"源—网—厂—河"一体化智慧排水系统的构建设计

为提升城市排水系统运行的效率和质量,开发设计了基于GIS的"源—网—厂—河"一体化智慧排水系统,其层次结构包括基础层、感知层、网络层、应用层.应用层是整个智慧排水系统的核心组成,主要包含六大模块——排水许可信息化管理、拓扑分析、健康评估、终端监测、模型计算及动态巡检.应用该系统构建排水系统模型计算,集成终端在线监测校核分析,分析诊断排水系统健康问题和拓扑问题,定位病害区域,自动制定最优巡检方案,分配派单于外业,外业巡检结果反馈回智慧排水系统,最终实现城市排水一体化智慧管理.     

芝加哥降雨过程线模型在排水系统模拟中的应用

基于城市暴雨强度公式,应用芝加哥降雨过程线模型产生了典型降雨过程曲线,并对清华大学校园内一个典型雨水排水系统进行了模拟运算和分析.研究中采用我国各大城市普遍使用的暴雨强度公式类型和国际上普遍使用的暴雨管理模型(Storm water Management Model,SWMM),将芝加哥降雨过程线模型应用在排水系统模拟中,并对模拟结果进行了分析.该方法可作为城市排水系统模拟的典型应用流程,可用于对排水管网系统服务性能进行总体评价、瓶颈识别以及辅助管网系统的改造和更新方案设计,对提高城市排水系统的规划设计和运行管理水平有重要借鉴意义.     

SWMM模型在城市排水系统规划中的应用

对城市排水系统进行系统的模拟计算,可以为城市排水系统规划方案的调整与优化提供理论指导。以深圳河湾地区的排水系统规划为例,讨论了美国环保局开发的暴雨径流管理模型SWMM(StormWaterManagementModel)的应用情况。案例研究以典型降雨年的排污状况为参考,用SWMM分析和评价了深圳“布局规划方案”在近期(2010年)和远期(2020年)的环境影响。研究中所应用的方法和过程具有一定的通用性,可以用于其他地区排水系统的模拟。     

基于COMGIS的城市排水管网规划辅助系统设计

通过深入比较GIS平台与CAD平台的优缺点,研究开发了基于COMGIS组件MapObjects的城市排水管网规划GIS辅助系统,在GIS平台上同时实现了管网绘制、管网计算、管网调整三大功能,并且在方案绘制阶段建立了管网中“检查井-管道-排水区域”之间的空间拓扑关系,实现了管网设计与计算的“一体化”,从而大大简化了计算的繁琐程度,提高了方案设计和优选的效率。     

城市排水管网地理信息系统Mapinfo与ArcGIS之间的数据转换

建立城市排水管网地理信息系统是现代城市发展的需求,国外软件以Mapinfo和ArcGIS这两个GIS软件应用最为广泛.Mapinfo简单易学但不能提供高级的GIS分析功能,而ArcGIS数据管理功能强大,其Coverage数据格式存储了矢量数据间的拓扑关系,可以对数据进行各种空间分析,在高性能GIS应用系统开发方面,有着明显的优势等特点.介绍了将Mapinfo的Tab数据转换成ArcGIS的Coverage数据格式的方法,扩大了地理信息系统在给排水工程中应用的可行性.     

基于GIS构建配电网拓扑关系的方法

配电管理系统所需的静态数据通常以地理信息系统(GIS)空间数据为来源，但由于GIS空间数据模型的局限性，以及电力系统的拓扑描述方式与通常意义上的GIS对拓扑关系的描述方式不一致，当前GIS不能提供满足配电网应用所需要的网络拓扑。文中结合扬州供电局配电网GIS项目，在分析GIS数据模型和配电网电气逻辑模型特点的基础上，根据配电GIS的数据管理方式和配电网应用对于电网拓扑数据的具体需求，详细阐述了如何基于GIS空间数据构建满足配电管理应用所需的拓扑关系，并给出了具体的数据结构和实现方法。     

