城市排水系统水力模型构建与应用

SWMM模型在城市排水防涝规划中的应用采用SWMM模型对研究区内雨水管网进行系统概化研究，分别在现状和规划下垫面条件下，模拟了不同暴雨重现期下城市排水系统的运行状况，对模拟结果中低于设计标准的雨水管道进行重新规划设计，反复模拟校核，确保所有雨水管网满足设计重现期要求。

结合城市地形，利用不同暴雨重现期长历时雨型对城市内涝风险进行模拟分析，提出超标暴雨的应对措施，为合理制定排水防涝方案提供科学依据，同时可供其他城市排水防涝系统规划参考。

标签：SWMM模型；城市排水防涝规划；内涝评估【文献标志码】A1、引言随着我国城市化进程的加快，城市下垫面硬质化越来越严重，加上极端气候的出现，城市内涝灾害事件频频发生，发生的范围越来越广，造成的危害也越来越严重。

城市内涝很大部分原因在于在城市快速发展过程中，对城市排水防涝工作不够重视，排水管道建设标准过低，防治城市内涝的措施简单化，城市排水防涝规划不够科学合理。

在排水管网规划设计中，一般仍采用传统的雨水设计流量计算公式，该计算方法在计算管道非压力均匀流存在一定的缺点，一方面难以根据降雨过程线计算管道流量过程，另一方面当管道处于超载状态（即压力流）或受水体水位顶托时，不能应用于管道流量计算。

目前，很多发达国家已采用數学模型模拟降雨过程，把排水管渠作为一个系统考虑，并用数学模型对雨水管网进行系统规划管理。

因此，利用模型对城市暴雨径流进行模拟研究，为城市排水防涝规划提供科学依据，是未来城市排水防涝规划的主要研究方向之一。

本文基于暴雨洪水管理模型（SWMM），对研究区内排水管网排水能力进行模拟评估，在不同暴雨重现期下对城市排水防涝系统进行能力评估，模拟分析研究区内两条主要排水河道连通的必要性，旨在为研究区制定排水防涝规划方案提供技术参考。

2、SWMM模型简介暴雨洪水管理模型（SWMM）是由美国环境保护局（EPA）开发，免费向公众发布的一个动态降雨一径流水文水力模型，主要用于城市区域降雨径流水量和水质的单一事件或连续事件模拟。

InfoworksICM模型在市政污水管网工程设计中的应用InfoworksICM模型在市政污水管网工程设计中的应用摘要：随着城市化的进程，市政污水管网工程设计变得越来越重要。

