數(shù)學(xué)模型在城市排水規(guī)劃中應(yīng)用的相關(guān)問題

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市的建設(shè)越來越快，城市的排水規(guī)劃需要不斷擴(kuò)展，城市的排水規(guī)劃包括雨水以及城市污水，排放量的增多使得城市原有的排水規(guī)劃不能適應(yīng)城市日益增多的排水范圍，為了使排水計(jì)算更加準(zhǔn)確，需要對(duì)原有的設(shè)計(jì)規(guī)劃進(jìn)行創(chuàng)新與完善，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型在城市排水規(guī)劃中應(yīng)用的范圍很廣，可以有效的緩解排水壓力。下面我們主要針對(duì)雨水排放系統(tǒng)分析了數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用流程、面臨的問題以及應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)模型；城市；排水規(guī)劃；應(yīng)用；問題

在城市的排水規(guī)劃中，排水系統(tǒng)主要是用于抵抗大自然中的暴雨災(zāi)害，這些排水系統(tǒng)可以有效的保護(hù)城市中的重要設(shè)施，使其免遭破壞，也可以保障城市居民的日常生活與生產(chǎn)可以更加方便舒適。我國在建設(shè)城市時(shí)，排水規(guī)劃一直引用的是國外經(jīng)驗(yàn)，其實(shí)并不是很適合我國的國情與城市的實(shí)際情況，尤其是我國發(fā)展的越來越快，城市的各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的越來越多，對(duì)設(shè)施的保護(hù)變得尤為重要，而原來的排水系統(tǒng)規(guī)劃已經(jīng)不能適應(yīng)城市排水的需求，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)學(xué)模型可以使城市排水系統(tǒng)更加完善，數(shù)學(xué)模型可以彌補(bǔ)城市排水規(guī)劃的不足，下面我們以雨水系統(tǒng)為例，分析下數(shù)學(xué)模型在城市雨水系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用流程以及具體的應(yīng)用方法。

1 數(shù)學(xué)模型在城市雨水系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用流程

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用不但可以改善城市雨水系統(tǒng)規(guī)劃的方法，而且可以提高城市雨水規(guī)劃系統(tǒng)的安全性，為了使數(shù)學(xué)模型可以更好的為城市排水規(guī)劃提供便利，我國市政排水規(guī)劃研究小組，借鑒了很多國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，積累了很多國外利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行排水的經(jīng)驗(yàn)，并且結(jié)合我國部分城市的實(shí)際情況以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，在實(shí)踐中總結(jié)了一套數(shù)學(xué)模型應(yīng)用在雨水排水系統(tǒng)的流程。

首先，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型必須明確研究的對(duì)象，我國的城市經(jīng)濟(jì)與氣候差異很大，南方北方的降雨量也有很大的不同，不同的降雨情況，采用的數(shù)學(xué)模型方法也各不相同。其次還要明確研究的范圍有多廣，籠統(tǒng)的分析，必然使得計(jì)算的結(jié)果不夠精確，影響數(shù)學(xué)模型的正確性，在確定范圍的時(shí)候可以根據(jù)研究對(duì)象與雨水系統(tǒng)的影響關(guān)系來判斷。接下來，要對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行一系列的分析并且整理成資料，比如要收集研究對(duì)象的雨水現(xiàn)狀情況，在不同季節(jié)的降雨量情況，研究對(duì)象在當(dāng)前的雨水狀態(tài)下的設(shè)計(jì)資料、對(duì)雨水監(jiān)測情況的資料等，并對(duì)這些資料進(jìn)行整理，這個(gè)步驟主要是為日后數(shù)學(xué)模型發(fā)揮效用提供基礎(chǔ)資料。接下來，就需要為城市建立雨水系統(tǒng)模型，這個(gè)模型包含現(xiàn)狀系統(tǒng)模型以及規(guī)劃模型，現(xiàn)狀模型主要是用來分析參考的，規(guī)劃模型則是用來做預(yù)測方案的。這兩個(gè)模型都需要建立數(shù)據(jù)庫，也需要對(duì)暴雨進(jìn)行分析預(yù)測以及對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。這些工作做完后就需要對(duì)排水規(guī)劃制定標(biāo)準(zhǔn)，不論是城市中已經(jīng)建立排水系統(tǒng)的地區(qū)還是未建立的，都需要根據(jù)相關(guān)情況制定雨水系統(tǒng)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，從而更好的制定城市排水方案。最后，就是需要對(duì)數(shù)學(xué)模式的模擬方案進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，模擬的模型包括可能發(fā)生積水的積水點(diǎn)分布圖、積水點(diǎn)面積、深度、時(shí)間以及積水流速的數(shù)據(jù)圖等等，最后的步驟就是對(duì)這些模擬方案進(jìn)行局部的優(yōu)化與整體的調(diào)整。

