利用沙湖水动力模型对管网优化进行应用
大型灌区多级渠道与水库群联合输水调控方式研究
大型灌区多级渠道与水库群联合输水调控方式研究目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的 (4)1.3 研究意义 (4)2. 文献综述 (5)2.1 渠道输水技术 (7)2.2 水库群输水技术 (8)2.3 联合输水调控技术 (9)3. 研究方法 (11)3.1 数据来源 (12)3.2 研究对象与范围 (13)3.3 研究内容与步骤 (13)4. 大型灌区多级渠道输水特性分析 (15)4.1 渠道输水系统结构 (16)4.2 渠道输水水力特性 (17)4.3 渠道输水水量调节效应 (18)5. 大型灌区水库群输水特性分析 (19)5.1 水库群结构与规模 (21)5.2 水库群调度策略 (23)5.3 水库群水质保障措施 (24)6. 多级渠道与水库群联合输水调控模式构建 (25)6.1 调控目标与指标体系 (26)6.2 调控方案设计与优化 (27)7. 案例分析 (29)7.1 某大型灌区实例介绍 (31)7.2 多级渠道与水库群联合输水调控效果评估 (31)8. 结果讨论与展望 (33)8.1 结果分析与讨论 (33)8.2 存在问题及改进方向 (35)8.3 研究结论与建议 (36)1. 内容概述本文档将重点探讨大型灌区中多级渠道与水库群的联合输水调控策略，旨在提高水资源利用效率，优化水资源配置，并确保灌溉区域的供水安全。
在概述部分，首先将对大型灌区的背景、水资源管理和输水调控的现状进行简要介绍，以建立研究的理论和实践基础。
随后，本文档将阐述灌区水资源分布的特征，包括水资源的可行性和有效性，以及多级渠道与水库群在灌区中的分布和功能。
这部分内容旨在为后续的研究提供基础数据和地区概况。
在研究内容概述中，将重点介绍本文档的研究目标和研究方法。
研究目标将包括但不限于：开发和验证一种有效的输水调控模型，能够针对大型灌区的多级渠道与水库群进行实时和历史数据的模拟分析。
研究不同的调控策略对灌区供水安全、水资源利用率和能源消耗的影响，并提出优化建议。
InfoWorksICM模型在污水管网运营管理中的应用
InfoWorksICM模型在污水管网运营管理中的应用Catchment Management）是一种针对污水管网运营管理的模型工具，它为城市污水系统的规划、设计和管理提供了强大的支持和指导。
在城市化进程中，污水管网的运营管理成为一项重要的任务，能够有效地解决污水处理和排放问题，保障城市环境的健康和可持续进步。
本文将以InfoWorksICM模型为切入点，分析其在污水管网运营管理中的应用，并探讨其优势和进步前景。
InfoWorksICM模型是一种整合了水文、水动力和水质模型的集成水管理软件，它能够模拟和评估城市污水管网系统的运行状况。
通过模型的应用，可以实现对污水管网系统的优化配置和有效监控，提高整体的运营管理水平。
起首，InfoWorksICM模型能够对城市污水管网系统进行全面的规划和设计。
在管网系统规划中，模型可以模拟不同方案下管线的安置状况，分析管线的流量和承载能力，以及不同分区的污水处理容量，从而确定最佳方案。
在设计阶段，模型可以对管线的设计参数进行精确计算，如管道的直径、流速和坡度，以保证系统的稳定运行和安全排放。
通过模型的支持，设计人员可以准确合理地进行规划和设计，提高设计水平宁工程质量。
其次，InfoWorksICM模型能够对管网系统的运行状况进行准确的模拟和评估。
模型基于多个因素，如降雨、污水产生量、流量分配等，可以模拟出不同时间段和不同条件下的管网运行状况，包括水位、压力、流速和污水浓度等参数。
通过模型的应用，管理人员可以实时地监测和控制管网系统，准时发现和处理潜在的问题，防止事故的发生，确保系统的可靠运行。
另外，InfoWorksICM模型具备时空分析和决策支持的功能。
模型可以模拟不同场景下的污水混合和传输过程，提供污水排放的最佳策略和路径，缩减对环境的影响。
模型还可以分析城市区域的汇水状况，分配污水的处理容量，优化城市排水的布局和流向，提高城市的整体排水效率和水质管理水平。
管网水力模型系统实施效果评价研究—以汕头市自来水总公司为例
管网水力模型系统实施效果评价研究 — 以汕头市自来水总公司为例
Study on Evaluation for Effect of Water Supply Network Hydraulic Model System : Shantou Water Supply Company for example
