数学排水模型在管网养护中的应用

针对城市排水管网养护不当造成的管网排水不畅、节点溢流、管段超负荷运行得不到有效缓解等问题,以南方城市A区为研究对象,运用物联网在线监测技术对管网过载和漫溢风险问题进行分析和识别,利用数学排水模型软件模拟运算了不同设计降雨情景下管网系统运行状况,并基于监测数据和模型模拟结果制定相应的养护措施。研究结果表明,随着降雨强度的增大和降雨时间的加长,超负荷运行管段长度、节点溢流数量及溢流总量等随之增多,最初主要发生于上游的管道过载和节点溢流情况逐渐向中下游扩展;总溢流量偏大的节点和过载排水时间偏长的管段均属于重点养护对象,应在雨峰出现前后加强对各节点和管段的巡查。     

潮水顶托对雨水管网的影响分析

基于SWMM模拟平台,模拟潮汐水位对雨水管网的顶托影响,分析潮汐曲线时刻表下管网排水能力。以某滨海城市小区为例,基于地理信息系统GIS和暴雨洪水管理模型SWMM构建城市排水管网与排放口海水潮汐耦合模型,对比分析潮汐出流和自由出流,比较两种情形下的检查井水位、管道充满度、管道流速。结果表明,潮汐顶托对管网排水能力的影响随潮汐水位变化,潮汐出流造成中下游检查井水位上升,管道充满度增加,流速下降甚至回流,严重影响排水能力,增加内涝风险。     

基于设计流量的两级系统重现期衔接关系研究

城市暴雨径流数据较难实测获取,故水利与市政部门常采用推求设计暴雨计算流量。但因两部门所用规范、计算方法不尽相同,致使两级系统之间往往存在衔接关系问题。为使城市排水排涝系统有效连接,采用设计降雨峰值类比、径流峰值流量对照并结合模型方法,以市政排水与水利排涝衔接关系为研究对象,确定了两级系统衔接的本质为重现期关系衔接,主要影响因素为汇流历时,进而推求出不同汇水面积下两级重现期对应关系。     

雨水管网中局部水头损失对设计排水能力的影响

鉴于我国室外排水设计规范对雨水管道的设计只计沿程水头损失而忽略局部水头损失,而美国等国家的城市雨水系统设计方法会考虑两部分损失,以一长2 200 m、汇水面积为0.96km2的排水干管为例,在三年一遇的设计暴雨强度下,对比分析了不计和计入管道局部水头损失两种情况下的管道测压管水头线和总水头线。结果表明,排水管道中8处三通、转弯的局部水头损失之和达1.38 m,占总水头损失的23.88%,可见忽略局部水头损失将明显高估管道的排水能力。     

管道纯净水系统在宾馆中的应用

对宾馆管道纯净水系统作了简介,并从宾馆管道纯净水供水的管网特点,管道设计秒流量,最大时变化系数kh值,管道流速v,水泵流量Q和扬程H、管材选用,阀门设置,管网水质二次污染的预防措施等方面论述了宾馆管道纯净水供水质量管网的设计,对管道纯净水系统在宾馆中的应用作了经济可行性分析,认为随着人民生活水平的提高及对饮水质量要求的提高,宾馆采用管道纯净水系统是必然的趋势。表2。     

地热站供暖二级网水力调节分析

以位于陕西省咸阳市的某建筑项目为研究对象,分析对比有源调节和泵阀调节在实际案例应用的模拟情况。研究案例属于地热供暖系统的二级管网,是典型的低温供暖系统,由于区域供暖面积逐年增加,使得原有二级管网无法满足实际需要。水力调节措施成为确保系统正常运行的关键,但粗放的管道增压泵调节方式逐渐凸显水力失调严重、能耗过高等问题。新老建筑共存的供热二级管网水力调节可结合多种调节方式,并通过详细的水力计算,选择合适的水泵流量和压头,辅助平衡阀门进行系统调节。     

间接连接区域供热系统动态特性及控制策略仿真

基于质量和能量守恒定律及传热学原理创建间接连接区域供热系统动态模型。应用此模型,模拟分析不同循环质量流量时系统动态过程,并讨论存在管道热损失、补水、换热器及散热器富裕面积对系统动态特性的影响。结合2012年2月13日~2月19日逐时室外温度对整个系统进行动态模拟。结果表明:系统特征点温度响应与实测值误差较小,证明所建动态模型的准确性和实用价值。为补偿室外温度波动对供热系统的影响,采用四种PI控制策略模拟系统动态响应和分析比较其能耗。模拟分析显示:在室内温度控制方面,锅炉燃料质量流量与末端散热装置循环质量流量联合控制具有最佳控制精度;在系统能耗方面,锅炉燃料质量流量与一次网循环水量联合控制能耗最小,且管网温度波动最小,但个别时段室内温度波动略高。     