在传统的设计方法中，仅仅依靠经验和简化计算，往往难以准确地评估系统的性能和响应能力。

InfoworksICM模型作为一种先进的集成城市水循环模拟软件，能够在市政污水管网工程设计中发挥重要的作用，提供准确的数据分析和决策支持。

本文将介绍InfoworksICM模型的原理、功能和应用，并以某市污水管网工程设计为案例进行分析。

1. 引言市政污水管网工程设计是城市污水处理系统的重要组成部分，其设计合理与否直接影响到城市污水的收集和排放。

而随着城市规模的扩大和城市排水系统的复杂性增加，传统的设计方法已经不再适用。

因此，需要引入先进的技术和工具，以确保设计的准确性和可靠性。

2. InfoworksICM模型的原理和功能InfoworksICM模型是由英国墨尔本大学开发的一种综合性城市水循环模拟软件。

该模型结合了水文循环、污染传输和水力学等多个方面的知识，能够对城市水循环系统进行全面的建模和分析。

其核心原理包括动态水力学方程、传输方程和反应方程等，能够准确地反映系统的水力性能和水质变化。

InfoworksICM模型具有以下主要功能：2.1 水流模拟功能InfoworksICM模型可以模拟城市污水管网中的水流情况，包括水位、流速和流量等参数。

通过对网络拓扑结构、管道属性和边界条件等进行建模，可以计算出水流的具体情况，进而评估系统的性能和安全性。

2.2 污染传输模拟功能InfoworksICM模型还可以模拟污染物在城市污水管网中的传输过程。

通过设定入水口的污染物浓度和管道的排放量等参数，可以仿真分析系统中的污染物扩散和削弱情况，为污水处理和环境保护提供依据。

2.3 优化设计功能InfoworksICM模型还提供了优化设计功能，通过对城市污水管网进行优化和改进，以提高系统的运行效率和处置能力。

SWMM（Storm Water Management Model）是一款用于模拟雨水径流、排水系统和水质处理的开源软件。

以下是一个简单的SWMM建模案例和所需数据的概述：案例：城市雨水排水系统模拟1. 模型设置：- 研究区域：一个小型城市街区，包括住宅、商业和公园区域。

- 目标：评估现有排水系统的性能，预测暴雨事件下的积水情况，并提出改善建议。

2. 数据需求：- 地形数据：数字高程模型（DEM）或等高线图，用于定义地形和坡度。

- 气象数据：历史降雨数据，包括降雨量、降雨强度和持续时间，用于模拟不同降雨事件。

- 地块信息：地块面积、土地利用类型（如住宅、商业、绿地等）、不透水面积比例和初始土壤湿度。

- 管网数据：排水管道的尺寸、长度、坡度、材料和连接关系，以及泵站、溢流井等设施的位置和参数。

- 污染源数据：如果进行水质模拟，需要知道非点源污染负荷（如氮、磷等）的排放位置和强度。

3. 模型构建步骤：- 使用地形数据划分汇水区（Subcatchment），每个汇水区对应一个特定的土地利用类型。

- 根据地块信息为每个汇水区分配相应的土地利用类型和不透水面积比例。

- 建立排水网络模型，包括管道、泵站、溢流井等设施，并根据管网数据设定其属性。

- 如果进行水质模拟，将非点源污染负荷添加到相应的汇水区。

- 设置模拟参数，如模拟时间步长、最小和最大降雨强度、初始条件等。

- 输入气象数据，选择要模拟的降雨事件。

4. 模型运行和结果分析：- 运行SWMM模型，模拟选定的降雨事件。

- 分析模拟结果，包括：- 雨水径流总量和峰值流量- 管网中的水流情况和积水位置- 溢流井的溢流频率和溢流量- 排水系统的整体性能和效率- 如果进行了水质模拟，还包括污染物的浓度分布和去除效果5. 改进措施和优化建议：- 根据模拟结果，识别存在的问题和瓶颈，如积水区域、溢流频繁的井点等。

- 提出改进措施，如增加雨水蓄水设施、扩大管道直径、改变管道布局等。

Info-works ICM模型在排水防涝规划决策制定中的应用摘要：以Info-wroks ICM软件为模拟平台，对某排水分区现状排水系统进行了模拟。

根据模拟结果，分别分析了不同降雨强度下现状排水系统的排水能力，不同降雨强度及外河水位下城区积水/内涝原因及相应情况。

并针对现状排水系统存在的问题，提出了相应的规划改造策略。

关键词：Info works ICM模型；排水防涝规划；决策制定；应用随着城市化的逐渐推进，城市水文环境恶化，城市地表径流系数普遍提高，不透水地块面积增加导致径流量增加，城市内河调蓄能力下降，城市排水系统负荷增加，引发城市产生严重的内涝问题。

当下，洪水造成的城市内涝灾害损失越来越大，已成为阻碍城市化进程推进的制约因素。

《室外排水设计规范》（2016版）局部修订版中提出，当涉及范围的汇水区超过2平方公里时，宜考虑降雨在时空分布不均匀性和管网汇流过程，采用数学模型法计算雨水设计流量。

此外，“海绵城市”建设理念中也提出了雨洪精确化管理的要求。

上述要求的实现，需要利用模型软件进行具体的量化分析。

因此，利用水文模型对排水防涝规划决策制定进行辅助分析，是今后完善雨洪管理体系的一种趋势。

InfoWorks ICM（Intergrated Catchment Management）模型软件作为一个动态的降雨-径流模拟模型，能够在某一单一降雨事件下对城市雨洪系统的雨型情况进行模拟分析。