给水管网模型系统的运行成本分析与优化
给水管网模型系统的运行成本分析与优化随着城市化的快速发展和人口的增加，给水管网系统的运行成本成为一个重要的问题。
为了降低运营成本并提高系统效率，需要对给水管网模型系统的运行成本进行分析和优化。
首先，我们需要了解给水管网模型系统的组成和运行过程。
给水管网模型系统由供应水源、输水管道网络和用户组成。
供应水源可以包括地下水井、水库、河流等，输水管道网络负责将水源输送到各个用户。
在系统运行过程中，需要考虑输水管道的材料、管径、水压等因素，以及用户的供水需求和水质要求。
其次，我们可以分析给水管网模型系统的运行成本。
运行成本包括管道建设成本和运维成本两部分。
管道建设成本主要包括材料、施工和设计等方面的费用。
运维成本包括供水设备维护、用电费用、水资源管理等方面的费用。
针对给水管网模型系统的运行成本分析，我们可以采取以下几个方面的优化策略：1. 管道材料选择优化：选择合适的管道材料可以降低建设成本和维护成本。
根据管道输送水量和水质要求，选择材料优良、耐腐蚀、使用寿命长的管道材料，如钢材、玻璃钢等，避免频繁更换管道增加维护成本。
2. 管道布局优化：合理的管道布局可以降低建设和运维成本。
通过科学的管道规划和设计，减少管道长度，降低管径和压降，提高系统的输水效率，减少能耗和运营成本。
3. 水源利用和管理优化：合理利用水资源可以降低运行成本。
通过建设水库、引用地下水、收集雨水等方式，合理规划水源，减少水资源的浪费和供水成本。
4. 设备维护和管理优化：定期维护和管理供水设备可以延长使用寿命，减少故障和更换的频率，降低维护成本。
建立科学的维修和保养计划，加强设备巡检和维护，提前发现问题并加以解决，减少因设备老化而引起的损失和维修费用。
5. 节水管理和技术优化：科学的节水管理和技术优化可以降低供水成本。
通过宣传水资源的重要性，加强水资源管理和节水意识，限制非必要的用水行为，减少水资源的浪费。
同时，引入先进的给水管网模型系统技术，实现智能管道监测和远程控制，提高系统的自动化程度，减少人工管理的成本和错误。
水力模型在复杂工况下原水泵站优化调度中的应用
Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2023, 13(5), 1115-1123Published Online October 2023 in Hans. https:///journal/aephttps:///10.12677/aep.2023.135133水力模型在复杂工况下原水泵站优化调度中的应用卢文宝上海威派格智慧水务股份有限公司，上海收稿日期：2023年9月4日；录用日期：2023年10月4日；发布日期：2023年10月12日摘要笔者以中部某城市原水取水泵站改造项目为例，介绍了基于供水管网水力模型在多目标和复杂工况下泵站设计选型和优化调度上的应用。
在建模技巧上采用“水池+ 出水节点”的形式模拟水厂进水，将流量驱动模型转化为压力驱动模型，实现了原水泵站不同工况对多水厂进水流量的影响评估。
通过优化后的供水管网水力模型，在设计上解决了诸如多水厂进水分配的边界条件问题、定速泵和调速泵能耗效果分析、泵站场地设计标高确定问题和不同用水规模情况下的泵站优化调度问题。
关键词水力模型，优化调度，原水泵站Application of Hydraulic Model in OptimalScheduling of Raw Water Pumping Stationunder Complex ConditionsWenbao LuShanghai Weipaige Smart Water Co., Ltd., ShanghaiReceived: Sep. 4th, 2023; accepted: Oct. 4th, 2023; published: Oct. 12th, 2023AbstractThe author takes the reconstruction project of the raw water intake pumping station in the central city A city as an example, and introduces the application of the hydraulic model of the water supply network in the design selection and optimal scheduling of the