城市化地区内涝风险模拟与分析

以青岛市黄岛区为例,构建SWMM城市雨洪模型,划分11个排水子区,模拟分析现状管网在不同重现期暴雨(1、5、10、20、30年一遇)下的排水过程,以积水时长、体积等为指标评估城市化地区内涝风险空间分布。结果表明,随着暴雨加剧,下垫面下渗截留对地表直接径流影响越来越小,管网排水负荷明显增加且显著影响排水效率,管网超载率越来越大;1年一遇暴雨时内涝风险相对较小,仅灵山卫、峄山排水区小范围积水;5年一遇时大量节点溢流,灵山卫、峄山、铁山、长安河、大卢河排水区为相对高危险区;10、20、30年一遇时约1/2节点溢流,以灵山卫、峄山、铁山、长安河、大卢河、豆金河排水区最严重,整体管网不能满足城市排涝。     

基于EPANET的市政管网二次供水设备数值模拟研究

为分析两种二次供水设备—管网叠压(无负压)设备与节能错峰供水设备对市政管网流量和压力的影响,利用有压管网数值模拟软件EPANET构建城市区域管网数值模型,在管网模型8个节点处分别添加概化后的两种二次供水设备进行运算分析,发现无负压设备仅会增加使用该设备处的8个节点的压力,对管网中其他位置的流量和压力影响较小。而节能错峰供水设备对市政管网影响较大,使用8个节能错峰供水设备后,在用水高峰来临前后,各压力区间节点数最大差异值由10个减小至2个,且流量变化曲线更加平稳,24h最大流量差由422.76L/s变为375.25L/s;此外,还发现该型设备数量对管网压力波动影响显著,当设备数量减少为6个时,管网中流量和压力也相对稳定,而当设备数量继续减少至4个及2个时,低压区节点数持续增加,且流量变化曲线波动增大,表明此二次供水设备数量与管网中流量和压力有较大相关性。研究成果为供水管网中二次供水设备的模型化计算与分析提供了参考。     

平原河网城市雨水系统排水能力及内涝风险评估浅析

以苏州市相城区某圩区为例,采用Mike系列模型建立排水防涝系统耦合模型,同时考虑平原河网地区城市排水防涝特征,将恒定均匀流推理公式法、水量平衡法等传统推理公式法与数学模型法相结合,评估多种情景下的雨水系统排水能力、内涝风险。结果表明,研究区域现阶段排水防涝系统主要问题在于管网排水能力不足导致涝水无法排入河道引起地面积水,排水防涝措施应首先提升管网排水能力,同时也要注意适当提升河网蓄泄能力,使市政排水和水利排涝标准相匹配,最大程度地发挥平原河网区二级排水系统的综合效益。     

基于不同网格分辨率的大尺度模式径流的汇流分析

径流量往往基于较大空间尺度计算求得,再采用汇流模型将径流量转换为河道流量过程。对于大尺度的汇流模型,汇流网络与流域实际河网差别较大,因此采用不同网格分辨率计算分析大尺度径流量的汇流,并应用单位线法和线性圣维南方程计算坡地和河网汇流。结果表明,实际汇水面积随着网格分辨率的不同变化很大;不同时间尺度和网格分辨率下的流量结果的偏差与实际汇水面积和流量值本身大小有关;网格分辨率对流量的影响形式在较大的时间尺度上更加明显。     

工业流体系统风介质水力、热力耦合特性研究

利用连续性方程、动量方程和状态方程建立了稳定流动时管道压降的计算模型,并简化求解得出了压降计算公式,建立了热交换器水力模型,同时通过给出等效长度的计算方法使得其阻力计算与管道一致,进而将其加入管网水力计算,建立了管网各组件热力计算的数学模型;同时给出管网水力计算、节点温度计算及节点压力计算的数学解法,通过反复迭代校正管段流量、管段平均密度和定压比热的方式使得水力和热力计算耦合,并以实际管网为例,对管网水力、热力工况进行了计算,计算结果与实际运行结果比较表明,该方法可用于指导工程实践,将有助于提升流体系统的设计精度与节能挖掘深度。     

基于水力模型的无收益水量分配方法

无收益水量的合理分配对管网模型计算精度影响较大。为了尽可能真实地反映节点实际用水量,基于供水管网的一致漏损模型,将无收益水量分为真实漏损和表观漏损两部分,在原有管长影响因素的基础上增加考虑了压力及流量,提出了漏失模型法的流量分配方法,并以天津市H区给水管网模型为例进行了计算验证。结果表明,对于沿线流量分配法与漏失模型法两种流量分配方法,其压力监测点处的模拟值在每个时刻与实测值的误差均在±2m之内;二者水力计算所得的节点压力相差约0.2m,漏失模型法的流量分配结果明显更靠近监测点的实测值,精度较高。     

