计算机水力学模型在城市排水管理中的应用

董淑贤

（邯郸市市政排水管理处，河北邯郸 056002）

计算机水力学模型在城市排水管理中的应用

董淑贤

（邯郸市市政排水管理处，河北邯郸 056002）

随着计算机信息互联网技术在我国各个行业领域的普及与发展，适应计算机高速发展的管理技术能力及相适应的技术实施流程应运而生。特别是在城市基础建设中的排水管理系统，通过计算机水力学模型在该领域的综合应用，打破了传统陈旧的管理模式，以更加立体化的现代科学技术管理理念及与国际相关领域相接轨的管理模式相结合，为城市排水管理系统的未来发展带来了更加广阔的发展前景。本文将从不同视角对计算机水力学模型在城市排水管理系统中的建立与应用等相关内容进行探讨。

计算机水力学模型 概念 原理

城市排水管理系统是城市发展过程中最重要的建设管理工作，也是直接与人们生活息息相关的民生工作内容。从我国改革开放初期到现在，国民经济在高速飞快地发展，我国的城市化建设管理工作也随之发生了翻天覆地的变化。特别是在城市排水系统管理方面的工作，在充分考察与借鉴国外一些城市相关管理系统工作的经验的同时，也逐渐地在探索发展新的技术管理思路。计算机水力学模型在针对城市排水系统方面的实际运用中，为城市排水管理手段增添了新的发展思路。

1　计算机水力学模型的概念及基本原理特点

计算机水力学模型是指将城市排水系统中的组成设施（如:管网、阀门、水泵等）的自身所具有的特质相关数据、属性数据及排水量的数据分别在管网模拟计算机软件里进行数据整理，实行时差模拟运算，并获得规定校验准则的模型。其基本原理是:建立排水系统计算机水力学模型的St. Venant 方程是运用有限元法则，算出联立的非线性的方程的解，以获得计算排水管网的管段流动量及其节点的水位。由于建立排水系统计算机水力学模型的St. Venant 方程能够极大限度地满足排水系统所运用计算机水力学模型所有的相关数据要求，因此，得以有效实践与运用。其特点如下:第一，能够实现能量守恒原理；第二，能够实现动量守恒原理；第三，能够了解水的不可压缩性的物质；第四，能够更加准确地测算出城市排水管网的流水力学中重力的特点；第五，能够更加准确地测算出城市排水管网的流水力学中的满管的特点；第六，能够对壅水现象及管网中管道的坡降线进行精确测算；第七，能够有效地管控排水系统建立中的流动形态、树型网、环形网的水力学特性。

2　建立计算机水力学模型

城市的排水管理应用中，建立规模较大的计算机水力学模型是一项非常系统的工程。其建立模型内容如下:

2.1建立管网模型

建立管网模型的首要条件是必须要有精准的城市排水管道分布网的数据，这些数据是由城市排水管网内部架构的精细数据所组成（例如:管道的规格、管道的埋设深度、管道的铺设坡度、管道的粗糙系数、节点到地面的标高和地理的坐标、井的规格尺寸及深度、管网临界点的构成条件等）。

2.2建立载重负荷模型

建立载重负荷模型主要依靠的是其分布的资料。其中包括:点与线载重负荷的分布地理区间、排水的规律及降雨的频率曲线、地面的坡度、汇集面积及地面径流的距离、地表水面渗透指标及地表粗糙指标、单位平均的地表水蒸发指标等。

2.3建立边界条件模型

建立边界条件模型主要取决于城市排水管网系统能够实现的分析效果及实际测算过程中所需要的数据资料的准确性。

3　计算机水力学模型在城市排水管理中的应用管理及实践总结

计算机水力学模型能够在城市排水管理中得到运用的先决条件，就是按照上述构建模型获得精准的资料。现通过计算机水力学模型在城市排水管理中的应用作实例分析如下:

3.1计算机水力学模型在城市排水系统的防汛管理应用

（1）计算机水力学模型其建立的目的。第一，检测已建成的排水系统是否能满足设计规划；第二，检测出已建立的排水系统存在的问题；第三，汇总提高城市排水管理系统的功能目标所应实施的工作内容。

（2）计算机水力学模型的建立内容。第一，录入城市排水系统的管网相关数据。数据内容包括:管网长度、管径、坡度、粗糙系统、节点距地面的高度、管底的高度、检测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、泵站与泵机的工作曲线、泵站出水口管线管径及管底高度等；第二，录入载重负荷的数据参数，应根据实际测量的降雨曲线进行计算；第三，录入边界条件数据。应根据最高的汛期的变化曲线作为计算录入的依据。

3.2计算机水力学模型在城市排水系统的防汛管理实践总结

第一，暴雨的强度如果大于既定的设计值时，相对于既定的城市排水管网来说，其水流将由重力流转变为压力流。当排水管道里的水流速度加大，管网中的坡降也随着水位线增加而增加。因此，由于排水管道的通水能力以及泵机设备的排水功能在强降雨下就有可能产生地面积水现象。所以，在排水管网的设计时，应进行可行性提升处理，即:对于雨水管道其管径应占有相对的比重应大于管道的坡降，而排污水管道应按照反方向的比例操作，即雨水管道管径大、坡度小，污水管道正好相反。第二，应将排水管网的调整储藏水量的作用充分发挥出来。通过保持管网的低水位，来减轻地面积水的现象发生的次数，而选择适合的运行来控制水位是十分重要的。第三，在对雨水的管网设计中，要注意积水面积均匀分布，不匀称的负荷载重分布将使地区的排水能力低于设计标准。第四，通过水力学模型研究排水泵站的运行，应控制水位在允许水位下。

4　结语

随着计算机技术在各个领域的广泛应用，在城市排水系统的建立过程中，加强计算机水力学模型的深入应用与发展，将给城市排水系统带来更广阔的发展提升的空间，同时，也需要通过实践中的信息反馈，不断地深化与改进，使城市的排水系统的功能作用充分地发挥出来。

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