鳳凰縣古城區(qū)“環(huán)狀”排水系統(tǒng)的計(jì)算及分析

文/徐俊杰，湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司

鳳凰縣古城區(qū)“環(huán)狀”排水系統(tǒng)的計(jì)算及分析

文/徐俊杰，湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司

“環(huán)狀”排水管網(wǎng)在現(xiàn)實(shí)中大量存在，但計(jì)算軟件一般認(rèn)為該類(lèi)排水管網(wǎng)為錯(cuò)誤管網(wǎng)而無(wú)法計(jì)算。本文以鳳凰縣古城區(qū)“環(huán)狀”排水管網(wǎng)為例，通過(guò)數(shù)據(jù)互通將排水管網(wǎng)擬化為“數(shù)據(jù)包”，然后將包含了管道信息的“數(shù)據(jù)包”導(dǎo)入不同的軟件中進(jìn)行計(jì)算，為現(xiàn)實(shí)中大量存在的“環(huán)狀”排水系統(tǒng)準(zhǔn)確計(jì)算提供了可行的解決方法。

“環(huán)狀”排水；數(shù)據(jù)互通； MikeUrban

鳳凰縣地處湖南省湘西土家族苗族自治州的西南角，是國(guó)家歷史文化名城、國(guó)家AAAA級(jí)景區(qū)。鳳凰古城區(qū)位于鳳凰縣城中心，是整個(gè)鳳凰縣的核心景區(qū)。古城區(qū)的排水系統(tǒng)是在長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程中自然形成的，沒(méi)有系統(tǒng)規(guī)劃作為建設(shè)依據(jù)，與一般排水系統(tǒng)相比，鳳凰縣古城內(nèi)的排水系統(tǒng)有一明顯特征：排水管溝是“環(huán)狀”管溝。一般的排水系統(tǒng)是“樹(shù)狀”排水系統(tǒng)，即水流在管道內(nèi)的流向是一定的，水流基本是單向流。但鳳凰縣古城區(qū)內(nèi)的排水管溝為周邊居民自由開(kāi)鑿形成，分叉點(diǎn)非常多，形成了“環(huán)狀”排水系統(tǒng)，水流在管溝內(nèi)的流向不確定，各個(gè)方向的流量亦不確定。

圖01 一般排水系統(tǒng)示意圖

（一般排水系統(tǒng)采用“樹(shù)狀網(wǎng)”排水，水流在管溝內(nèi)的流向是確定的）

圖02 鳳凰古城內(nèi)排水系統(tǒng)示意圖

（鳳凰古城內(nèi)排水系統(tǒng)采用“環(huán)狀”排水，水流在管溝內(nèi)的流向和流量均不確定）

圖03 鳳凰古城內(nèi)排水系統(tǒng)航拍示意圖

（圖中紅色圓點(diǎn)代表發(fā)生了分流的節(jié)點(diǎn)）

為對(duì)古城內(nèi)的排水系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，特編制古城內(nèi)的排水系統(tǒng)專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃。編制排水規(guī)劃的過(guò)程中存在一個(gè)主要的技術(shù)問(wèn)題：雖然在現(xiàn)實(shí)中，“環(huán)狀”排水網(wǎng)大量客觀存在，但由于設(shè)計(jì)規(guī)范不允許出現(xiàn)“環(huán)狀”排水管網(wǎng)，因此目前大部分管網(wǎng)計(jì)算軟件遇到“分流”情況則自動(dòng)報(bào)錯(cuò)，計(jì)算停止，無(wú)法對(duì)現(xiàn)實(shí)存在的“環(huán)狀”排水管網(wǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算和優(yōu)化。

筆者經(jīng)過(guò)一定的測(cè)試和探索解決了該問(wèn)題，解決該問(wèn)題的基本思路是：通過(guò)不同計(jì)算軟件之間的融合和數(shù)據(jù)互通將排水管網(wǎng)（包括管道、檢查井及附屬設(shè)施等）擬化為“數(shù)據(jù)包”，然后將包含了管道信息的“數(shù)據(jù)包”導(dǎo)入不同的軟件中進(jìn)行計(jì)算及校核，充分利用各軟件的優(yōu)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)對(duì)“環(huán)狀”排水管網(wǎng)的計(jì)算。

目前排水管網(wǎng)相關(guān)軟件可分為兩大類(lèi)：計(jì)算類(lèi)軟件及模擬類(lèi)軟件。計(jì)算類(lèi)軟件如“鴻業(yè)”“天正”等，模擬類(lèi)軟件軟件如丹麥的“Mike Urban”、英國(guó)的“InfoWorks”等。計(jì)算類(lèi)軟件偏重于管網(wǎng)的計(jì)算，但不允許“環(huán)狀”排水管網(wǎng)的出現(xiàn)。模擬類(lèi)軟件偏重于模擬管網(wǎng)在不同條件下的水力狀況，可接受“環(huán)狀”管網(wǎng)，但管道數(shù)據(jù)（如管徑、坡度、管底標(biāo)高）的調(diào)整非常繁瑣費(fèi)時(shí)，出圖亦不符合目前中國(guó)相關(guān)規(guī)范要求。以上兩類(lèi)軟件基于不同的軟件平臺(tái)（分別基于AutoCAD平臺(tái)和ArcGIS平臺(tái)），因此數(shù)據(jù)無(wú)法互相利用。按照以上提到的思路，筆者實(shí)現(xiàn)了對(duì)鳳凰縣古城區(qū)內(nèi)的“環(huán)狀”管網(wǎng)的定量化計(jì)算及優(yōu)化。