pumping station under multi-objec-卢文宝tive and complex working conditions. In terms of modeling skills, the form of “pool + water outlet node” is used to simulate the water inflow of the water plant, and the flow-driven model is con-verted into a pressure-driven model, so as to realize the impact assessment of the different water supply pressure of the original pumping station on the distribution of water inflow in multiple wa-ter plants. Through the optimized hydraulic model of the water supply network, the boundary con-ditions of the influent water distribution in multiple water plants that are sensitive to influent pressure, the analysis and selection of the energy consumption effect of the fixed-speed pump and the speed-regulating pump, and the design elevation of the pumping station site are solved in the design. Identify the problem. In pumping station scheduling, the optimal scheduling decision-making problem of pumping stations under different water consumption scales is determined.KeywordsHydraulic Model, Optimal Scheduling, Raw Water Pump Station Array Copyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言国外在供水管网建模方面起步于20世纪60年代[1]。
infoworks icm在城市排水系统雨水管网改造中的应用
动量平衡方程，对于节点写出水量平衡方程，采用动 力波求解完整 的 圣 · 维 南 方 程，可 以 考 虑 管 渠 的 蓄 变、汇水、入口及出口损失、逆流和有压流动。
１ 研究区域概况
以宁德市 主 城 区 为 研 究 区 域，范 围 为 北 至 西 陂 塘水闸，南至铁基湾，东至福宁南路、金马南路、东湖 塘 ２５孔闸，西至鹤峰南路，总面积约 ４５３ｋｍ２。
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２０２０年 第 ３期 （第 ４８卷）
Байду номын сангаас
黑 龙 江 水 利 科 技 ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｎｏ３２０２０ （ＴｏｔａｌＮｏ４８）
根据统计结果分析，宁德市主城区建筑密度高， 建筑、路面等不透水地面占 的 比 例 较 大，硬 化 地 表 （房屋、道 路 和 不 渗 水 广 场 ）面 积 约 占 总 面 积 的 ３１７％。为构建 模 型，进 一 步 对 宁 德 市 主 城 区 下 垫 面类型进行矢量化，矢量化结果见图 ２和图 ３。
草地
类型 房屋 道路
裸土
水体
地面 地面
基于宁德 市 主 城 区 现 状 地 形 图，研 究 区 域 内 下 垫面划分为以下八种：道路、裸土、草地、林地、房屋、 水体、透水地面、不透水地面。宁德市主城区不同下 垫面类型所占比率见图 １。
图 １ 宁德市主城区下垫面分布图
［收稿日期］２０２０－０２－０６ ［作者简介］游畅（１９８５－），男，湖北黄冈人，工程师，研究方向为水文水资源工程，水利河道设计。
２０２０年 第 ３期 （第 ４８卷）