在对城市排水管网进行普查的基础上，Infoworks ICM可以对城市的排水系统能力进行评估，并且直观的反映城市内部积水及内涝情况。

本文结合实际工程案例，评估现状及规划后城区径流特征及符合系统负荷情况，从而指导城市雨洪系统的规划与改造，同时也为其他城镇开展模型构建工作及城市排水防涝规划决策的制定提供技术参考。

works ICM模型软件介绍Infoworks ICM软件在排水防涝规划的应用中，主要涉及应用三个功能模型板块，分别为排水管网系统水力模型、河道系统水力模型、二维城市/流域洪涝淹没模型。

市政排水管网水动力模型分析与设计优化摘要：利用Infoworks ICM排水管网一、二维耦合模拟软件对项目区的降雨径流、排水管网汇流、地表漫流情况进行模拟，在和100年一遇24小时两种降雨情景下，分析项目区雨水管网在5年一遇3小时短历时强降雨下的排水能力，评估项目区在100年一遇24小时长历时降雨下的内涝风险，进而对项目区排水管网设计提出优化建议。

关键词：Infoworks; 管网排水；内涝风险；设计优化近年来，模型软件在市政排水管网设计和评估优化中应用越来越广泛。

相较于美国环保署开发的开源软件SWMM，商业软件Infoworks ICM具有界面操作简单，数据导入与处理方便，可以模拟溢流洪水在地表二维空间的物理运动过程和地表径流与雨水排水管网间的流量和动量交互等优点。

本文以武汉某一项目区为例，阐述Infoworks在排水管网分析和设计优化过程。

项目区基本情况项目区区毗邻长江，总用地面积2.9平方公里。

现状地形为东高西低、中间高南北低。

汉口长江常水位（吴淞高程）为22.7m，最高水位发生在1954年的暴雨事件中，水位高达29.73m，设防水位为25m。

西侧解放大道为区域低侧，高程在23.0~23.8m，东侧沿江大道设有防洪堤，地势相对较高，高程为27~27.8m。

排水分区划分与分析项目区被黄孝河系统和黄浦路系统划分为2个排水分区。

上排水分区位于黄孝河排水系统的上游，高于黄孝河系统其它部分约2m。

雨水重力自流到下游解放大道北侧，暴雨期经后湖泵站抽排至府河。

整个黄孝河系统总汇水面积为5140ha，受纳水体为府河。

下排水分区总汇水面积为140ha，地势北高南低，与南侧永清汇水区相连，构成黄浦路子系统。

非汛期同永清片区雨水经黄浦路泵站抽排出长江，非汛期自排。

黄浦泵站汇水面积约为300ha，受纳水体为长江。

黄浦路泵站规划总排水能力增加至32m3/s，对下排水分区预留的抽排能力为17m3/s。

模型构建与参数选取设计暴雨强度和雨型项目区内涝防治重现期为100年，雨水排水管网设计标准为3~5年，因此，本文降雨情景采用P=5年3小时短历时和P=100年24小时长历时两种模式。

