多的用户，并被成功应 用到 了 奥 林 匹 克 公 园 排 水 系 统 设 计。孙 加 龙 等 （ 2006） 通 过 引 进、消 化、吸 收 国 外 先 进 的 MIKE 软件和 GIS MFC 函数 库，成 功 开 发 出 具 有 自 主 知 识产权 的 水 资 源 实 时 监 控 管 理 的 基 础 平 台 Water WM［27］。张晓昕等 （ 2008 ） 对 奥 林 匹 克 公 园 地 区 的 雨水系统组成进行分析，构建 MIKE Flood 模型，选 择理论和实际降雨雨型，进行不同重现期情景的模
MOUSE（ Modeling of Urban Sewer） 是 丹 麦 水 力 学研究所（ DHI） 1972 年开发的排水管网模拟软件 包，最 新 发 布 的 MIKE URBAN 集 成 了 GIS 模 块， 包括 MOUSE、SWMM 两 个 引 擎。 MOUSE 的 主 要 模块包括： 降雨入渗模块、地表径流模块、管流 模 块、 长 期 统 计 模 块、 实 时 控 制 模 块、 MOUSE TRAP 系列模块以及一些独立的模块等，可用来计 算雨水径流、实现实时监控和 SCADA 系统的在线 分析等。
连续模拟 /暴雨事件 暴雨事件 连续模拟 /暴雨事件 静态 连续模拟 /暴雨事件 连续模拟 /暴雨事件 暴雨事件 连续模拟 /暴雨事件 连续模拟 /暴雨事件 暴雨事件 暴雨事件 连续模拟 连续模拟 /暴雨事件 暴雨事件
动力模型
是 否 否 UNET 否 是 是 是 否 否 否 否 是 是
水质模拟
包含 不包含 不包含 不包含
国内对于 SWMM 的应用研究相对较晚。刘俊等 （ 2001） 引进美国 SWMM 模型，详细地进行了 天 津 市区二级河道的排涝模拟与计算，并计算出市区有
关控制 断 面 的 出 流 过 程［17］。 丛 翔 宇 等 （ 2006 ） 以 SWMM 为基础，选取北京市典型小区，计算不同频 率设计暴雨下小区排水效果以及积水、道路坡面流 等情况［18］。 任 伯 帜 等 （ 2006 ） 采 用 SWMM 对 长 沙 市霞凝港区三场降雨径流过程进行模拟，证明该 模型在港 区 小 流 域 雨 洪 分 析 中 有 较 高 的 精 度［19］。 赵 冬 泉 等 （ 2008 ） 基 于 地 理 信 息 系 统 （ GIS ） 对 SWMM 城市排水管网模型进行快 速 构 建，并 在 澳 门 某 小 区 进 行 了 应 用 和 案 例 分 析［20］。 陈 鑫 等 （ 2009） 运 用 SWMM 模 型 对 郑 州 市 区 184. 85 hm2 区域进行了模拟，对城市排涝与排水体系重现期 衔 接 关 系 进 行 研 究［21］。 2. 2 InfoWorks CS 应用现状
收稿日期： 2010-12-22 基金项目： 科技部国际科技合作项目“大城市雨洪智能化管理研究”
（ 010S2010GR0640） ； 2011 年度水利部科技推广计划项目 “城市雨洪控制与利用技术的推广应用”（ TG1134） 。 作者简介： 王海潮（ 1979—） ，男，工程师，博士。
W ater Resources and Hydropower Engineering V ol. 42 No. 11
进行对比，找到各自优势与缺点，指出共同存在的问题，展望城市雨洪模型的发展前景，为现阶段国
内城市雨洪模型的应用提供选择依据。
关键词： 城市雨洪模型； SWMM； InfoWorks CS； MOUSE
中图分类号： TV122. 1
文献标识码： A
文章编号： 1000-0860（ 2011） 11-0010-04
包含 包含 包含 包含 包含 不包含 不包含 包含 包含 不包含
可视化界面
ANNIE 否 是 是 是 是 是 是
菜单 第三方
是 否 是 /第三方 HEC DSS
行了初步研究，比较系统的研究是在 20 世纪 80 年 代后期。目前研究成果主要为对雨水管网模拟的扩 散波简化 和 运 动 波 简 化 及 对 地 表 径 流 系 统 模 拟 技 术，包括城市雨水径流计算推理公式法、等流时线 法、瞬间单位线法等。较为成熟的城市雨洪模型主 要有： 雨水管道计算模型（ SSCM） ［13］、城市雨水径流 模型（ CSYJM） ［14］、平原城市水文过程模拟模型［15］， 城市分布式水文模型（ SSFM） 。 ［16］ 但国内的城市雨洪 模型往往仅有核心程序，没有市场化运作，缺乏良好 的前处理、后处理程序，可视化、可操作性不强，因 此基本上仅限于模型开发者自己或团队使用，推广应 用前景亦不容乐观。
2 城市雨洪模型国内应用现状
鉴于 SWMM、InfoWorks CS、MOUSE 三个模型较 广泛的适用性和良好的操作性，论文重点对三个模型 在国内的应用情况进行总结。 2. 1 SWMM 应用现状