黑 龙 江 水 利 科 技 ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
基于综合水龄指数评价的供水管网优化调度研究
1.1节点水龄计算 节点水龄体现的是不同管路水龄的汇集，目前国内常用
的 管网节点水龄的 是 尔 工 大
所
的方法円，先将水源节点的水龄值设为零， 通过节点
的供水路径不唯一，不同供水
的节点流量也不同，假
定不同供水路径的水流于节点处按权重混合，则任何管网节
点的水龄应为此节点处不同供水路径历时的加权平均数，用
-114 -
第6期 2019年6月
陕西水利 Shaanxi Water Resources
No.6 June,2019
Q临为水源"供水量最小值为水源节点"供水压力值， 为水源节点"供水压力最大值，叫 取#血二45 m~60 m;
" 为水源节点"供水压力最小值，取# m,<=10 mo
(2)供需水量平衡限制。保证各水源供水量之和与各节点 用水量之和相等，即：
镇供水管网压力和水龄可以看出，城关镇博峰街道办、天山南
街、准格尔路、111省道等供水管网
，供水管网水龄较
长。为实现供水管网 节点水龄优化
，主要采用所建
优化模型， MATLAB进行水龄改善。城关镇供水管网优化
水源接入点供水量情况 见表1，供水管网优化 监
测节点水龄压力情况对比见表2。
表1阜康市城关镇供水管网优化前后水源接入点
"! Q,
H)-H*=hj,j=1,2,…,,
式中：Q为所有水源供水量之和，"s ;(”为节点％用水量，
L/s;'为节点数量；#为管段j起点节点水头，m;#.为
管$终点的节点水，m; +为管段j压降，m;M为管段
数量
所创建的多目标优化调度模型中寻优变量是取水源的供
基于Infoworks ICM 的规划管网能力评估——以金鞭港地区为例
第2期2020年1月No.2January ，2020江苏科技信息Jiangsu Science &Technology Information张司宇1，王景芸1，李瑞2（1.湖北工业大学土木建筑与环境学院，湖北武汉430068；2.武汉鹏森环境科技有限公司，湖北武汉430068）引言近10年来，我国许多城市与地区内涝灾害频发，根据专项调查显示，超过60%的城市发生过内涝［1］，内涝已经严重影响着人民生活与社会经济。
内涝灾害的出现，一方面是受全球变暖、极端天气频频出现的影响；另一方面是许多地区的管网标准偏低，排水能力不足。
搭建合理的水力模型对规划设计城市排涝体系进行模拟，能够检验规划管网能力并为现状管网的优化改造提供根据。
1研究区域概况与内涝分析1.1研究区域概况金鞭港区域位于武汉市江夏区大桥新区南部，面积8km 2,东部毗邻汤逊湖，整体上呈南北高、中间低的地势，高程主要分布在18~34m 。
如图1所示，金鞭港区域内雨水主要由南北两侧道路下雨水管道收集后汇入金鞭港，金鞭港为主排水通道，将水排至汤逊湖，部分区域的雨水经收集管网直接排入汤逊湖。
1.2内涝成因分析汤逊湖水位一般为18~19m ，资料显示，其历史最高水位达到21.20m ，而根据《武汉市中心城区排水防涝专项规划》记载，汤逊湖规划控制水位仅为17.65m ，规划控制最高水位仅为18.65m 。
湖泊水位一旦超过最高控制水位，必然会引起上游管道顶托，导致上游地区出现渍水。
如图2所示，大桥村一区、大堰湾、李家湾、小蜜蜂食品厂门口等地区因局部地势较低，雨水在管网超过负荷时往往不能及时排走，从而形成渍水。
图1金鞭港区位图图2内涝成因分析作者简介：张司宇（1993—），男，河南平顶山人，硕士研究生；研究方向：建筑与土木工程。
基于Infoworks ICM的规划管网能力评估——以金鞭港地区为例摘要：日益频繁的城市内涝给市民的出行带来了极大的不便，尤其是旧城区开发程度以及现状管网设计标准较低，甚至出现了逢雨必涝的现象，因此，对现状管网进行优化改造就显得尤为重要。
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利用沙湖水动力模型对管网优化进行应用探索摘要：此文叙述了利用武汉沙湖地区管网普查gis数据建立水动力建模的方法，并利用模型对区域管网优化进行应用探索。
首先，简述了沙湖水动力模型的建立过程，然后在假设管网最大运行能力下的前提下，找出管网系统的过载管段，并提出改造方案，对改造方案进行模拟、分析。
