計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型在城市排水管理中的應(yīng)用

董淑賢

（邯鄲市市政排水管理處，河北邯鄲 056002）

計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型在城市排水管理中的應(yīng)用

董淑賢

（邯鄲市市政排水管理處，河北邯鄲 056002）

隨著計(jì)算機(jī)信息互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的普及與發(fā)展，適應(yīng)計(jì)算機(jī)高速發(fā)展的管理技術(shù)能力及相適應(yīng)的技術(shù)實(shí)施流程應(yīng)運(yùn)而生。特別是在城市基礎(chǔ)建設(shè)中的排水管理系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型在該領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)陳舊的管理模式，以更加立體化的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)管理理念及與國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域相接軌的管理模式相結(jié)合，為城市排水管理系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了更加廣闊的發(fā)展前景。本文將從不同視角對(duì)計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型在城市排水管理系統(tǒng)中的建立與應(yīng)用等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討。

計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型 概念 原理

城市排水管理系統(tǒng)是城市發(fā)展過(guò)程中最重要的建設(shè)管理工作，也是直接與人們生活息息相關(guān)的民生工作內(nèi)容。從我國(guó)改革開(kāi)放初期到現(xiàn)在，國(guó)民經(jīng)濟(jì)在高速飛快地發(fā)展，我國(guó)的城市化建設(shè)管理工作也隨之發(fā)生了翻天覆地的變化。特別是在城市排水系統(tǒng)管理方面的工作，在充分考察與借鑒國(guó)外一些城市相關(guān)管理系統(tǒng)工作的經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，也逐漸地在探索發(fā)展新的技術(shù)管理思路。計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型在針對(duì)城市排水系統(tǒng)方面的實(shí)際運(yùn)用中，為城市排水管理手段增添了新的發(fā)展思路。

1　計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型的概念及基本原理特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型是指將城市排水系統(tǒng)中的組成設(shè)施（如:管網(wǎng)、閥門(mén)、水泵等）的自身所具有的特質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)及排水量的數(shù)據(jù)分別在管網(wǎng)模擬計(jì)算機(jī)軟件里進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，實(shí)行時(shí)差模擬運(yùn)算，并獲得規(guī)定校驗(yàn)準(zhǔn)則的模型。其基本原理是:建立排水系統(tǒng)計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型的St. Venant 方程是運(yùn)用有限元法則，算出聯(lián)立的非線性的方程的解，以獲得計(jì)算排水管網(wǎng)的管段流動(dòng)量及其節(jié)點(diǎn)的水位。由于建立排水系統(tǒng)計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型的St. Venant 方程能夠極大限度地滿足排水系統(tǒng)所運(yùn)用計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型所有的相關(guān)數(shù)據(jù)要求，因此，得以有效實(shí)踐與運(yùn)用。其特點(diǎn)如下:第一，能夠?qū)崿F(xiàn)能量守恒原理；第二，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)量守恒原理；第三，能夠了解水的不可壓縮性的物質(zhì)；第四，能夠更加準(zhǔn)確地測(cè)算出城市排水管網(wǎng)的流水力學(xué)中重力的特點(diǎn)；第五，能夠更加準(zhǔn)確地測(cè)算出城市排水管網(wǎng)的流水力學(xué)中的滿管的特點(diǎn)；第六，能夠?qū)账F(xiàn)象及管網(wǎng)中管道的坡降線進(jìn)行精確測(cè)算；第七，能夠有效地管控排水系統(tǒng)建立中的流動(dòng)形態(tài)、樹(shù)型網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)的水力學(xué)特性。

2　建立計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型

城市的排水管理應(yīng)用中，建立規(guī)模較大的計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型是一項(xiàng)非常系統(tǒng)的工程。其建立模型內(nèi)容如下:

2.1建立管網(wǎng)模型

建立管網(wǎng)模型的首要條件是必須要有精準(zhǔn)的城市排水管道分布網(wǎng)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是由城市排水管網(wǎng)內(nèi)部架構(gòu)的精細(xì)數(shù)據(jù)所組成（例如:管道的規(guī)格、管道的埋設(shè)深度、管道的鋪設(shè)坡度、管道的粗糙系數(shù)、節(jié)點(diǎn)到地面的標(biāo)高和地理的坐標(biāo)、井的規(guī)格尺寸及深度、管網(wǎng)臨界點(diǎn)的構(gòu)成條件等）。