2 數(shù)學(xué)模型應(yīng)用在城市雨水系統(tǒng)時(shí)面臨的問題

（1）確保資料的完整性以及正確性。在應(yīng)用數(shù)學(xué)模型前，首先要把所有相關(guān)的資料、數(shù)據(jù)整理成冊(cè)，要保證這些資料的正確性，而且這些資料越完整建立的排水模型就越完善。所以在搜集這些資料時(shí)，一定要保證雨水現(xiàn)狀資料、設(shè)計(jì)資料、監(jiān)測資料的收集，這三方面的資料越全面越好。這就要求在收集現(xiàn)狀資料時(shí)，要注意收集這個(gè)地區(qū)的地質(zhì)地貌情況的資料、這個(gè)地區(qū)地面鋪設(shè)情況的資料、排水現(xiàn)狀的資料，排水現(xiàn)狀還包括管道的鋪設(shè)與分布等情況。而設(shè)計(jì)方面的資料注意包括設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)、依據(jù)，城市未來的征地計(jì)劃，排水管道的設(shè)計(jì)以及參數(shù)等等方面。監(jiān)測資料主要是對(duì)這個(gè)地址的降雨量的監(jiān)測，排水情況的監(jiān)測，以及對(duì)這個(gè)地區(qū)排水的水質(zhì)的監(jiān)測等等。這些資料的收集可以確定城市的水力模型，所以在收集整理的過程中一定要仔細(xì)認(rèn)真，避免失誤以及遺漏。

（2）應(yīng)對(duì)模型軟件平臺(tái)的選擇?？v觀世界應(yīng)用的各類數(shù)學(xué)模型軟件，應(yīng)用比較廣泛的有美國環(huán)保署開發(fā)的SWMM和丹麥DHI等產(chǎn)品。我國在選擇模型軟件時(shí)要結(jié)合城市的實(shí)際情況，城市排水規(guī)劃的經(jīng)費(fèi)以及用途等等，既要保證軟件的有效性，也要保證方案的經(jīng)濟(jì)性，為了使軟件能更好的得到利用，相關(guān)工作人員一定要充分的了解軟件的各項(xiàng)功能，保證這些功能能充分的發(fā)揮在模型設(shè)計(jì)中。

（3）對(duì)數(shù)學(xué)模型的校準(zhǔn)。運(yùn)用軟件建立起雨水系統(tǒng)模型，為了使模型發(fā)揮更大的作用，必須結(jié)合實(shí)際情況對(duì)模型進(jìn)行校對(duì)與優(yōu)化，這就要求相關(guān)人員必須根據(jù)收集的基礎(chǔ)資料，對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比與改進(jìn)，主要是將城市可能會(huì)遭到的強(qiáng)降水資料模擬在模型中，利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算出的結(jié)果與基礎(chǔ)資料中的監(jiān)測流量進(jìn)行對(duì)比，如果出現(xiàn)的誤差比較大，一定要對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修改，直到計(jì)算出的結(jié)果與監(jiān)測的數(shù)據(jù)相差不大時(shí)，才能保證數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建是正確的。

3 數(shù)學(xué)模型應(yīng)用在城市雨水排水系統(tǒng)規(guī)劃的優(yōu)化措施

除了上述數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用流程，需要優(yōu)化的措施有：設(shè)計(jì)工況校核分析，首先進(jìn)行初步校核，分析采用的參數(shù)是否合理，排水流域的劃分是否正確、合理等。其次，進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)方案校核，即在模型中設(shè)置與規(guī)劃設(shè)計(jì)條件等價(jià)的參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，分析管徑計(jì)算結(jié)果及系統(tǒng)間的銜接關(guān)系是否合理。其中，設(shè)計(jì)工況校核的標(biāo)準(zhǔn)為：在設(shè)計(jì)重現(xiàn)期內(nèi)，雨水管道應(yīng)為無壓流狀態(tài)。下一個(gè)需要優(yōu)化的是，問題分析及雨水系統(tǒng)調(diào)整：針對(duì)雨水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，在分析原因后，需進(jìn)行方案的調(diào)整，并重新模擬，直至滿足設(shè)計(jì)土況校核的標(biāo)準(zhǔn)。還有一項(xiàng)需要優(yōu)化的是雨峰位置調(diào)整：由于管道內(nèi)部具有很大的調(diào)蓄空間，導(dǎo)致雨峰位置對(duì)管道壓力的影響不同。由于雨峰位置對(duì)管道內(nèi)水力情況影響較大，且進(jìn)行設(shè)計(jì)工況分析時(shí)假定雨峰位于開始時(shí)刻，與雨峰位置一般位于0.4～0.5的實(shí)際情況不符。因此，需要進(jìn)行雨峰位置調(diào)整優(yōu)化。具體步驟為：按當(dāng)?shù)亟涤暧攴鍖?duì)模擬用設(shè)計(jì)降雨進(jìn)行調(diào)整，并按照設(shè)計(jì)土況校核分析中的步驟進(jìn)行管網(wǎng)調(diào)整與優(yōu)化。

4 結(jié) 論

綜上所述，城市的發(fā)展要求對(duì)人們的生活生產(chǎn)、城市基礎(chǔ)設(shè)施等要進(jìn)行保護(hù)與完善，將數(shù)學(xué)模型應(yīng)用在城市排水規(guī)劃中，可以有效的改善城市設(shè)施被暴雨破壞等情況，數(shù)學(xué)模型要明確研究對(duì)象以及研究范圍，這樣可以保證計(jì)算結(jié)果的正確性，對(duì)數(shù)學(xué)模型的模擬可以更好的對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，總之，數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用與優(yōu)化可以使城市的排水規(guī)劃更加科學(xué)更加完善。

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作者簡介：王濤，男，漢族，山東省陵縣人，管理學(xué)學(xué)士學(xué)位，工民建工程師，研究方向?yàn)槭姓潘?/p>