基于SWMM的城市排水系统改造优化研究

为了解决城市排水系统改造优化时系统淤积的问题,采用SWMM(Storm Water Management Model)模拟技术进行排水系统改造优化研究。以柳州中心城区为例,构建包含淤积设置的排水系统现状模型进行现状评估,并构建清淤工况模型来评估清淤措施的效果。在清淤模型基础上,针对p=5年情景分析系统溢流原因并进行改造,将过水能力不足的管段增加断面尺寸,使得系统能够抵御5年一遇降雨,并运用模型验证其可行性。结果表明:现状排水系统在p=2年情景下溢流量为9 083 m3,排水能力较弱,其原因是设计标准较低且存在一定的淤积现象;将系统进行清淤措施后在p=2年情景下溢流量为2 616 m~3,减少了71.2%,有明显改善但还存在较大的溢流现象;以5年一遇为目标对系统15%的管段进行改造,改造后在p=2年、p=3年情景下均无溢流现象,在p=5年下溢流量为238 m~3,不足以形成内涝灾害。改造方案可以有效地解决城市内涝现象,并为城市排水系统改造优化提供参考依据。     

基于SWMM的城市雨洪模型研究——以宜丰县规划片区为例

海绵城市能够有效地控制大量的地表径流量,但是其余的降水依然需要通过城市排水管网排除。城市排水管网的规划设计如何与海绵城市建设更好地融合在一起,因地制宜的对城市排水系统进行合理的优化设计,使得城市排水系统能够在海绵城市理念下更好地发挥作用,这是"海绵城市"建设中不可忽略的方向。借助美国环保署开发的SWMM暴雨洪水管理软件建立宜丰县规划片区雨洪模型,并通过实例验证模型的适用性和可靠性,模拟结果可为研究区域进行低影响开发设施和排水系统的优化设计提供依据。     

城市水系统关联模型研究

为了理清城市水系统中多因素间的复杂关系,对系统解决城市水问题提供帮助,基于水系统理论与城市水系统模拟相关研究,提出了城市水系统中水-经济社会-生态环境各因素之间相互作用和反馈的关联模型理论框架,建立了城市水系统演变过程中由针对经济发展的正反馈回路和针对可持续性的负反馈回路共同控制的新模式,构建了模拟城市水-经济社会-生态环境内在联系的城市水系统关联模型。以武汉市为例,应用建立的城市水系统关联模型,采用2001—2017年的历史统计数据,建立了武汉市城市水-经济社会-生态环境各要素之间互馈作用的模拟模型,预测了武汉市的城市发展轨迹,并与武汉市2030年的远期规划进行比较,验证了模型的有效性,表明城市水系统模型能够揭示城市水-经济社会-生态环境多要素的耦合驱动机制,体现了节水技术与绿色发展相关政策两大因子导向下的生态环境、经济社会协同发展的良好预期。     

基于Bentley Map的地图要素管理系统构建及应用

由于现有CAD和GIS两类软件不能同时满足制图与GIS数据管理需求,笔者提出了一种以Bentley Map为软件开发平台,利用XFM建模机制构建满足制图和GIS数据管理一体化的Map Station地图要素管理系统,并对系统构建过程中的关键技术进行了详细介绍,最后结合安徽金寨工程地形测图项目,验证了系统的可行性。     

城市水文模型原理刘家宏

城市水文过程因强烈的人类活动影响而发生了深刻变化,科学精细地模拟城市区域的产汇流过程是解析城市水问题机理的科学基础。在系统剖析城市水文模型原理的基础上,将城市复杂下垫面根据其透水特性划分为不透水单元、透水单元、半透水单元、伪透水单元、强透水单元、水域单元等六类基本单元,并构建了不同类型城市水文响应单元的水文特性曲线,基于圣维南方程组和Navier-Stokes方程提出了城市管网与河湖水系水动力学模拟的技术方案。在耦合城市水文响应单元的降水—截留—蒸发—入渗—产流模块、地表汇流模块、管网汇流模块、水系一维水动力学模块等基础上,以水循环过程为主线,将水文模型的径流输出作为城区一维管网、河道水动力模型的输入边界,实现水文模型与一维管网、河道水力学模型的集成。将单元水文模型通过城市管网和河湖水系等连接方式集成到城市水文模型系统中,弥补了现有城市雨洪模拟在水文学机理上的不足,可为城市排水防涝和海绵城市建设提供科学基础。     

