城市排水系统数字化管理及模拟评估技术介绍-赵冬泉-上海
SWMM模型在城市排水系统规划中的应用
SWMM模型在城市排水系统规划中的应用SWMM模型在城市排水系统规划中的应用摘要：随着城市化进程的不断加速，城市排水系统规划成为城市规划和管理的重要内容。
为了合理规划城市排水系统，提高城市防洪排涝能力，SWMM模型应运而生。
本文通过对SWMM模型在城市排水系统规划中的应用进行研究，分析其优点和不足，探讨其未来发展方向。
1. 引言城市排水系统是城市公共基础设施的重要组成部分，直接影响城市的防洪排涝能力和城市环境的质量。
城市排水系统的规划是保护城市发展、提高城市环境质量的重要环节。
SWMM （Storm Water Management Model）是一种被广泛应用于城市排水系统规划的模型，它能够精确模拟城市雨水径流和洪水分析，为城市排水系统规划提供科学依据。
2. SWMM模型的原理和结构SWMM模型是一个基于计算机的动态模拟模型，将城市排水系统中的各个组成部分以及其相互作用关系建立数学模型，通过运算得出城市排水系统的运行状态。
该模型包含五个主要部分：下雨（Rainfall）子模型、径流（Runoff）子模型、污水（Sewer）子模型、污水处理（Treatment）子模型和水质（Quality）子模型。
3. SWMM模型在城市排水系统规划中的应用（1）排水管网规划：通过SWMM模型对城市排水管网进行仿真分析，可以明确管网的流量输送能力、水位变化和其对抗洪能力，为合理设计和扩建排水管网提供科学依据。
（2）洪水模拟与预测：SWMM模型可模拟不同降雨事件下的城市洪水情况，预测洪水的范围、深度和洪水过程，并为城市的防洪工作提供技术支持和决策依据。
（3）雨水收集系统优化：SWMM模型可以评估雨水收集系统的效果，通过对不同规模、形式和设计方案的分析比较，优化雨水收集系统的设计，提高雨水的利用效率。
（4）水质监测和评估：SWMM模型可以对城市雨水径流的水质进行模拟和分析，预测污染物的扩散和水质的变化，指导城市污染物排放控制和水质改善工作。
城市内涝洪水数值模拟及三维场景构建研究
城市内涝洪水数值模拟及三维场景构建研究目录一、内容综述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究目的与意义 (3)1.3 研究内容与方法 (4)二、理论基础与文献综述 (5)2.1 城市内涝洪水形成机理 (8)2.2 数值模拟技术及其应用 (9)2.3 三维场景构建技术及其在防洪中的应用 (10)2.4 国内外研究现状及发展趋势 (11)三、城市内涝洪水数值模拟 (12)3.1 模拟方法选择 (13)3.2 模拟算子与离散化方法 (14)3.3 模拟过程与参数设置 (16)3.4 模拟结果分析与验证 (17)四、城市内涝洪水三维场景构建 (18)4.1 三维场景建模方法 (20)4.2 地形地貌建模 (20)4.3 水文气象要素建模 (22)4.4 模拟场景生成与可视化 (23)五、城市内涝洪水风险评估与管理 (24)5.1 风险评估指标体系构建 (25)5.2 风险评估模型建立与求解 (26)5.3 防洪措施与应急预案制定 (27)六、案例分析 (28)6.1 实际城市案例选择 (29)6.2 模拟结果分析与对比 (30)6.3 防洪措施实施效果评估 (32)七、结论与展望 (33)7.1 主要研究成果总结 (34)7.2 存在问题与改进方向 (35)7.3 未来研究与发展趋势 (36)一、内容综述随着城市化进程的加快，城市内涝问题日益严重，对城市基础设施和人民生活造成了极大的影响。
为了更好地了解城市内涝洪水的特点及其对城市的影响，本文对城市内涝洪水数值模拟及三维场景构建进行了研究。
本文对城市内涝的概念进行了界定，分析了城市内涝的形成机制和发展过程。
本文介绍了城市内涝洪水数值模拟的方法和技术，包括水文模型、降水模型、径流模型等，并结合实际案例对这些方法和技术进行了详细的阐述。
本文探讨了基于三维场景构建的城市内涝洪水仿真系统的设计和实现，包括数据采集、模型建立、可视化展示等方面的内容。
通过对城市内涝洪水数值模拟及三维场景构建的研究，本文旨在为城市规划和管理提供科学依据，以期减轻城市内涝带来的负面影响，提高城市的可持续发展能力。
MIKE FLOOD城市内涝模型介绍