2.2建立載重負(fù)荷模型

建立載重負(fù)荷模型主要依靠的是其分布的資料。其中包括:點(diǎn)與線載重負(fù)荷的分布地理區(qū)間、排水的規(guī)律及降雨的頻率曲線、地面的坡度、匯集面積及地面徑流的距離、地表水面滲透指標(biāo)及地表粗糙指標(biāo)、單位平均的地表水蒸發(fā)指標(biāo)等。

2.3建立邊界條件模型

建立邊界條件模型主要取決于城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的分析效果及實(shí)際測(cè)算過(guò)程中所需要的數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)確性。

3　計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型在城市排水管理中的應(yīng)用管理及實(shí)踐總結(jié)

計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型能夠在城市排水管理中得到運(yùn)用的先決條件，就是按照上述構(gòu)建模型獲得精準(zhǔn)的資料。現(xiàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型在城市排水管理中的應(yīng)用作實(shí)例分析如下:

3.1計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型在城市排水系統(tǒng)的防汛管理應(yīng)用

（1）計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型其建立的目的。第一，檢測(cè)已建成的排水系統(tǒng)是否能滿足設(shè)計(jì)規(guī)劃；第二，檢測(cè)出已建立的排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題；第三，匯總提高城市排水管理系統(tǒng)的功能目標(biāo)所應(yīng)實(shí)施的工作內(nèi)容。

（2）計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型的建立內(nèi)容。第一，錄入城市排水系統(tǒng)的管網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括:管網(wǎng)長(zhǎng)度、管徑、坡度、粗糙系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)距地面的高度、管底的高度、檢測(cè)井平面的尺寸和井底部的高度、水泵站中集水井的平面尺寸、泵站與泵機(jī)的工作曲線、泵站出水口管線管徑及管底高度等；第二，錄入載重負(fù)荷的數(shù)據(jù)參數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量的降雨曲線進(jìn)行計(jì)算；第三，錄入邊界條件數(shù)據(jù)。應(yīng)根據(jù)最高的汛期的變化曲線作為計(jì)算錄入的依據(jù)。

3.2計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型在城市排水系統(tǒng)的防汛管理實(shí)踐總結(jié)

第一，暴雨的強(qiáng)度如果大于既定的設(shè)計(jì)值時(shí)，相對(duì)于既定的城市排水管網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其水流將由重力流轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫α鳌．?dāng)排水管道里的水流速度加大，管網(wǎng)中的坡降也隨著水位線增加而增加。因此，由于排水管道的通水能力以及泵機(jī)設(shè)備的排水功能在強(qiáng)降雨下就有可能產(chǎn)生地面積水現(xiàn)象。所以，在排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行可行性提升處理，即:對(duì)于雨水管道其管徑應(yīng)占有相對(duì)的比重應(yīng)大于管道的坡降，而排污水管道應(yīng)按照反方向的比例操作，即雨水管道管徑大、坡度小，污水管道正好相反。第二，應(yīng)將排水管網(wǎng)的調(diào)整儲(chǔ)藏水量的作用充分發(fā)揮出來(lái)。通過(guò)保持管網(wǎng)的低水位，來(lái)減輕地面積水的現(xiàn)象發(fā)生的次數(shù)，而選擇適合的運(yùn)行來(lái)控制水位是十分重要的。第三，在對(duì)雨水的管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，要注意積水面積均勻分布，不勻稱的負(fù)荷載重分布將使地區(qū)的排水能力低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第四，通過(guò)水力學(xué)模型研究排水泵站的運(yùn)行，應(yīng)控制水位在允許水位下。

4　結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在城市排水系統(tǒng)的建立過(guò)程中，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)水力學(xué)模型的深入應(yīng)用與發(fā)展，將給城市排水系統(tǒng)帶來(lái)更廣闊的發(fā)展提升的空間，同時(shí)，也需要通過(guò)實(shí)踐中的信息反饋，不斷地深化與改進(jìn)，使城市的排水系統(tǒng)的功能作用充分地發(fā)揮出來(lái)。

［1］管新崗.城市排水信息化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.信息技術(shù)，2013（05）.

［2］王美秋.排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.同濟(jì)大學(xué)，2007.

［3］龔偉.針對(duì)暴雨積水災(zāi)害的城市防汛決策支持系統(tǒng)研究［D］.河海大學(xué)，2007.

［4］譚瓊.排水系統(tǒng)模型在城市雨水水量管理中的應(yīng)用研究［D］.同濟(jì)大學(xué)，2007.

［5］黃學(xué)平，柯穎.城市排水管網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)模型研究綜述［J］.南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，06：34-38.