GIS支持下的城市暴雨积水计算的可视化

利用GIS对空间数据进行处理和分析的功能,建立雨水管网达标规划GIS系统,实现了雨水管网设备的属性数据及空间数据的一体化管理,为城市暴雨积水计算提供可视化分析的手段;同时,建立了汇水区的达标体系,并可以动态划分调整汇水区,计算分析城市各汇水区在不同降雨条件下的积水状况;对不符合要求的管网提出可行性设计建设方案。最后以南京市为例,分析了该市主城区雨水管网系统,为管网的规划及防洪排洪提供了决策支持手段。     

SWMM原理解析与应用展望

暴雨径流管理模型(SWMM)已成为目前在城市排水管网设计、城市雨洪模拟、城市水污染模拟及城市低影响开发(low impact development,LID)模拟等方面研究与应用中使用最为广泛的一款模型。剖析SWMM的基本原理,分析其研究现状,展望其发展前景,深入分析SWMM的产流、汇流、管网水动力学模拟、水质模拟等模型机理。基于文献调研和系统分析指出,SWMM的优点是具有较完备的管网水流、LID和水质模拟功能,软件界面友好易于操作,模型开源易于实现二次开发;缺点是未实现立体化水流模拟,未实现与GIS紧密耦合,地表产流模拟过于简化,无法模拟地表二维淹没和城市社会水循环;未来应针对其不足改进和完善相关模块,拓展其应用领域。研究成果有助于不同学科与行业的研究者更加全面地认识和理解SWMM,为SWMM的研究及在海绵城市建设中的运用提供了科学参考。     

考虑圩区分布的平原河网区暴雨洪涝分析模型建立

针对圩区众多的平原河网区域,基于已有的一、二维非恒定流水动力学理论建立的城市洪涝仿真模型,引入"小蓄水面"的概念,将圩区内外在水动力学模型中未被概化但对降雨的调蓄作用不可忽略的小河、塘坝、小湖泊等根据其实际空间分布统一概化为所在网格的小蓄水面,并考虑圩区堤防标准、抽排能力和调度运行规则对河网区域洪涝时空分布的影响,对模型中网格淹没水深、圩区排涝和闸泵调度的计算方法进行了改进。选择嘉兴市为案例区域建立了暴雨洪涝分析模型,利用模型对嘉兴市近年来典型场次暴雨进行模拟计算,与河道实测水位及洪涝分布调查结果对比表明,模型对区域的概化合理,能反映嘉兴市在受本地降雨和上游洪水影响、下游潮位顶托及复杂的工程调度规则综合作用下水流的运动特点和洪涝的分布特征,模拟结果可靠,模型可以为区域洪水风险图编制和防汛风险管理提供支持。     

基于TELEMAC-2D和SWMM模型的城市内涝数值模拟

以广州长湴地区为例,基于SWMM和TELEMAC-2D模型构建一种新的耦合模型TSWM,通过历史暴雨事件验证、模型对比等方式评估了TSWM模型的适用性和可靠性,并对不同重现期暴雨开展了数值模拟.结果表明:TSWM模型能较准确地模拟研究区的内涝情况,可实现城市内涝精细化模拟;与基于SWMM和LISFLOOD-FP、WCA...     