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丹华水利环境技术（上海）有限公司 DHI CHINA
2 DHI 城市排水解决方案
DHI 排水模型广泛应用于城市排水与防洪、分流制管网的入流/渗流、合流制管网的溢流、排 水泵站优化管理、受水影响、在线模型、管流监控等方面。
DHI 的城市排水模型和咨询服务可以为用户提供系统性的解决方案，可以对水量，水质和综 合水体系进行分析。DHI 的城市水模型是建立在科学框架的基础之上，可以用于协调管理和规划。 其模型可以在进行高昂费用工程投资之前进行必要的各种预案的模拟分析。DHI 的城市水模型也 可以帮助人们了解系统的复杂性，对决策提供建议和支持。
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丹华水利环境技术（上海）有限公司 DHI CHINA
2.2 评估分析篇
排水模型用于城市排水系统的评估分析。通过分析复杂管网的网络结构、上下游关系，有助 于管理者准确了解污水管网的结构特征；通过雨污水排水现状的动态模拟分析，可以全面反映污 水管网的排水负荷现状，发现雨污水管网系统中的薄弱环节和区域，为管网的改扩建及管理提供 支持。同时为管网养护和事故处理提供决策支持。
MIKE FLOOD 的并行计算技术使用共享内存的 OpenMP 协议，可以最大程度的地发挥多 CPU 或多内核 CPU 的优势。
# CPU 个数 *)
1
2
4
8
计算速度倍数**)
~1.3
~3
~5
~8
1.1.6 专业的技术支持
DHI 在上海设有全资子公司，拥有 100 多名专业工程师，负责中国区域内的技术支持和咨询 服务。
DHI 提供的城市内涝模拟技术可以为城市排水（雨水）防涝综合规划的编制提供有力的技术支 撑。城市内涝模拟通过模拟城市排水管网、城市排水河道以及地面积水漫流过程，动态、清晰地 反映城市排水体系的排水能力，防涝设施的效果、城市积水的过程等。就《城市排水（雨水）防 涝综合规划编制大纲》，城市内涝模拟可以提供：
城市排水管理中的地理信息系统应用
• 与其他系统的集成：在城市排水管理中，GIS系统需要与其他相关系统（如水 文模型、水质模型等）进行集成，以实现更全面、准确的分析和决策支持。然 而，不同系统之间的数据格式、接口标准等可能存在差异，导致集成难度较大 。
城市排水管理中的地理信息 系统应用
2024-01-25
contents
目录
• 引言 • 地理信息系统概述 • 城市排水系统现状分析 • 地理信息系统在城市排水管理中的应用
实践 • 地理信息系统在城市排水管理中的优势
与局限性 • 未来展望与建议
01 引言
背景与意义
城市化进程加速
01
随着城市化进程的加快，城市排水系统规模不断扩大，管理难
社会参与与合作
鼓励企业、科研机构和 社会公众积极参与城市 排水管理中的地理信息 系统建设，形成多元化 的推动力量。
人才培养与团队建设
专业人才培养
加强地理信息系统和城市排水管理领域的专业人才培养，提高人 才的专业素质和实践能力。
跨学科团队建设
组建跨学科、跨领域的专业团队，整合不同领域的技术和资源，共 同推动城市排水管理中地理信息系统的应用和发展。
通过GIS技术，可以实现城市排 水管理信息的共享和交流，促 进部门之间的协作和沟通。
03 城市排水系统现 状分析
城市排水系统的组成与功能
排水管网
包括雨水管道、污水管道和合流管道，负责 收集和输送城市雨水和污水。
污水处理厂
对污水进行物理、化学和生物处理，去除污 染物，达到排放标准。
排水泵站
提升和输送污水或雨水的设施，确保排水顺 畅。
给水排水管网模型课件
优化给水排水管网的布局和设计
给水排水管网模型的建立，有助于对管网的布局和设计进行优化，提高管网的效 率和可靠性。
通过模拟不同设计方案的效果，可以对比分析各种方案的优缺点，选择最优方案 进行实施，降低建设和运营成本。
04
给水排水管网模型的局限 性
模型建立的假设条件
假设管网中的水流为恒定状态 ，忽略了瞬态水流的影响。
模型应用领域的拓展与深化
智慧水务
给水排水管网模型与物联 网、大数据等技术的结合 ，为智慧水务的发展提供 了有力支持。
防洪减灾
通过建立排水管网模型， 模拟洪水演进过程，为城 市防洪减灾提供决策依据 。
水资源管理
给水排水管网模型在水资 源合理配置、污水治理等 方面发挥了重要作用。