abstract: the article is exploration of creation hydrodynamic models on the basis of data from wuhanshahu pipeline gis census and perfection .firstly the whole process, then under the conditions of max capacity, locating the overload section and simulation and analysis of the alteration.关键词：武汉沙湖，水动力模型，gis，管道分析key words: wuhanshahu ，hydrodynamic modeles,gis,pipeline analysis中图分类号：tv131.2 文献标识码：a文章编号：2095-2104（2011）12-0000--001.引言近几十年来，发达国家在污水及雨洪控制方面的水动力分析研究取得了长足的发展，产生了许多新的理论和技术，也改变着人们对排水领域的设计理念。
我国管道水动力研究起步较晚，但近年来已经取得了一些成果。
率先取得成功的是北京及上海地区的水动力模型。
2006年武汉排水公司以沙湖为试点建立了沙湖系统管道的水动力模型并予以率定，2007年对沙湖管网进行了分析研究，2010年以该模型为基础对变更的管道基础数据进行了更新和再率定，并进行了管网优化的应用探索。
2.沙湖水动力模型的建立2.1概述沙湖排水系统服务面积达16.9平方公里，区域内包括一个污水处理厂、三个提升泵站、11个排口。
管网采用合流体制，其中系统检查井、雨水篦等节点7435个，管道7462根。
系统的庞大和复杂。
汇水区地表坡度最大为0.279，建筑物多为住宅区，地面多为混凝土表面，绝大部分汇水区的不透水率达80%以上。
2.2建模工具的选择沙湖水动力模型采用了wallingford公司的info works cs作为建模工具，它是一款功能强大的排水管网水力模型软件。
利用其图形分析界面，可以有效预测系统的工作状态，分析合流制雨、污水溢流的特性以及降雨后对环境造成的影响，便于对比各种控制方法。
2.3模型建立过程2.3.1新管网数据的导入和错误检查水动力模型数据是以管道实测的arcgis数据为基础的。
模型需要的数据主要包括:管网空间位置、节点高程（即x、y、z）、管径、管道上游底高程、下游底高程、系统类型和节点类型、流向等。
导入后的数据会存在一系列的错误，利用info works cs的查错功能，查找错误，然后核对gis数据或现场调查，对模型数据进行逐一纠错。
2.3.2 新旧模型的调整新数据导入后，将其与2006年的模型对比调整，主要检查新旧管网的连接性。
方法是利用info works cs的追踪功能，对管网的上、下游连接进行追踪，以检查流向和管网的连接性能。
2.3.3汇水区的建立汇水区的建立分成两部分：雨水汇水区的建立、污水汇水区的建立。
雨水汇水区主要考虑的因素是地形、道路、管道流向，可以利用arcgis的工具对雨水自然汇水区进行粗略的划分，然后根据实际汇水情况进行局部修改。
污水汇水区主要根据汇水区使用类型（住宅或办公）、道路、管道流向进行划分。
最后将雨水汇水区和污水汇水区进行叠加，形成完整的汇水区模型。
2.3.4 边界条件的调查调查区域内污水处理厂、排污口、闸口以及提升泵站在相应水位下的运行和调度方案，并对模型中的相应条件进行设定。
2.3.5 模型参数确立模型中的数据包括参数据有四个方面的来源组成：第一部分是模型根据输入的基础数据计算得到的，如井筒平面面积、坡度、管长等；第二部分，根据国内外文献或标准，参考设定，如混凝土管道的曼宁系数、径流系数等；第三部分，根据wallingford公司的建议参数取值，如水头损失系数等;第四部分，根据实际调查评估，如汇水区小区的平均人数等。
2.3.6模型整合模型的整合是将模型管网系统、污水曲线、雨水曲线和其它边界条件、运行参数据等进行整合的过程，这个过程是模型得以按研究者的思路运行的前提。
2.3.7计算模拟分析模拟计算考虑了暴雨重现期为0.33年、0.5年、1年及2年时管网的运行情况。
发现了在不同降雨强度下，可能产生积水和产生溢流的区域。
分析了现状管网的运行瓶颈。
3.管网优化应用案例本应用是试图运用三个提升泵站的最大的运行能力，在管网沉积淤泥最少，各排水口全部开闸的情况下，即在管网运营的较佳能力下找出问题管线。
一般管网的设计都有其合理性，在这种极佳的前提条件下一般不会出现明显的过载管线，如果出现这种管线，那么这段管线就是管网运行亟须改造的地段所在。
在这种前提条件的模拟中，管网系统出现两处过载管段，以下案例是其中的一处。
