鳳凰縣古城區“環狀”排水系統的計算及分析

文/徐俊杰，湖南省建筑設計院有限公司

鳳凰縣古城區“環狀”排水系統的計算及分析

文/徐俊杰，湖南省建筑設計院有限公司

“環狀”排水管網在現實中大量存在，但計算軟件一般認為該類排水管網為錯誤管網而無法計算。本文以鳳凰縣古城區“環狀”排水管網為例，通過數據互通將排水管網擬化為“數據包”，然后將包含了管道信息的“數據包”導入不同的軟件中進行計算，為現實中大量存在的“環狀”排水系統準確計算提供了可行的解決方法。

“環狀”排水；數據互通； MikeUrban

鳳凰縣地處湖南省湘西土家族苗族自治州的西南角，是國家歷史文化名城、國家AAAA級景區。鳳凰古城區位于鳳凰縣城中心，是整個鳳凰縣的核心景區。古城區的排水系統是在長期發展過程中自然形成的，沒有系統規劃作為建設依據，與一般排水系統相比，鳳凰縣古城內的排水系統有一明顯特征：排水管溝是“環狀”管溝。一般的排水系統是“樹狀”排水系統，即水流在管道內的流向是一定的，水流基本是單向流。但鳳凰縣古城區內的排水管溝為周邊居民自由開鑿形成，分叉點非常多，形成了“環狀”排水系統，水流在管溝內的流向不確定，各個方向的流量亦不確定。

圖01 一般排水系統示意圖

（一般排水系統采用“樹狀網”排水，水流在管溝內的流向是確定的）

圖02 鳳凰古城內排水系統示意圖

（鳳凰古城內排水系統采用“環狀”排水，水流在管溝內的流向和流量均不確定）

圖03 鳳凰古城內排水系統航拍示意圖

（圖中紅色圓點代表發生了分流的節點）

為對古城內的排水系統進行升級改造，特編制古城內的排水系統專項規劃。編制排水規劃的過程中存在一個主要的技術問題：雖然在現實中，“環狀”排水網大量客觀存在，但由于設計規范不允許出現“環狀”排水管網，因此目前大部分管網計算軟件遇到“分流”情況則自動報錯，計算停止，無法對現實存在的“環狀”排水管網進行準確計算和優化。

筆者經過一定的測試和探索解決了該問題，解決該問題的基本思路是：通過不同計算軟件之間的融合和數據互通將排水管網（包括管道、檢查井及附屬設施等）擬化為“數據包”，然后將包含了管道信息的“數據包”導入不同的軟件中進行計算及校核，充分利用各軟件的優勢以實現對“環狀”排水管網的計算。

目前排水管網相關軟件可分為兩大類：計算類軟件及模擬類軟件。計算類軟件如“鴻業”“天正”等，模擬類軟件軟件如丹麥的“Mike Urban”、英國的“InfoWorks”等。計算類軟件偏重于管網的計算，但不允許“環狀”排水管網的出現。模擬類軟件偏重于模擬管網在不同條件下的水力狀況，可接受“環狀”管網，但管道數據（如管徑、坡度、管底標高）的調整非常繁瑣費時，出圖亦不符合目前中國相關規范要求。以上兩類軟件基于不同的軟件平臺（分別基于AutoCAD平臺和ArcGIS平臺），因此數據無法互相利用。按照以上提到的思路，筆者實現了對鳳凰縣古城區內的“環狀”管網的定量化計算及優化。

解決“環狀”排水管網計算問題的主要步驟如下：

1.在傳統管網計算軟件（如“鴻業”等）中進行管道布置、初步計算及坡度調整，并保存計算書。此步不再詳細介紹，詳參相關軟件說明書。

2.將第一步獲得的計算書存為Excel格式（.xls）文件，由于計算書中包含了管道及檢查井的所有相關信息（管徑、長度、坐標等），可將計算書視為包含了所有管道信息的“數據包”。然后按照Mike Urban（本文以Mike Urban為例）可接受的格式進行調整，即為M ike Urban可接受的“數據包”。注：（1）由于不同軟件所要求的格式差異巨大，因此必須對每種軟件的格式要求、度量單位等有準確的理解。（2）除excel格式外，shp格式，csv格式等也被部分軟件接受，可根據實際情況進行選擇。

圖04 典型“鴻業”軟件計算書

圖05 典型Mike Urban軟件數據庫

（“鴻業”計算書與 Mike Urban數據庫雖然編排格式、數據單位不同，但主要信息均采用表格形式存儲，在進行單位轉換、順序編排后，可將計算書導入到Mike Urban的數據庫中）

3.將調整后的“數據包”導入Mike Urban（或其他模擬軟件）并進行微調后即可進行模擬計算。

圖06 將調整后的“數據表”以excel格式導入Mike Urban軟件

4.計算完畢后提取并分析計算成果。對Mike Urban模擬計算出的結果進行提取及分析。

對管道各分流處的流量進行分析如下:

圖07 分流管道的流量曲線分析圖（m3/s）

上圖為分流節點 D188處的各管道的流量分析圖，其中黑色線的為上游管（編號171）的流量變化圖，綠色線為下游管（編號184）的流量變化圖，藍色線為下游管（編號172）的流量變化圖。上圖表明：上游管171的大部分流量都由下游管184流出，而下游管道17 2僅承擔很少的流量。因此，根據各管道的最大流量，計算出各管管徑如下：

管段編號 最大流量（m3/s） 管徑（mm） 選取管徑（mm） 備注171 0.65 900 1000 非標管采用大一級的標準管184 0.51 900 1000 非標管采用大一級的標準管172 0.15 600 600

同理，可對其他分流點處的管段流量進行分析

通過以上步驟即可實現了對“環狀”排水管溝進行準確的定量計算，并對不滿足要求的管段進行調整，調整后再次計算，直至滿足要求。

結論：本文通過對鳳凰縣古城區“環狀”排水系統的研究，對不同軟件間的數據互通進行了嘗試并實現了對“環狀”排水系統的定量計算。通過將不同計算軟件的數據信息擬化為“數據包”從而實現了不同軟件的互相計算及驗證，解決了“環狀”排水系統的定量計算問題并提高了計算結果的準確性，為現實中大量存在的“環狀”排水系統的準確計算提供了可行解決方法。

【注釋】

Mike Urban是一款由丹麥DHI公司開發的軟件，主要運用于城市供水管網、排水管道的模擬，是水行業內最專業的管網建模軟件之一。該軟件基于ArcGIS平臺，在世界上數十個國家得到了廣泛的應用。

鴻業（管立得）是國內鴻業科技公司開發的一款管網計算軟件，主要運用于城市供水管網、排水管道的計算及出圖。該軟件基于A utoCAD平臺，在國內有廣泛運用。

1.孫慧修，郝以瓊等。排水工程（上冊），中國建筑工業出版社。

2.魏秉華等。給水排水設計手冊 第五冊 城鎮排水，中國建筑工業出版社。

3.鴻業科技。鴻業管立得11.0用戶手冊，鴻業科技。

徐俊杰（1982—），男，湖南長沙人。碩士，工程師，主要從事市政給排水設計工作。