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02
通过模拟管网的运行状态，可以 预测管网的负荷变化和应对突发 事件的响应能力，为实际运行提 供参考。
预测给水排水管网的性能指标
利用给水排水管网模型，可以预测管 网的各项性能指标，如供水量、排水 量、水压等，为管网的优化和改造提 供依据。
通过预测性能指标，可以及时发现管 网存在的问题和瓶颈，采取相应的措 施进行改进和提升。
模型对于特殊管道（如泵站、水库等）的处理方式有限，需要结合实际情况进行修 正。
模型误差的来源与控制
01
数据采集误差
模型输入数据可能存在误差，如管道长度、直径、流速等参数的测量误
差。控制方法：采用高精度测量设备，加强数据校核与验证。
02
模型简化误差
为了简化计算和提高效率，模型可能忽略了一些次要因素，导致误差。
控制方法：根据实际情况选择合适的模型，避免过度简化或复杂化。
03
《上海市城镇雨水排水规划(2020-2035年)》规划方案介绍
第46卷第6期2020年给水排水WATER&WASTEWATER ENGINEERING Vol.46No.62020一遇防涝要求.通过山洪导流提高防洪标准达50年一遇。
表5典型降雨场次检测计算评价表Tab.5Calculation and evaluation of typical rainfall field降雨日期场降雨累计降雨量/mm场降雨体积量/m3监测外排量/m3理论产流量的1%/m3场降雨径流控制效果2019/06/0627.2946.6 3.79.5达标2019/08/022&81002.29.410.0达标4结论(1)在已建小区海绵化改造工程中通过雨洪控制系统与排水耦合设计，以源头减排、径流控制措施提高排水与防涝标准，升级改造雨水排放系统.设置超标雨水行泄通道.通过山洪导流提高防洪标准，保障水安全等是行之有效。
(2)除采用容积法计算各项指标外，以单项LID 为目标细分排水子分区并进行校核计算.可以得出部分分区和分区中部分地表径流无法汇入LID是造成实际蓄水量与设计调蓄容量偏差以及各子分区之间的不平衡的主要原因。
(3)通过各分区和子分区之间设置植草沟或连通管渠以及其他导流措施，串联转输消纳不平衡的地表径流量，减少地表径流无法汇入LID的面积等，可以解决实际蓄水量与设计调蓄容量偏差以及各子分区之间的不平衡。
参考文献［1］张辰.基于海绵城市建设理念的排水工程设计［J］.给水排水.2019,55(6):1-5.［2］黄戴诗，吴连丰，李运杰.等.新城海绵城市建设系统化方案探索-以厦门翔安南部新城为例［J］.给水排水.2019,55(11):51-56.［3］郭效琛.赵冬泉，辛克刚.等.基于在线监测的海绵城市源头项目径流控制效果评价研究［J］.给水排水.2020,56(1):57—63.师.主要研究方向为水处理工程、海绵城市、水环境治理与水生态修复。
通讯处=266005山东省青岛市市南区保定路18号E-mail：*******************收稿日期:2020-03-14《上诲审城镇雨水排水规划(2020—2035年)》规划方案介绍根据《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》和t《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通■知》等重要文件,为加快构建与上海“卓越的全球城市”定；位相适应的城镇雨水排水体系.上海市水务局与规划资源+局联合组织编制《上海市城镇雨水排水规划(2020-2035 +年)》。
排水管道检测评估技术规程
排水管道检测评估技术规程IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】1总则1.0.1为了统一天津市排水管道检测的技术要求，规范检测工作的实施，保证其成果的质量，及时、准确地为城市排水规划、设计、施工、抢险以及建设管理提供准确的技术资料和决策依据，以适应现代化城市建设发展的需要，制定本规程。
1.0.2本规程适用于公共排水管道的检测。
1.0.3排水管道检测评估工作，应遵循客观、科学和高效的原则，积极采用先进的检测和评估手段，保证检测与评估结果准确可靠。
1.0.4各级排水管理部门与市政管理机构，应加强对排水管道检测评估工作的监督，建立和完善相关规章制度，提高排水管道检测评估工作技术水平。
