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浅谈infoworks cs在城市排水管网建模中的应用.doc
文档介绍:
浅谈Infoworks CS在城市排水管网建模中的应用
摘要:建立城市排水管网的优劣直接影响着城市的管理与发展,其检测与维护特别重要。本文介绍了国外的排水管网系统模拟软件,重点介绍了Infoworks CS软件,通过比较,选择了Infoworks CS作为研究的工具和手段,通过该软件对某市HZ区的排水管理进行模拟,从拓扑系统结构中发现管网存在的问题,针对问题提出解决措施。
关键词:Infoworks CS;排水管网;模型;问题
城市排水管网系统是很重要的城市基础设施,管网布设的优劣直接影响到一个城市的洪涝等灾害情况。尤其是对于老城区,由于管网布设的不合理、管道老化和雨污合流等问题,导致城市道路积水,洪涝灾害频生。然而现实中对城市排水管网问题的筛查困难重重,问题出现的时候无法立刻判断是哪段管道出现问题,于是排水管网系统模拟软件应运而生,通过对管网系统的模拟,找出管网存在的问题,对现状管道的运行状况进行评价,并且可进行改造方案的评估,分析了改造方案的可行性以及优劣。
1 常见的排水管网系统模型介绍
大概从20世纪60年代开始,美国、德国、澳大利亚、法国和英国首先开始至力于城市排水管网模型方面的研究,也就是说排水管网模型源于西方发达国家。世界上比较著名的模型有以下几个:
1.1 STORM模型
STORM模型能够摸拟城市流域的径流和污染负荷,由美国工程协会水文工程中心研发,主要应用于二十世纪七十年代和八十年代初期,但由于其参数与观测水文过程线校准不容易,所以STORM模型的应用范围越来越窄。
1.2 公路研究所模型(TRRL)
在1962年,英语的Watkins发表了公路研究所模型,它是一个城市汇水区域模型,由英国公路研究所的下属机构科学与工业研究部综合研究计划的,在英国应用较广。TRRL一般作为基于降雨事件的模板模型使用,然而该模型对峰值流量和径流总量的储估计可能会偏低。
1.3 辛辛那提大学模型(UCURM)
UCURM由Papadakis和Prod于1973年开发。该模型利用稳定洼蓄量、洼蓄量和流水深之间的关系,结合曼宁公式以及连续方程,建立方程组,共同求解获得地表汇流过程线。
1.4 MOUSE模型
MOUSE是一个排水管网模拟软件包,由水力学研究所(DHI)开发,它拥有若干个模块,这些模块可以实现实时监控和SCADA系统的在线分析、计算雨水径流量等[2]。
1.5 HSPF
HSPF(Hydrologieal Simulation Program-Fortran)由美国环境保护署于20世纪70年中期开发,常用于农村地区的水文和水质过程建模,执行以小时为时间步长的汇水区域水文和水质连续模拟。
1.6 沃林福特模型(Wallingford Model)
在1978年,英国的沃林福特水力学研究机构研究开发了Wallingford模拟,一进入市场,便广泛应用于暴雨设施的计划、改造、设计和运营中[3]。本研究中使用的lnfoWorks CS软件是最新版本,在1998年由该研究所改进并集成,专门用于雨水管网系统模拟和污水收集系统模拟,此外还能对污水处理厂的运行情况进行模拟。Wallingford对水力情况的模拟快速、细致、精确、稳定,目前该产品已被欧洲、美洲以及一些亚洲国家和地区应用于水资源环境和市政工程中。因此,本研究采用该模型作为研究手段对城市排水系统开展模型工作。
2 排水管网系统建模的技术流程
在现实的一些工程项目中,为了搭建排水管网模型,一般需要经过建模项目预期目标、选择建模软件、确定排水管网模型的研究范围、确定排水管网的拓扑结构、汇水子区域划分、节点流量建模、排水管网基础数据的获取和输入、边界情境和初始情境的确定、模拟选项设置与模型执行、结果后处理和可视化显示以及灵敏度分析、校准和检验等步骤,如图所示。
3 Infoworks CS用于排水管网系统建模分析
3.1 Infoworks CS建模软件介绍
英国的Wallingford软件有限公司开发于1978年开发了Wallingford软件,这套软件功能强大,包括了水质模拟模块(MOSQITO)、简单管道演算模型(WALLRUS)、全动态管道演算模型(SPIDA)以及降雨径流模型(WASSP)。随着技术的发展,HR Wallingford公司用Hydroworks QM模型取代了最初采用的设计基础WALLRUS和MOSQITO。在1998年,Wallingford公司又将Hydroworks QM模型集成到Infoworks CS中。Infoworks CS对排水管网的仿真模拟是快速、精确、稳定的,能够预测系统的工作状态或降雨后的影响。
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