浅谈Infoworks CS在城市排水管网建模中的应用

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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。

3.2 某市HZ区排水管网系统建模实例应用

在本次研究中，应用Infoworks CS对某市HZ区的排水管网进行模拟。HZ区工作面积91.50平方公里，污水管渠与合流管渠的总长约为538公里，包括11条主要道路，其中关系系统的主干管长度为119.90公里，加上截污干管的总长度约为132.87公里。经模拟，发现该片区的排水管网存在以下问题：

（1）从模型上看，出现很多管道错接和逆坡的情况。这是由于HZ区为该老城区，排水管网已经使用了很多年，管网缺少维护保养，长期受污染物质的侵蚀，管道破旧，接头漏损，在雨量少的时候，甚至出现地下水渗入管网的情况。

（2）从模型上看，出现很多流向冲突的情况。这是由于沉积物长年累月的积累在管道中，导致水流不通畅，管道过水能力下降。尤其是在雨季，雨污不分流，管内水流方紊乱。

（3）从模型上看，出现很多独立管网，或是雨污管不分流的情况。HZ区是老城区，初期管网设计不合理，管道错接混接，污水直接排江，或是雨水进入污水处理厂。

基于上述问题，能过分析数据和现场考查等手段，确定问题存在的真实性，并向上级部门提出问题。随后，结合软件的模拟结果，提出改造方案，并利用Infoworks CS分析方案的合理性。

本文比较分析介绍了常见的几款建模软件，肯定了Infoworks CS的优越性。并且通过应用Infoworks CS建立了HZ区的排水管网模型，利用模型找出该区排水管网中存在的问题，并将问题归类总结，通过现场核查、数据分析等方法，确定问题存在的合理性与真实性，对现实管网的管理与维护具有重大的意义。

参考文献

[1]潘崇伦.基于WallingFord软件的水务信息一体化管理的探讨.上海水务，2008（4）：58-61.

[2]吴小平，高飞，杨俊，等.市政排水管网系统的研究与开会[J].中国市政工程，2006，（124）：55-56.

[3]肖丹，何芳，李胜龙.小城镇供水管网模型拓扑结构的简化研究[J].中国给水排水，2009.