水动力学城市内涝模型在城市化进程中，随着越来越多的区域被人们开发和建设，城市内涝问题也越来越严重。

为了解决这一问题，出现了“水动力学城市内涝模型”。

一、什么是“水动力学城市内涝模型”“水动力学城市内涝模型”是一种运用水动力学原理建立的城市排水网络演化过程预测模型。

该模型通过对城市道路网络、排水设施、地形地貌、气象因素等因素进行综合分析，预测城市在暴雨等极端天气情况下的内涝情况，为城市规划、建设和管理提供科学依据。

二、模型构建过程1. 收集数据：收集城市道路网络、排水设施、地形地貌、气象站点等数据，建立数据库。

2. 理清逻辑：根据水动力学原理，理清逻辑，确定模型的基本框架。

3. 编写模型：将逻辑转化为计算代码，编写模型。

4. 验证模型：利用历史暴雨数据验证模型准确性，不断修正改进模型。

5. 应用模型：将模型应用于城市规划、建设和管理中，并根据预测结果进行相应措施的调整。

三、模型应用价值“水动力学城市内涝模型”在城市规划、建设和管理中具有重要价值：1. 预测城市内涝情况，避免自然灾害造成的损失。

2. 为城市排水系统的规划、设计提供科学依据。

3. 为城市管理部门提供决策支持，及时采取措施应对突发事件。

4. 为居民提供服务，减少内涝造成的人员伤害和财产损失。

综上所述，“水动力学城市内涝模型”无疑是城市管理和规划方面的一大创新。

它能够帮助城市规划者更科学地规划城市，帮助城市管理者及时做出决策，预防自然灾害带来的损失。

相信，在不久的将来，这一模型将会得到更加广泛的应用，使我们的城市更加健康、舒适和安全。

BIM技术在建筑给水排水工程设计中的应用BIM技术，即建筑信息模型技术，是一种基于三维模型的建筑设计和管理方法。

它不仅可以实现建筑设计的三维模型，还可以在模型中嵌入各种建筑设备、管道、电缆等信息，实现建筑信息的数字化管理和协同设计。

在建筑给水排水工程设计中，BIM技术可以将供水管道、排水管道、水泵、水箱等设备嵌入到建筑模型中，并实现这些设备与建筑结构的协同设计。

1. 三维模型展示BIM技术可以将建筑给水排水工程的管道、设备等元素设计为三维模型，实现直观展示和分析。

设计师可以通过BIM模型清晰地了解管道走向、设备位置和布置情况，方便及时发现设计问题并进行调整。

2. 协同设计BIM技术可实现多个设计专业的协同设计，设计师可以在一个平台上对建筑结构、给水排水设备进行设计和调整。

不同专业的设计师可以根据建筑模型做出相应的调整，确保各专业设计之间的协同性和一致性。

3. 设备参数管理通过BIM技术，设计师可以将建筑给水排水设备的技术参数、供应商信息等数据嵌入到建筑模型中进行管理。

这样可以方便设计师查找设备信息、进行设备替换以及进行技术参数分析等操作。

4. 碰撞检测BIM技术可以对建筑模型进行碰撞检测，发现设计中的冲突和矛盾。

在建筑给水排水工程设计中，可以通过碰撞检测发现管道与结构、设备之间的冲突问题，并及时进行调整，避免在施工中出现问题。

以某大型建筑项目的给水排水工程设计为例，该项目采用BIM技术进行设计和管理。

设计团队通过BIM软件建立了项目的三维模型，并在其中嵌入了给水排水设备的信息和管道走向。

在设计过程中，设计师可以通过BIM模型实现对管道的布置、气泡点的设置以及设备的调整。

在协同设计方面，结构、电气等专业设计人员可以在BIM模型上进行交叉检查和冲突解决，保证各专业设计的协同性。

BIM模型中还包含了供水管道的水力计算，排水管道的坡度设置等工程参数，方便设计人员对工程的参数进行优化和管理。

在项目实施中，BIM模型为施工方提供了直观的施工图纸和设备参数信息，减少了施工现场的误差和漏项，提高了施工效率。

BIM技术在建筑给水排水工程设计中的应用随着科技的发展和应用的深入，建筑行业也逐渐开始采用BIM技术进行建筑设计和施工管理。

BIM技术是一种基于数字化模型的建筑信息管理系统，能够实现设计、施工、运营等不同阶段的信息共享与协作，提高工程质量和效率。

在建筑给水排水工程设计中，BIM技术也逐渐得到了广泛的应用，为工程设计带来了新的突破和提升。

本文将探讨BIM 技术在建筑给水排水工程设计中的应用，并分析其优势和发展趋势。

1. 模型构建：BIM技术可以通过建立三维模型，对建筑给水排水系统的设计进行数字化模拟和可视化展示。

设计人员可以通过BIM软件对管道、水泵、阀门等设备进行精确的布置和连接，实现工程设计的细致化和精确化。

2. 冲突检测：建筑给水排水系统设计中常常存在管道交叉、设备碰撞等问题，通过BIM技术可以进行模型的碰撞检测，发现设计中的冲突问题并及时进行调整，避免施工过程中出现不必要的错误和纠纷。

