計算機水力學模型在城市排水管理中的應用

董淑賢

（邯鄲市市政排水管理處，河北邯鄲 056002）

計算機水力學模型在城市排水管理中的應用

董淑賢

（邯鄲市市政排水管理處，河北邯鄲 056002）

隨著計算機信息互聯網技術在我國各個行業領域的普及與發展，適應計算機高速發展的管理技術能力及相適應的技術實施流程應運而生。特別是在城市基礎建設中的排水管理系統，通過計算機水力學模型在該領域的綜合應用，打破了傳統陳舊的管理模式，以更加立體化的現代科學技術管理理念及與國際相關領域相接軌的管理模式相結合，為城市排水管理系統的未來發展帶來了更加廣闊的發展前景。本文將從不同視角對計算機水力學模型在城市排水管理系統中的建立與應用等相關內容進行探討。

計算機水力學模型 概念 原理

城市排水管理系統是城市發展過程中最重要的建設管理工作，也是直接與人們生活息息相關的民生工作內容。從我國改革開放初期到現在，國民經濟在高速飛快地發展，我國的城市化建設管理工作也隨之發生了翻天覆地的變化。特別是在城市排水系統管理方面的工作，在充分考察與借鑒國外一些城市相關管理系統工作的經驗的同時，也逐漸地在探索發展新的技術管理思路。計算機水力學模型在針對城市排水系統方面的實際運用中，為城市排水管理手段增添了新的發展思路。

1　計算機水力學模型的概念及基本原理特點

計算機水力學模型是指將城市排水系統中的組成設施（如:管網、閥門、水泵等）的自身所具有的特質相關數據、屬性數據及排水量的數據分別在管網模擬計算機軟件里進行數據整理，實行時差模擬運算，并獲得規定校驗準則的模型。其基本原理是:建立排水系統計算機水力學模型的St. Venant 方程是運用有限元法則，算出聯立的非線性的方程的解，以獲得計算排水管網的管段流動量及其節點的水位。由于建立排水系統計算機水力學模型的St. Venant 方程能夠極大限度地滿足排水系統所運用計算機水力學模型所有的相關數據要求，因此，得以有效實踐與運用。其特點如下:第一，能夠實現能量守恒原理；第二，能夠實現動量守恒原理；第三，能夠了解水的不可壓縮性的物質；第四，能夠更加準確地測算出城市排水管網的流水力學中重力的特點；第五，能夠更加準確地測算出城市排水管網的流水力學中的滿管的特點；第六，能夠對壅水現象及管網中管道的坡降線進行精確測算；第七，能夠有效地管控排水系統建立中的流動形態、樹型網、環形網的水力學特性。

2　建立計算機水力學模型

城市的排水管理應用中，建立規模較大的計算機水力學模型是一項非常系統的工程。其建立模型內容如下:

2.1建立管網模型

建立管網模型的首要條件是必須要有精準的城市排水管道分布網的數據，這些數據是由城市排水管網內部架構的精細數據所組成（例如:管道的規格、管道的埋設深度、管道的鋪設坡度、管道的粗糙系數、節點到地面的標高和地理的坐標、井的規格尺寸及深度、管網臨界點的構成條件等）。

2.2建立載重負荷模型

建立載重負荷模型主要依靠的是其分布的資料。其中包括:點與線載重負荷的分布地理區間、排水的規律及降雨的頻率曲線、地面的坡度、匯集面積及地面徑流的距離、地表水面滲透指標及地表粗糙指標、單位平均的地表水蒸發指標等。

2.3建立邊界條件模型

建立邊界條件模型主要取決于城市排水管網系統能夠實現的分析效果及實際測算過程中所需要的數據資料的準確性。

3　計算機水力學模型在城市排水管理中的應用管理及實踐總結

計算機水力學模型能夠在城市排水管理中得到運用的先決條件，就是按照上述構建模型獲得精準的資料?，F通過計算機水力學模型在城市排水管理中的應用作實例分析如下:

3.1計算機水力學模型在城市排水系統的防汛管理應用

（1）計算機水力學模型其建立的目的。第一，檢測已建成的排水系統是否能滿足設計規劃；第二，檢測出已建立的排水系統存在的問題；第三，匯總提高城市排水管理系統的功能目標所應實施的工作內容。

（2）計算機水力學模型的建立內容。第一，錄入城市排水系統的管網相關數據。數據內容包括:管網長度、管徑、坡度、粗糙系統、節點距地面的高度、管底的高度、檢測井平面的尺寸和井底部的高度、水泵站中集水井的平面尺寸、泵站與泵機的工作曲線、泵站出水口管線管徑及管底高度等；第二，錄入載重負荷的數據參數，應根據實際測量的降雨曲線進行計算；第三，錄入邊界條件數據。應根據最高的汛期的變化曲線作為計算錄入的依據。

3.2計算機水力學模型在城市排水系統的防汛管理實踐總結

第一，暴雨的強度如果大于既定的設計值時，相對于既定的城市排水管網來說，其水流將由重力流轉變為壓力流。當排水管道里的水流速度加大，管網中的坡降也隨著水位線增加而增加。因此，由于排水管道的通水能力以及泵機設備的排水功能在強降雨下就有可能產生地面積水現象。所以，在排水管網的設計時，應進行可行性提升處理，即:對于雨水管道其管徑應占有相對的比重應大于管道的坡降，而排污水管道應按照反方向的比例操作，即雨水管道管徑大、坡度小，污水管道正好相反。第二，應將排水管網的調整儲藏水量的作用充分發揮出來。通過保持管網的低水位，來減輕地面積水的現象發生的次數，而選擇適合的運行來控制水位是十分重要的。第三，在對雨水的管網設計中，要注意積水面積均勻分布，不勻稱的負荷載重分布將使地區的排水能力低于設計標準。第四，通過水力學模型研究排水泵站的運行，應控制水位在允許水位下。

4　結語

隨著計算機技術在各個領域的廣泛應用，在城市排水系統的建立過程中，加強計算機水力學模型的深入應用與發展，將給城市排水系統帶來更廣闊的發展提升的空間，同時，也需要通過實踐中的信息反饋，不斷地深化與改進，使城市的排水系統的功能作用充分地發揮出來。

［1］管新崗.城市排水信息化管理系統的設計與應用［J］.信息技術，2013（05）.

［2］王美秋.排水管網信息管理系統設計［D］.同濟大學，2007.

［3］龔偉.針對暴雨積水災害的城市防汛決策支持系統研究［D］.河海大學，2007.

［4］譚瓊.排水系統模型在城市雨水水量管理中的應用研究［D］.同濟大學，2007.

［5］黃學平，柯穎.城市排水管網水動力學模型研究綜述［J］.南昌工程學院學報，2012，06：34-38.