解決“環(huán)狀”排水管網(wǎng)計(jì)算問(wèn)題的主要步驟如下：

1.在傳統(tǒng)管網(wǎng)計(jì)算軟件（如“鴻業(yè)”等）中進(jìn)行管道布置、初步計(jì)算及坡度調(diào)整，并保存計(jì)算書(shū)。此步不再詳細(xì)介紹，詳參相關(guān)軟件說(shuō)明書(shū)。

2.將第一步獲得的計(jì)算書(shū)存為Excel格式（.xls）文件，由于計(jì)算書(shū)中包含了管道及檢查井的所有相關(guān)信息（管徑、長(zhǎng)度、坐標(biāo)等），可將計(jì)算書(shū)視為包含了所有管道信息的“數(shù)據(jù)包”。然后按照Mike Urban（本文以Mike Urban為例）可接受的格式進(jìn)行調(diào)整，即為M ike Urban可接受的“數(shù)據(jù)包”。注：（1）由于不同軟件所要求的格式差異巨大，因此必須對(duì)每種軟件的格式要求、度量單位等有準(zhǔn)確的理解。（2）除excel格式外，shp格式，csv格式等也被部分軟件接受，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

圖04 典型“鴻業(yè)”軟件計(jì)算書(shū)

圖05 典型Mike Urban軟件數(shù)據(jù)庫(kù)

（“鴻業(yè)”計(jì)算書(shū)與 Mike Urban數(shù)據(jù)庫(kù)雖然編排格式、數(shù)據(jù)單位不同，但主要信息均采用表格形式存儲(chǔ)，在進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換、順序編排后，可將計(jì)算書(shū)導(dǎo)入到Mike Urban的數(shù)據(jù)庫(kù)中）

3.將調(diào)整后的“數(shù)據(jù)包”導(dǎo)入Mike Urban（或其他模擬軟件）并進(jìn)行微調(diào)后即可進(jìn)行模擬計(jì)算。

圖06 將調(diào)整后的“數(shù)據(jù)表”以excel格式導(dǎo)入Mike Urban軟件

4.計(jì)算完畢后提取并分析計(jì)算成果。對(duì)Mike Urban模擬計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行提取及分析。

對(duì)管道各分流處的流量進(jìn)行分析如下:

圖07 分流管道的流量曲線分析圖（m3/s）

上圖為分流節(jié)點(diǎn) D188處的各管道的流量分析圖，其中黑色線的為上游管（編號(hào)171）的流量變化圖，綠色線為下游管（編號(hào)184）的流量變化圖，藍(lán)色線為下游管（編號(hào)172）的流量變化圖。上圖表明：上游管171的大部分流量都由下游管184流出，而下游管道17 2僅承擔(dān)很少的流量。因此，根據(jù)各管道的最大流量，計(jì)算出各管管徑如下：

管段編號(hào) 最大流量（m3/s） 管徑（mm） 選取管徑（mm） 備注171 0.65 900 1000 非標(biāo)管采用大一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)管184 0.51 900 1000 非標(biāo)管采用大一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)管172 0.15 600 600

同理，可對(duì)其他分流點(diǎn)處的管段流量進(jìn)行分析

通過(guò)以上步驟即可實(shí)現(xiàn)了對(duì)“環(huán)狀”排水管溝進(jìn)行準(zhǔn)確的定量計(jì)算，并對(duì)不滿足要求的管段進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后再次計(jì)算，直至滿足要求。

結(jié)論：本文通過(guò)對(duì)鳳凰縣古城區(qū)“環(huán)狀”排水系統(tǒng)的研究，對(duì)不同軟件間的數(shù)據(jù)互通進(jìn)行了嘗試并實(shí)現(xiàn)了對(duì)“環(huán)狀”排水系統(tǒng)的定量計(jì)算。通過(guò)將不同計(jì)算軟件的數(shù)據(jù)信息擬化為“數(shù)據(jù)包”從而實(shí)現(xiàn)了不同軟件的互相計(jì)算及驗(yàn)證，解決了“環(huán)狀”排水系統(tǒng)的定量計(jì)算問(wèn)題并提高了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，為現(xiàn)實(shí)中大量存在的“環(huán)狀”排水系統(tǒng)的準(zhǔn)確計(jì)算提供了可行解決方法。

【注釋】

Mike Urban是一款由丹麥DHI公司開(kāi)發(fā)的軟件，主要運(yùn)用于城市供水管網(wǎng)、排水管道的模擬，是水行業(yè)內(nèi)最專(zhuān)業(yè)的管網(wǎng)建模軟件之一。該軟件基于ArcGIS平臺(tái)，在世界上數(shù)十個(gè)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。

鴻業(yè)（管立得）是國(guó)內(nèi)鴻業(yè)科技公司開(kāi)發(fā)的一款管網(wǎng)計(jì)算軟件，主要運(yùn)用于城市供水管網(wǎng)、排水管道的計(jì)算及出圖。該軟件基于A utoCAD平臺(tái)，在國(guó)內(nèi)有廣泛運(yùn)用。

1.孫慧修，郝以瓊等。排水工程（上冊(cè)），中國(guó)建筑工業(yè)出版社。

2.魏秉華等。給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè) 第五冊(cè) 城鎮(zhèn)排水，中國(guó)建筑工業(yè)出版社。

3.鴻業(yè)科技。鴻業(yè)管立得11.0用戶手冊(cè)，鴻業(yè)科技。

徐俊杰（1982—），男，湖南長(zhǎng)沙人。碩士，工程師，主要從事市政給排水設(shè)計(jì)工作。