3. 管网分析：BIM技术可以对建筑给水排水系统的管网进行水力分析、流量计算等工作，帮助设计人员优化管网布局、提高系统运行效率，确保水力平衡和安全运行。

4. 施工管理：BIM模型可以作为施工管理的基础数据，结合虚拟现实技术，实现对施工进度、安全管理、材料运输等方面的可视化管理与监控，提高施工效率和质量控制。

5. 运维管理：基于BIM模型的运维管理系统可以实现对建筑给水排水系统的监测、维护、维修等工作的智能化管理，延长设备使用寿命，减少能耗和维护成本。

1. 提高设计精度：BIM技术能够精确地模拟建筑给水排水系统的设计，避免了传统二维图纸设计中出现的信息不对称和误差累积问题，提高了设计精度和可靠性。

2. 信息共享与协作：建筑给水排水系统设计涉及多个专业领域的协作，BIM技术能够实现不同专业数据的集成与共享，提高了设计团队之间的沟通效率和协作效果。

3. 设计优化：通过BIM技术的水力分析和模拟，能够帮助设计人员快速找到系统设计中存在的问题和瓶颈，进行优化调整，提高系统设备的使用效率和性能。

InfoWorks ICM在南宁市排水管网中的应用发布时间：2021-08-19T11:59:43.873Z 来源：《建筑实践》2021年40卷4月（上）第10期作者：赖成超[导读] 为优化排水系统，改善城市水环境质量和流域水质，为海绵城市建设提供技术支持，采用InfoWorks ICM水力模型软件，建立排水管网模型。

赖成超（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东广州 510030）摘要：为优化排水系统，改善城市水环境质量和流域水质，为海绵城市建设提供技术支持，采用InfoWorks ICM水力模型软件，建立排水管网模型。

在利用研究流域排水管网关键节点的连续水量监测数据对建立的模型进行校核与验证之后，运用模型对排水管网系统进行现状分析与评估。

关键词：海绵城市；InfoWorks ICM；排水管网模型；0 引言南宁市为国家公布的第一批“海绵城市”建设试点城市，而竹排江流域位于南宁市邕江以北建成区的中轴线上，既是南宁市多年城市建设成果呈现的窗口，也是城市运行维护等管理矛盾最集中的部位。

竹排江流域面积约117 Km2，干流为竹排江，主要支流包括沙江河、那考河、七一总渠、凤岭冲沟、南湖及青秀湖支流等，主河道长约35.9 Km，水质指标全部低于地表水Ⅳ类标准，大部分为劣Ⅴ类水体，呈轻微黑臭状态，外源污染已经远远超过水体的自净能力。

流域内常住人口约629 611人，流动人口约198 623人。

流域内共建设有污水处理厂2座，市政排水管道约816.5 Km，其中污水管约258 Km，雨水管约386 Km，合流管约172 Km，管网密度约6.86 Km/Km2，远低于国内成熟建成区的管网密度（一般为14～15 Km/Km2）。

而在已实施截污工程的合流制排水区域，截流倍数只有1.3，管道设计容量较小，合流排水口平均年溢流频率达到50~60次/年，溢流的频率高，溢流污水量大，对竹排江的水环境容量会造成巨大的影响。

基于竹排江流域水体污染的严重性、成因的复杂性、治理的紧迫性，需要寻找切实可行的长效治理技术路线，为竹排江流域水质改善提供方向性的技术路线。