SWMM 是由美国环保署 （ USEPA） 在 20 世纪 70 年代开始开发的，经过不断的完善和升级，目前已经 发展到 SWMM 5. 0. 022 版本。SWMM 5. 0 系列版本是 由美国 EPA 国家风险管理研究实验机构下属的供水 和水资源部门与 CDM 咨询有限公司在 2004 年 10 月 发布的。该版本以 Windows 为运行平台，具有友好的 可视化界面环境和更加完善的处理功能，能够提供输 入数据编辑、水文和水力过程模拟、水质模拟以及丰 富的结果表达形式等功能。
1 城市雨洪模型研究进展
城市雨洪模型主要有水文模型、水动力学模型两 大类型。水文学模型采用系统分析的途径，把汇水区 域当作一个黑箱或灰箱系统，建立输入与输出的关 系。水动力模型是建立在微观物理定律（ 连续性方程 和动量方程） 的基础上，模拟坡面的汇流过程。
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国外 20 世纪 40 ～ 50 年代开始这方面研究，60 年代后研制的城市雨洪模型已取得较大进展。目前国 外主要的城市雨洪模型见表 1。从表 1 可以看出，尽 管国外城市降雨径流模型较多，但每个模型都有其适 用性的一面，不是单独一个模型惟一适合哪种情况， 也不 存 在“万 能 ”的 模 型。 相 对 而 言， SWMM、 InfoWorks、MOUSE 三 个 模 型 包 含 水 文 模 型、水 力 模 型； 包含水质模块； 能够对连续事件和单一事件进行 模拟； 模型适用性将比其他模型更加广泛。国内对城 市雨洪模型研究起步较晚，在 20 世纪 60 ～ 70 年代进
Wallingford 模型 应 用 相 当 广 泛，用 户 遍 及 国 内 的水务公司，市政管理机 构，咨 询 公 司 和 学 术 机 构。王喜东等（ 2004） 建立了香港岛 InfoWorks CS 模 型，对香港岛污 水 管 网 系 统 进 行 总体规划设计［24］。 谭琼等（ 2007） 建立了上海市合流一期总管水力模型 和苏州河南岸主要的 InfoWorks CS 模型，对上海市排
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城市雨洪模型应用现状及百度文库比分析
王海潮，陈建刚，张书函，来海亮，苏东彬
（ 北京市水利科学研究所，北京 100048）
摘 要： 在总结国内外城市雨洪模型研究进展的基础上，分析了适用性较好的 SWMM、InfoWorks
CS、MOUSE 的雨洪模型在国内应用现状，从前处理程序、核心模型、数据接口等几方面将三个模型
随着城市化进程的加快，城区下垫面条件发生 了很大变化，而排水管网的铺设直接改变了当地产 汇流条件，这使得传统的水文模型对于城市水文循 环的模拟几乎失灵。为了深入地认识城市雨水径流 过程，各国科学家开发了多种城市雨洪模型。论文 在总结国内外城市雨洪模型研究进展的基础上，对 SWMM、InfoWorks CS、MOUSE 三 个 模 型 从 多 角 度 进行对比分析，期望能够为城市雨洪模型的选取提 供一定的依据。
Application status and comparative analysis of urban storm water models WANG Haichao，CHEN Jiangang，ZHANG Shuhan，LAI Hailiang，SU Dongbin
（ Beijing Hydraulic Research Institute，Beijing 100048，China）
InfoWorks CS 是 HR Wallingford 集 团 下 属 Wallingford 软件公司开发的城市排水系统模型。早期的 版本 采 用 WALLRUS 作 为 水 力 计 算 基 础， 采 用 MOSQITO 管 道 水 质 模 型 模 拟 污 染 物［22］。1998 年， 用 Hydroworks QM 模型取代 了 早 期 的 WALLRUS 和 MOSQITO 集成 到 InfoWorks CS 中，最 新 版 本 已 经 发展 到 了 Infoworks CS 11 版 本［23］。 InfoWorks CS 为市政给排水提供了别具一格的、完整的系统模 拟工具，可以仿真模拟城市水文循环，进行管网 局限性分析和方案优化，准确、快速地进行网络 模拟。
王海潮，等∥城市雨洪模型应用现状及对比分析
模型
DR3M-QUAL［1］ FEQ［1 － 2］ HEC-HMS［3］ HEC-RAS［3］ HSPF / BASINS［1，4，12］ InfoWorks CS［5］ MIKE 11［6］ MOUSE［6］ P8［7］ Santa Barbara SCS［8］ SLAMM［9］ SWMM［4，10 － 11］ UNET［3］
表 1 国外主要城市雨洪模型一览
发行方
模型类型
模拟方式
USGS USGS HEC HEC EPA Wallingford DHI DHI Wm. W. Walker，Jr. 供应商 NRCS R. Pitt EPA / OSU HEC
水文模型 水力模型 水文模型 水力模型（ 回水） 水文模型 水文模型 /水力模型 水力模型（ 明渠） 水文模型 /水力模型 水文模型 水文模型 水文模型 水文模型 水文模型 /水力模型 水力模型