1.0.5公共排水管道的检测评估，除按本规程规定执行外，还应遵守国家和行业其他相关标准、规程的规定。
2管道检测评估术语2.0.1管段PipeSection两座检查井之间的管道。
2.0.2新建排水管道NewSeweragePipeline施工建设已完成，未投入使用的或投入使用不足3个月的排水管道。
2.0.3旧有排水管道OldSeweragePipeline施工建设已完成，投入使用3个月以上的排水管道。
2.0.4电视检测TVInspection采用专用闭路电视系统进行管道结构内窥检测的方法。
2.0.5闭路电视系统ClosedCircuitTelevisionSystem（简称CCTV）远程采集图像，通过有线传输方式，进行直观影象显示和记录的集成系统。
2.0.6直向摄影StraightCameraInspection电视摄像机取景方向与管道轴向一致，在行进过程中拍摄并通过控制器显示和记录管道影象的拍摄方式。
2.0.7侧向摄影LateralCameraInspection当爬行器停止前进时，电视摄像机通过镜头和灯光的旋转/仰俯或变焦，重点拍摄管道内壁状况的一种拍摄方式。
浅谈SWMM模型在城市排水管网改造中的应用
浅谈SWMM模型在城市排水管网改造中的应用本文以北方某城市排水（雨水）防涝综合规划为例，讨论了SWMM模型在城市排水管网改造中的应用情况，案例以现状排水管网为基础，用SWMM模型模拟了不同暴雨强度下，道路积水情况，分析产生积水的主要原因及改造措施，为管网改造提供科学依据。
标签：城市排水防涝；SWMM；雨污合流；低影响开发城市排水防涝系统是现代城市的重要基础设施，它对于确保人民生命财产安全、维持城市安全运行和改善水环境具有重要意义。
然而，异常气候导致短历时、强降雨频发；下垫面条件的改变使得同频率暴雨下产流量增大；此外，水流逆坡、下游出口不明确、部分道路竖向规划不合理等现场导致部分路面大范围积水，同时由于缺乏与园林景观专业之间的相互协调，致使本可作为雨水滞、渗、调、蓄设施的天然绿地没能发挥其应有的作用，造成城市内涝积水，影响城市安全运行，对城市排水防涝系统提出了严峻挑战。
本文以北方某城市排水防澇综合规划为例，阐述了SWMM在城市排水管网改造中的具体应用。
1、模型概述SWMM由美国环保署（United States Environmental Protection Agency，简称USEPA）在20世纪70年代开发，是最广泛应用于城市排水系统管理的模型之一。
SWMM对雨水管、合流制管道、自然排放系统都可以进行水量、水质的模拟，包括地表径流、排水管网输送、贮水处理及与受纳水体的相互影响等过程，可广泛应用于各级城市排水系统的模拟。
2、模拟过程2.1降雨规律分析与下垫面解析2.1.1设计雨型选取目前，雨型主要包括市政雨型和水文雨型。
水文雨型最小时间间隔为1小时，雨型一般为24小时，主要用来模拟长系列、大流域的降雨。
市政雨水最小时间间隔为5分钟，雨型一般为2小时，主要用来模拟短历时暴雨。
由于造成城市内涝的多为短时强降雨，暴雨时间约为1至2小时，因此选择市政雨型进行内涝风险评估。
（1）雨型选择目前国内外普遍采用的设计暴雨方法有芝加哥暴雨过程线法、Pilgrim andCordery和Huff法等。
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An introduction on monitoring, simulation and management of urban drainage system
赵冬泉 2013年10月
汇报提纲
排水系统管理现状分析 相关技术国内外进展 排水系统数字化管理技术介绍 排水管网模拟评估技术介绍 相关工作开展建议
排水系统管理发展趋势
随着科学技术的进步与社会的发展，传统的以人工经验为 主的粗放式管理方式已经无法适应复杂的城市排水系统， 使用信息化技术提高排水系统的规划建设、运营维护管理 及服务水平是实现智慧排水的必要工作，是实现现代化城 市的重要内容之一，也是现代化城市排水系统科学管理的 趋势。
国外技术发展——资产管理
不同格式数据处理标准化流程
普查数据 MDB格 式文件 DWG格 式文件 纸质图纸 其他数据
检查井 图层 管道 图层 汇水区 图层 检查井属性表 管道属性表 汇水区属性表 …… 社会经济统计资料 管网业务相关文档 CCTV视频数据 ......
