基于MIKE URBAN的城市雨水系统建模方法研究

基于MIKE URBAN的城市雨水系统建模方法研究摘要:城市雨水系统建模是当前城市雨水系统规划、设计与运行管理研究的核心内容。本文基于Mike Urban阐述了雨水管网的建模方法及技术路线,并基于案例对实际雨水系统进行了计算机模拟,结果表明该建模方法的可行性。

关键词:雨水系统建模MIKE URBAN 径流模拟

城市雨水系统是重要的城市基础设施,在解决雨水系统这类问题的时候已经不仅仅局限于工程方法,还充分结合现代信息技术手段。采用计算机模型指导城市雨水系统的规划、设计以及运行管理已成为当前业界共识。城市雨水系统信息化技术的核心是雨水系统模型[1～2]。MIKE URBAN是丹麦水力研究所(DHI)开发的雨水系统模拟软件包,可用来实现计算雨水径流、实时监控和SCADA系统的在线分析。本文主要研究基于Mike Urban的城市雨水系统建模方法。

1 建模方法及技术路线

1.1 区域、节点及管道的概化

使用雨水系统管网的几何数据信息(管网的空间位置、节点高程、管长、管径、坡度等属性数据)对节点和管道的具体几何参数进行定义,实现雨水系统管网模型在区域上的概化。对于较大的模型,直接画图描述空间构成难以把握好各要素的位置,可以导入CAD或者其

他图形文件的地形资料作为背景图层以供参考。

1.2 边界条件的定义

模型属性的设置不仅包括对区域的面积、坡度,管道的断面、长度等几何属性的定义,还包括点域连接方式、水文模型选择、降雨资料、潮水资料等非几何属性的设置。MIKE URBAN模型中支持节点与区域的多种连接方式,区域与节点可以一一对应也可以多个区域连接一个节点,降雨资料、潮水资料可以通过时间序列的形式载入对应的节点和区域中。

1.3 项目检查

在项目检查工具(Project Check Tool)中提供了多种对象的检查,可以自己选择需要检查的对象及项目。检查结果会以一个数据检查表的形式展现,同时每个错误都会有固定的编号以及具体的描述,任意选择其中一个错误,错误的位置将在地图中展现出来,可以根据具体的问题及时得进行解决。

1.4 模拟参数设置

雨水系统模型模拟可以分为径流(Runoff)模拟和管网(Network)模拟两部分。其中径流模拟是管网模拟的基础,径流模拟生成的区域径流数据需要作为已知条件导入管网模拟的参数中。在径流模拟和管网模拟中,需要设置模拟的时间跨度,模型模拟时间跨度的设置取决于边

界条件时间序列的跨度,模型模拟时间的跨度需要在时间序列跨度的范围内设置。

2 案例研究

2.1 模型概况

在MIKE URBAN环境中对某城市区域的雨水系统进行模型的创建,整个区域雨水系统共划分汇水子区域24个,节点157个,渠道156段,渠道总长度为6557.62米,区域面积约为1462.46公顷。该区域下垫面表面类型复杂,是典型的城市雨水系统。模型概化如图1。

2.2 参数设置

雨水模拟情景设置只考虑边界条件的变化,边界条件分为上游边界条件和下游边界条件:上游边界条件即为整个区域净雨过程,用时间序列的形式载入;由于整条河流的出口位于水下,渠道中的水流收到潮水顶托的影响,所以下游边界条件为潮水过程,同样以时间序列载入。在该案例中,选取2006年12月17日00:00至2006年12月21日24:00的三场实测降雨作为降雨条件,该降雨足以实现全区域汇流,降雨数值记录步长为1分钟。

2.3 结果分析

选取编号Link_98的管段作为监督对象,将该管道的流量模拟值与实测数据比对,结果表明模型模拟流量过程线与实测流量过程线整体吻合,局部有差异,模拟能够反映出流量过程的整体趋势。通过计算获得模型Nash系数为0.57,表明该雨水系统模型的可信度较高,模式质量良好。

3 结论及建议

(1)基于MIKE URBAN平台,建立了某区域的雨水系统模型,模拟结果与实测数据的Nash系数达到0.57,表明等流时线模型可以获得较好的模拟效果,适用于城市雨水系统规划、设计与运行管理的各个环节。

(2)加强城市雨水系统模型实测验证数据的积累,进一步提高城市雨水系统模型模拟结果的可靠性。

参考文献

[1] 谢莹莹.城市排水管网系统模拟方法和应用[D].上海:同济大学,2007.

[2] 杜小洲.MIKE URBAN在供水管网设计和管理中的应用研究[J].陕西水利:25-26.