赵东泉：数字排水技术 城市排水必然选择

    平台可有效提高建模效率和模拟结果分析效果

    由于城市排水系统的复杂性,简单的模型无法对检查井的溢流做出可靠的动态模拟分析。要完整地模拟降雨—径流过程和雨水收集过程,需要知道雨水在管道、明渠、自然排水沟等排水管渠中的水力规律变化,计算回水影响、逆流等复杂排水情况,从而计算降雨过程中排水管网的排水负荷压力,统计检查井的溢流量和溢流持续时间。城市雨水排除系统涉及大量的管线、检查井、泵站、雨水口、排水接口区域和背景图等空间信息,由于城市地表特征和排水管网的复杂性,单纯利用数学模型,将使模型构建成为一项繁重而复杂的工作。数字排(DigitalWater)平台将GIS技术和排水管网计算模型紧密集成,提供排水管网的拓扑关系维护、汇水区的自动划分、模型参数的自动提取、模拟结果动态表达等功能,大大提高了建模效率和模拟结果分析效果。

    降雨情景模拟分析可对管网排水能力进行更全面评估

    由于城市降雨强度具有时间和空间分布的不均匀性,降雨量对城市雨水排除系统的排水规律变化有很大的影响,不同雨型的相同降雨量的降雨过程对排水系统的影响也有所不同,所以采用不同的降雨情景进行动态模拟对于城市雨水排除系统的全面评估具有重要的意义。

    城市排水工程设计中通常利用暴雨强度公式推求典型降雨过程,而这种方法计算复杂,耗时耗力。为了快捷的生成不同的降雨情景,该模块中设计开发了降雨过程生成器,可利用暴雨强度公式快速生成不同雨型不同重现期的降雨。从而辅助分析人员分析不同重现期、不同降雨量、不同雨型的降雨情景中雨水管网的排水规律。

    由国内外的很多研究都证实，不同的降雨特征对城市雨水排除系统的冲击不同。实际使用中用户可根据区域防洪要求生成不同雨型、不同重现期、不同雨峰系数以及不同时间间隔的降雨,并导入系统进行模拟分析各种降雨情景下排水系统的负荷变化规律(如检查井溢流点和溢流时间可能不同),对城市雨水管网的排水能力进行更全面的评估。

    新型模拟结果动态显示窗口可直观显示管道充满和溢流情况

    在模拟完成后,平台提供了多界面多模式的模拟结果动态显示窗口,辅助分析人员从大量的模拟分析数据中直观的了解整个管网的排水负荷空间分布和时间变化规律,有利于将存在问题的区域锁定到比较小的范围,并进行详细的分析和对策方案的研究。如通过线的粗细区分管道充满度的变化,利用点的大小显示溢流量的大小变化,利用曲线图显示选中节点的溢流量变化过程线,利用纵断面显示水深变化情况,利用三维视图直观显示管道充满和溢流情况。

    DigitalWater平台的综合管理数据库中已经考虑了降雨过程在线管道液位计和流量计监测数据的存储和管理。 利用管网在线数据采集设备,构建适合当地条件的在线数据监测和传输体系,可以实时获取管网的排水负荷和当前运行状况,如:排水泵站开车情况、流量大小、积水深度等,并以专题地图、监测图像及数据图表等形式给予直观显示。

    可利用这些数据进行模拟预测和防汛方案的制定,如:预测溢流发生时间、溢流量、排除积水所需时间、确定防汛应急响应级别及泵站开车台数等。利用模拟结果报表中的统计数据可以快速筛选出符合特定条件的检查井,如溢流时间大于1h的检查被认为是严重溢流,会对城市环境造成严重影响,是短期内雨水管网改造的重点,而其他溢流检查井可以视其溢流的严重程度分别放到管网的中期改造和长期维护规划中。此外,可根据报表中的相关的统计列表,在降雨前有重点地做好防范设施以减少检查井溢流对城市带来的威胁。

    数字排水(DigitalWater)平台可以为区域、排水流域或市域等各种不同级别的排水管网管理部门建立一个长期有效、统一方便的综合排水管网数据库,在“统一规划,分步实施”的指导思想下,通过持续的专业模块开发、管网数据维护和相应硬件支撑平台(计算机网络平台、大屏幕展示平台、管网液位与流量在线监测体系等)的建设,全面提升该地区的排水设施运营管理水平、规划决策水平和客户服务水平,为保障排水设施的安全稳定运行提供现代数字化管理手段。对提高城市雨水排除系统的应急管理水平具有重要的意义。