基于MIKE URBAN的城市雨水系統(tǒng)建模方法研究

于騰飛 李永戰(zhàn)

摘 要：城市雨水系統(tǒng)建模是當(dāng)前城市雨水系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計與運行管理研究的核心內(nèi)容。本文基于Mike Urban闡述了雨水管網(wǎng)的建模方法及技術(shù)路線，并基于案例對實際雨水系統(tǒng)進行了計算機模擬，結(jié)果表明該建模方法的可行性。

關(guān)鍵詞：雨水系統(tǒng) 建模 MIKE URBAN 徑流模擬

中圖分類號：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0031-01

城市雨水系統(tǒng)是重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施，在解決雨水系統(tǒng)這類問題的時候已經(jīng)不僅僅局限于工程方法，還充分結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)手段。采用計算機模型指導(dǎo)城市雨水系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計以及運行管理已成為當(dāng)前業(yè)界共識。城市雨水系統(tǒng)信息化技術(shù)的核心是雨水系統(tǒng)模型[1～2]。MIKE URBAN是丹麥水力研究所（DHI）開發(fā)的雨水系統(tǒng)模擬軟件包，可用來實現(xiàn)計算雨水徑流、實時監(jiān)控和SCADA系統(tǒng)的在線分析。本文主要研究基于Mike Urban的城市雨水系統(tǒng)建模方法。

1 建模方法及技術(shù)路線

1.1 區(qū)域、節(jié)點及管道的概化

使用雨水系統(tǒng)管網(wǎng)的幾何數(shù)據(jù)信息 （管網(wǎng)的空間位置、節(jié)點高程、管長、管徑、坡度等屬性數(shù)據(jù)）對節(jié)點和管道的具體幾何參數(shù)進行定義，實現(xiàn)雨水系統(tǒng)管網(wǎng)模型在區(qū)域上的概化。對于較大的模型，直接畫圖描述空間構(gòu)成難以把握好各要素的位置，可以導(dǎo)入CAD或者其他圖形文件的地形資料作為背景圖層以供參考。

1.2 邊界條件的定義

模型屬性的設(shè)置不僅包括對區(qū)域的面積、坡度，管道的斷面、長度等幾何屬性的定義，還包括點域連接方式、水文模型選擇、降雨資料、潮水資料等非幾何屬性的設(shè)置。MIKE URBAN模型中支持節(jié)點與區(qū)域的多種連接方式，區(qū)域與節(jié)點可以一一對應(yīng)也可以多個區(qū)域連接一個節(jié)點，降雨資料、潮水資料可以通過時間序列的形式載入對應(yīng)的節(jié)點和區(qū)域中。

1.3 項目檢查

在項目檢查工具（Project Check Tool）中提供了多種對象的檢查，可以自己選擇需要檢查的對象及項目。檢查結(jié)果會以一個數(shù)據(jù)檢查表的形式展現(xiàn)，同時每個錯誤都會有固定的編號以及具體的描述，任意選擇其中一個錯誤，錯誤的位置將在地圖中展現(xiàn)出來，可以根據(jù)具體的問題及時得進行解決。

1.4 模擬參數(shù)設(shè)置

雨水系統(tǒng)模型模擬可以分為徑流（Runoff）模擬和管網(wǎng)（Network）模擬兩部分。其中徑流模擬是管網(wǎng)模擬的基礎(chǔ)，徑流模擬生成的區(qū)域徑流數(shù)據(jù)需要作為已知條件導(dǎo)入管網(wǎng)模擬的參數(shù)中。在徑流模擬和管網(wǎng)模擬中，需要設(shè)置模擬的時間跨度，模型模擬時間跨度的設(shè)置取決于邊界條件時間序列的跨度，模型模擬時間的跨度需要在時間序列跨度的范圍內(nèi)設(shè)置。

2 案例研究

2.1 模型概況

在MIKE URBAN環(huán)境中對某城市區(qū)域的雨水系統(tǒng)進行模型的創(chuàng)建，整個區(qū)域雨水系統(tǒng)共劃分匯水子區(qū)域24個，節(jié)點157個，渠道156段，渠道總長度為6557.62米，區(qū)域面積約為1462.46公頃。該區(qū)域下墊面表面類型復(fù)雜，是典型的城市雨水系統(tǒng)。模型概化如圖1。

2.2 參數(shù)設(shè)置

雨水模擬情景設(shè)置只考慮邊界條件的變化，邊界條件分為上游邊界條件和下游邊界條件：上游邊界條件即為整個區(qū)域凈雨過程，用時間序列的形式載入；由于整條河流的出口位于水下，渠道中的水流收到潮水頂托的影響，所以下游邊界條件為潮水過程，同樣以時間序列載入。在該案例中，選取2006年12月17日00：00至2006年12月21日24：00的三場實測降雨作為降雨條件，該降雨足以實現(xiàn)全區(qū)域匯流，降雨數(shù)值記錄步長為1分鐘。

2.3 結(jié)果分析

選取編號Link_98的管段作為監(jiān)督對象，將該管道的流量模擬值與實測數(shù)據(jù)比對，結(jié)果表明模型模擬流量過程線與實測流量過程線整體吻合，局部有差異，模擬能夠反映出流量過程的整體趨勢。通過計算獲得模型Nash系數(shù)為0.57，表明該雨水系統(tǒng)模型的可信度較高，模式質(zhì)量良好。

3 結(jié)論及建議

（1）基于MIKE URBAN平臺，建立了某區(qū)域的雨水系統(tǒng)模型，模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)的Nash系數(shù)達(dá)到0.57，表明等流時線模型可以獲得較好的模擬效果，適用于城市雨水系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計與運行管理的各個環(huán)節(jié)。

（2）加強城市雨水系統(tǒng)模型實測驗證數(shù)據(jù)的積累，進一步提高城市雨水系統(tǒng)模型模擬結(jié)果的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝瑩瑩.城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)模擬方法和應(yīng)用[D].上海：同濟大學(xué)，2007.

[2] 杜小洲.MIKE URBAN在供水管網(wǎng)設(shè)計和管理中的應(yīng)用研究[J].陜西水利：25-26.