排水系统应急抢险过程中计算机数学模型的应用.pdf

排水系统应急抢险过程中计算机数学模型的应用 蒋隽睿 张彦晶 （上海地球工程咨询有限公司） ( 上海市城市排水有限公司) 摘要：计算机数学模型是近年来逐步发展起来的一个新型工具。在计算机数学模型基 础上形成的城市排水管网水力学模型可以快速、直观、动态的对排水管网系统的运行进行模 拟仿真，使管网系统的设计、建设和运行管理部门充分了解掌握排水系统管网、泵站、污水 处理设施的运行特点，为城市排水系统在设计、管理、抢险等方面提供了重要的辅助手段。 本文针对某城市排水系统抢险为例，讨论计算机管网水力学模型在排水行业中的应用。 一、 项目背景 左图为某城市中心地带排水系统的 分布情况。模拟区域包括 A、B、C三个系 统。三个排水系统均为合流制排水系统， 设计重现期为 1 年，系统总占地面积约为 A 泵站 6 平方公里。三个排水系统中各有一个合 A 系统 流制泵站，将本系统内收集的合流污水通 B 系统 B 泵站 过直排的方式直接排入河道。 由于外部不可抗拒的原因突然造成 C 系统 C 泵站 了上述系统中B块系统中的B泵站丧失排 水能力，有关的管理部门为了减少 B 系统 区域内因排水能力降低而对地区的影响， 考虑采用一些简单的、临时性的工程措施，通过调整其他周边泵站的运行来提高 B 系统雨污 水的收集能力和系统的防汛能力。为此要求建立上述区域的计算机管网模型，通过模型模拟， 特别是雨天运行情况的模拟研究对三个排水的运行情况进行评估，分析对比各种工程方案优 劣，优化调整相邻泵站的运行管理控制方案，并预测方案实施后的效果，为系统的合理运行 提供技术支持。 二、 模型的建立与研究 2.1 模型的建立 完整的网络结构、合理的流量荷载条件以及模型的边界条件是组成了建立计算机管网水 力学模型的基本条件和要素。管网的组成结构和管段的物理参数是建立模型模拟的基础。由 于上述区域均为老城区，排水管道分布较为复杂，新老系统重叠，如果不加以区分全部放入 模型中进行模拟，不仅对模型的建立工作带来了较大的困难，同时也不利于模拟结果的分析， 甚至会影响到最终研究成果的正确与否，为此需要对上述排水系统中的管网结构进行简化。 对合流制系统而言，影响管网系统收集和输送排放能力的因素很多，但主要是管网系统 的调蓄容量。泵站的运行是为了提高管网蓄水能力而服务的。泵站如果有了充分的抽水能力， 就能加速管网内污水的流动，在较短的时间内降低管道内的过水断面（指重力流管道），为 管网系统腾出更大的调蓄容量，有了充分的调蓄容量管网才有可能接纳更多的污水，因此管 网的调蓄容量是影响系统收集能力，降低地面积水的关键。根据资料上述三个区域内的管道 总长为 60 公里左右，其中 500mm 口径以下管道占了总长 52.3%，而空管管容却只占整个管 网系统空管管容的 8.7%,因此该部分管道相对于其他口径管道对整个排水系统的运行影响 [m] FLOOD - 2-8-2003 13:49 ? 3W1.PRF 较小，所以在模拟过 -1250.0 -1300.0 -1350.0 -1400.0 程中将 500mm 以下 -1450.0