基于MIKE URBAN的西安市中心城区雨洪过程模拟

城市排水管网的分布与建设是城市基础设施建设的重要组成部分,城市的排水能力关系到城市服务功能的正常运转。通过城市雨洪过程的分析,可以评价城市洪涝灾害。以西安市中心城区为研究对象,利用MIKE URBAN构建排水管网模型,根据模拟结果对研究区管网排水能力进行评估,分析易涝成因。结果表明:MIKE URBAN能够较好地模拟城市管网水位、流量变化及易涝点的分布情况。根据西安市暴雨强度公式,设计不同重现期(1、2、3、5a)的降雨过程,在1a降雨过程下,研究区90%以上管道处于满流状态,60%以上的检查井发生溢流,满流管段数和溢流井个数会随着降雨频率的增加而增加,但增幅相对减少;管道设计标准普遍偏低、下垫面不透水率增大、地形等因素是导致地面积水的主要原因。研究成果可为城市内涝防治及海绵城市建设提供理论基础和技术支撑。     

城市洪涝仿真模型地下排水计算方法的改进

为了增强对城市地下排水的模拟能力,获取更为详细的计算结果信息,提高城市洪涝分析水平,对现有洪涝仿真模型的地下排水计算进行了改进,提出在同一模型中对排水管网采用简化和细化相结合的计算方式。简化计算采用等效体积法实现,细化计算采用建立真实管网的一维动力波方程实现,并在特殊道路通道和网格上实现地上、地下水流交换。同时,在降雨产流计算中考虑地面透水性,形成了面向城市降雨产、汇流和排水的洪涝全过程模拟模型。改进后的模型对地下排水的模拟适用性更强,计算结果更为丰富,提高了区间暴雨导致的城市洪涝模拟能力。文中以上海市蕴南控制片洪涝分析计算为例,说明改进模型可获得较好的应用效果。     

基于CATIA的引水隧洞施工动态可视化仿真

针对目前研究通常采用预制动画的形式实现隧洞施工动态可视化仿真的现状和这种方法存在三维模型修改困难、可视化仿真实现过程复杂、且无法进行交互等问题,本文提出了基于计算机图形辅助三维互动式建模软件CATIA的引水隧洞施工动态可视化仿真方法。首先采用参数化设计方法建立引水隧洞施工4D模型,该4D模型不仅能够快速修改引水隧洞模型、实现其施工动态可视化交互仿真,而且该可视化仿真成果也便于修改;其次通过CATIA二次开发实现施工信息的查询;最后结合实际工程进行了应用研究。结果表明该方法不仅提高了引水隧洞施工动态可视化仿真的效率,并且为施工管理人员在施工方案调整的情况下及时了解施工面貌、及时进行有效的决策提供先进的科学技术手段。     

防洪排涝排水一体化模型在洪水风险图编制中的应用

随着城市洪涝灾害频繁发生,编制洪水风险图已成为当前国内外城市防洪减灾工作中重要内容,它可反映区域洪涝成因、量级、特性、危及对象及应急对策等风险信息分布特征。采用水力学方法构建水力学模型模拟研究区域洪水演进情况是洪水风险图编制常用的方法,通过构建考虑河道、城市地下管网、排水系统设施、阻水建筑物、水利工程及调度的防洪排涝排水一体化模型,将城市防洪排涝与排水有机结合,并兼顾流域与区域风险,通过历史降雨对模型进行校核验证,保证模型的可靠性。模拟计算了景德镇市城区因超标准洪水导致防洪墙溃决或城市暴雨可能发生的受淹和积水情况,并根据计算结果绘制洪水风险图,对景德镇市预防外围洪水、降低城市内涝洪水影响及土地利用和城市发展规划等提供决策依据和技术支持。     

污水管网模拟模型节点平均流量的估算方法

建立排水管网模拟模型是城市排水实现科学化管理的一个重要手段。作为污水管网建模的基础部分,研究了污水管网节点平均流量估算的间接求解方法,即根据用水量推求污水量。该法包括污水排放系数的确定和节点服务区域属性值的计算两部分。污水排放系数根据生活用水量结构确定;在城市排水管网GIS平台上可以估算节点服务区域属性,如人口、面积(平面面积和建筑面积)等。