初步分析
初步分析
初步分析
初步分析
管网数据库
文档、多媒体数据库
相关出版物
汇报提纲
排水系统管理现状分析 相关技术国内外进展 排水系统数字化管理技术介绍
排水管网数据管理及系统 在线监测与业务运行软件 污水厂数字化管理平台
排水管网模拟评估技术介绍 相关工作开展建议
基于数字化的排水系统管理模式设计
软件体系 组织结构 硬件支撑
基于数字化的城市排水系统数字化管理模式
结合 ——美国环保局，1995
是预测排水系统旱天
/雨天运行情况、评估调控措施有效性的最有利工具。
“
的雨污水管网改造”（CARE-S）项目
——欧洲委员会，2005
排水管网管理现状——规划改造
多以静态计算为主，动态多情景 模拟分析技术应用较少，缺乏系 统科学的评估体系。 规划管理过程中，以人工经验为 主，对管网复杂连接关系及动态 变化规律的分析手段欠缺。 对于特殊事件，缺乏有效的应急 预案与动态分析手段。 管网现状分析诊断以局部问题为 主，缺乏系统级的模拟评估，上 下游影响关系分析不足。
技 术 进 步 和 发 展 趋 势
国家及行业相关文件
配合普查技术导则执行的信息平台
基于GIS开发，实现排水防 涝设施普查数据的统一规范 化管理。 实现普查数据的地图可视化， 提供设施属性数据的批量修 改，设施网络拓扑关系的分 析与自动维护，Excel、CAD、 GIS图层等多种格式数据的 导入导出等功能。 基本版免费提供，提供软件 功能的电话咨询服务。
国外相关监测分析案例
悉尼：超过400台的流量计，在1990 年已是世界上最大的流量监测网络。
美国田纳西州纳什维尔：合流制 溢流量减少了77%。
美国加州圣巴巴拉市：节约了非必 要的工程开支至少100万美元。
加州圣地亚哥：14天完成156台 流量计的安装。
排水数字化管理三个发展阶段
1. 纸图与简单计算机管理模式 纸图、简单信息化（Excel、CAD） 工人记忆、活地图 2. 基于GIS的管理模式 体现地理特征、实现基本的地图显示和查询功能 3. 基于监测和模拟的综合管理模式 综合集成GIS和专业模型的优势 建立精细化业务管理流程 采集在线监测数据，动态模拟分析评估 对管网规划及运行调度提供科学决策平台
土地利用 规划图 管网分布图 绘制 输入管网设计 条件参数 污水管道 水力计算 调整管道水力 计算结果 构建排水 管网模型 多情景模 拟计算 模拟结果 分析 否 《室外排水 设计规范》
划分汇水区
污水量预测
规划情景制定
管网负荷是否正常 是 规划方案完成
汇报提纲
排水系统管理现状分析 相关技术国内外进展 排水系统数字化管理技术介绍 排水管网模拟评估技术介绍 相关工作开展建议
数据存储 不统一 GIS 技术 Web 技术 排水模型技术
传统业务管理
对原有业务管理流程进 行优化，形成科学适用 数据缺 的管理体系 决策主 失 观性强
业务管理 分散 数据库技术 在线监测技术 硬件支撑平台
排水管网数据管理内容
静态数据
空间信息 材质高程 网络拓扑
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
动态数据
检查井液位 管道流量 水质数据 设施运行情况
排水管网管理现状——运行状态
缺少长期定量化的动态数据 处于被动的应对管理阶段，主动监测和预警能力弱 没有定量掌握管网运行动态及负荷空间分布 不能进行雨天管网流量及溢流原因分析 缺少进行优化调度科学分析的数据基础
排水管网管理现状——分析评估
分散、不系统的评估模式 不能快速识别排水管网的上下游网络连接特征 模型技术没有有效应用，无法进行排水流域的系统评估 不能科学回答管网连通、布局优化、泵站调控、厂网联 控、流域调水等工程措施对管网系统的动态影响
在排水设施运行维护过程中，进行长期有效、精细化与周期 性的资产管理（Asset Management），利用GIS、数据库、 Web等技术科学管理排水系统的海量资产数据。 通过制定和实施合理的巡查养护计划（Preventive Maintenance）保证排水系统的正常运转及有效性，实现科 学的管理成本控制，提高排水系统运行的可靠性，最大限度 的发挥排水系统的收集与处理效能。
排水管网管理现状——设施信息
“家底”不清，资料利用效率低 排水管网建设时期长，资产数据不完整、不准确 已建管网靠纸图或简单CAD文件记录与管理 管网信息化不够系统，各种格式的数据并存，变化数据不 能及时更新并统一存储 缺乏统一的数据标准规范及应用工具，影响信息的有效共 享和使用
行政区划图层
数据标准化
叠加地形图
扫描
格式转换
流量监测信息表 液位监测信息表 管网养护业务信息表
道路图层 建筑物图层
导入排水平台
转换为GIS地 图文件 生成空间背 景数据库
影像、航片
编号
编号
......
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基础地形数据库
运营监测数据库
拓扑检查 是 拓扑关系修正 是否存在 拓扑错误 否 理论模型构建 现场补测和重新勘察