3.1应用案例图1是在管网最佳运行负荷时，暴雨重现期为2年的情况下，出现管道满流的一段管线的断面图，节点kys1127与节点kys1125间标注部分为存在问题即溢流的管线（以下称：问题管）。
图1.管线断面图从图1可以看出在2年的情况下这段管道已瞬时超出负载能力。
分析其原因有1.存在倒坡。
该段管道并没有倒坡现象，但其下游，即图1中粗实线标注的管段存在明显倒坡（以下称：倒坡管）：其上游底部高程为23.624，下游底部高程为24.231。
这可能是该段管线出现超负荷的主要原因。
2.管径偏小。
但分析之初并不觉得这个因素是主要原因，因为其上下游管径都为d500，而上下游管道都不存在溢流而只是接近满流，如可能的情况下可以考虑加大上下游的管径，但如果倒坡现象改善后仍无法达到要求则必须考虑这个因素。
因此首先模拟下游的倒坡管改造后的运行情况。
将图1中倒坡管道的下游底高程从24.231改为23.6。
表1为三种方案改造前后管道的数据对比。
从上表中可以看出节点kys1127的溢流情况有所改善，最大溢流量从15m3降到5.2m3,最大溢流深度从0.25 m降至0.109m。
但并未达到最佳状态。
因此必须考虑改变管径这一方案。
图1中问题管管径为d500，方案2是将其改变为d800。
表1三种改造方案管线溢流数据对比节点管网状态改造前后kys1127参数改造前后kys1127的改善比例最大溢流量(m3) 最大溢流深度（m）最大溢流量最大溢流深度改造前状态15 0.251．将下游底高程修改至23.6 5.2 0.109 65% 56%2．将图5中问题管管径改变至d800 -0.2 -0.125 99%150%3．改变管径至d800同时下游底高程改为23.6 -1.2 -0.618 108% 272%从表1可以看出，将图1中问题管管径从d500改造为d800后可明显改善节点kys1127的溢流情况最大溢流量可从改造前的15m3降为-0.2 m3，最大溢流深度可从0.25m降至-0.125m明显优于方案1。
但是在之前的假设中暴雨重现期为2年,而如果在3年、4年、5年或是考虑淤泥沉积的时候这种改造就显得余量不足，因此，对方案1和方案2进行综合模拟是完全必要的。
方案3是将改变管径和改变下游底高程同时进行的综合方案，改造后最大溢流量降为-1.2，最大溢流深度可从0.25m降至-0.618。
通过方案3可以大幅改善节点kys1127的溢流情况，是三种方案中的最优方案。
但是也可以看到方案2的改变管径也大幅改善了溢流情况，反之如果管径变小也会大幅增加溢流的可能性，因为在通过方案3改造后也应定时对该管段进行清淤，以保障管道的畅通。
3.2总结（1）通过模拟管网最佳运行能力下，暴雨重现期为2年的管道的运行情况，找到最亟待改造的一段管网。
通过对改变管径、改变下游管底高程和两者同时改变这三个方案的模拟计算，分析得到：改变管径和改变下游管底高程同时进行的方案为最佳解决方案，其问题节点的最大溢流量和最大溢流深度分别减少了108%和272%。
（2）在通过方案3改造后也应定时对该管段进行清淤，以保障管道的畅通。
（3）下一步还应实地调查，采集真实数据，将实际与模型数据相结合，分析出切实可行的施工方案。
（4）以上对管网优化的应用之一，同样按照以上方法，将管网沉积淤泥设置为接近实际的情况，或将泵站的运行负荷减小到更接近实际生活的运行状态，或将部分排水口关闭，都可以分析到相应假设条件下的管网瓶颈。
同样，还可以根据管网的现实状况，调整泵站的负荷及排口开闸方案，以找出在不同的降雨条件下管网的最佳运行方案。
4.展望利用沙湖水动力模型，实现了对武汉沙湖片区雨污混流管网模型的动态仿真模拟，对比分析模拟结果，可以考察不同降雨强度下排水管网的承受能力，检查已有的管线是否合理。
同时对沙湖水动力模型的应用还有以下构想：对污水处理厂、泵站的运行调度方案进行优化；为泵站和管线系统的改造和扩建的设计提出解决方案，科学评估各种方案的技术可行性，预测改造计划实施后的效果。
参考文献：[1]黄俊，林琳.现代排水模型软件技术（infoworks cs）在合流污水溢流控制方面的应用（j）.给水排水动态.，2009，（06）[2]曾向前.infoworks cs软件在排水管网改造设计中的应用（j），中国水运（下半月），2010，（04）[3]张春杰，李树平，李龙云.城市排水管网模型与gis集成研究（j）, 黑龙江科技信息，2009，（14）注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。