SWMM模型在深圳市民治河流域的应用

以深圳市民治河流域为研究区域,对组成排水系统的排水管网、道路和河道水系进行合理概化,构建了基于ArcGIS的排水系统数据库。利用流域DEM、街区和道路分布图在ArcGIS中对民治河流域进行子汇水区划分。由此基于双层排水系统思想构建民治河流域SWMM模型,并采用6场实测降雨资料对该模型进行验证,所得内涝淹没位置与实际调研情况基本相符,表明所建模型具有良好的精度和可靠性;分别对重现期为1、2、5、10、20年的设计暴雨情形下管道超负荷、节点溢流等情况模拟表明,该模型较好地评估了该流域排水管网的排水能力,为区域防洪排涝管理、调度、规划和雨洪资源利用提供了决策依据。     

城市排水管网混合流数值模拟研究进展

全球气候变化背景下,城市洪涝灾害事件频发,城市雨洪模型将扮演愈发重要的角色。精细化的城市雨洪模型离不开对排水管网水流的准确模拟。混合流在排水管网系统中普遍存在,研究其机理和精确模拟技术对城市排水模型和雨洪模拟精度的提升意义重大。因此,从混合流数值模拟方法、混合流物理模型及城市排水管网模型等三个方面综合分析了国内外在混合流模拟和计算方面的研究进展,并分析了当前研究存在的不足,在此基础上对未来排水管网混合流方面的研究工作进行了展望。     

供水管网空气阀进排气过程中的流通面积计算与分析

随着内部结构改造,空气阀的结构更加多样化,加之动作过程中缓冲装置及内部球体的位置变化等,导致进排气过程中孔口流通面积随管道内外压差的变化而存在差异。首先将空气阀的仿真模拟流量值与行业标准值进行对比,得出标准规范数据偏小,应适当增大;其次,基于仿真模拟数据与标准规范数据,分别计算空气阀的进排气流通面积,得出空气阀排气时出口流通面积大于公称通径对应面积,进气时的入口流通面积小于公称通径对应面积。该研究结果可为空气阀的计算及选型提供指导。     

基于LID组合措施的张家港中心城区雨洪控制效果模拟研究

针对城市化发展迅速,单一的灰色基础设施已不能满足现代化城市排水需求而造成城市内涝频频发生的问题,利用SWMM软件构建张家港中心城区排水防涝模型,并选用适合城市排水防涝计算的综合设计雨型作为模型的上边界输入,模拟现状条件和4种LID组合方案下地表径流量、溢流节点个数和超载管道个数的削减情况,分析了研究区雨洪控制效果.结果...     

一种基于FFT变换的供水管网节点压力频域分析方法

供水管网出现漏损点时,由于其隐蔽性不易被察觉,长时间的漏损积累不仅造成水资源浪费,也会出现供水产销差的问题。将频域分析法引入到供水行业,提出一种基于FFT变换的供水管网节点压力频域分析方法,首先通过编写程序调用EPANET对供水管网进行运行优化模拟,然后将求解的最优泵阀调度方案反代入模拟漏损点工况内,借助傅里叶变换将随时间变化的节点压力转换为振幅信号,从频域的角度分析管道节点压力,从而判断漏损点距离管道起始节点的长度范围。通过验证,与以往基于压力分析漏损点相比,该方法可从频域信号视角来判断管道是否正常运行及漏损点位置范围,有利于供水行业智慧化。     

平原河网城市管网排水能力影响因素模拟研究

我国平原河网城市的两级排涝模式常存在标准不衔接问题,致使强降雨发生时,管网系统的水力特性、排水能力受降雨强度和承泄水体水位的双重影响,涝水外排困难。为此,以苏州工业园区的市政排水系统与水利排涝系统为例,基于SWMM模拟多情景洪涝过程,分析得出河道水位在1.70～2.30 m之间时,研究区域积水的主要原因是现状管网系统自身能力不足,河道水位加剧了积水情况;当水位超过2.30 m并不断上涨时,管网系统排水能力骤减,河道水位逐渐成为制约管道过流能力、加重积水程度的主要因素,建议研究区域河道排涝控制最高水位宜在2.30～2.32 m左右。该结论可为城市河道水位调控以提高城市排水防涝能力提供参考。     

基于ArcGIS的排水管网数据转换及检查方法

为了解决城市排水管网建设中的数据收集和整理问题,提出了基于CAD和ArcGIS数据特点的排水管网数据转换方法,利用ArcEngine的二次开发功能,编写排水管网数据检查程序,采用SQL结构化查询语句对排水管网数据进行管道逆坡、管道错位、管网上下游追踪等多项拓扑关系的检查,实现了快速、准确且直观的错误数据定位,并将其应用于宁波市污水管网建设中。结果表明,基于ArcGIS的排水管网数据转换及检查方法,一定程度上解决了排水管网信息化建设中数据庞大和繁琐的问题,且提高了数据的准确性和工作效率。