如何建立复杂城市排水系统模型？基于SWMM与城市内涝一维二维耦合模型的复杂排水系统建模/城市排涝/海绵城市技术

目录

城市内涝一维二维耦合技术及在城市排水防涝领域中的实践应用

基于SWMM与城市内涝一维二维耦合模型的复杂排水系统建模/城市排涝/海绵城市技术应用

SWMM排水管网水力、水质建模及在海绵与水环境中的应用

SWMM复杂城市排水系统模型及排水防涝、海绵城市设计等工程实践应用与二次开发

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城市内涝一维二维耦合技术及在城市排水防涝领域中的实践应用

掌握GIS、CAD数据为基础进行城市排水系统水力建模方法，能够完成复杂城市排水系统模型的建立。同时掌握水力模拟在排水防涝、海绵城市设计等工程实践领域的应用方法。了解城市内涝一维二维耦合水力计算原理，利用软件工具实现城市内涝模拟。

【专家】：金溪（副教授），长期从事给排水管网水力建模及优化分析领域的研究工作，精通主流给排水管网模型的应用及二次开发技术，丰富的模拟应用经验，具有资深的技术底蕴和专业背景。

慧天平台简介

慧天排水数字化分析平台针对城市排水系统基础设施数据管理的需求，以及水文、水力及水质模拟对数据的需求，实现了以数据库方式对相应数据的存储。可以对分流制排水系统及合流制排水系统进行地表水文、管网水力、水质过程的模拟计算。可以对城市低影响开发措施的水文、水力、水质过程进行模拟计算。可以实现城市内涝一维二维耦合模拟计算，给出地面内涝水体的淹没深度、流动方向、流动速度点模拟结果。完全兼容SWMM模型格式，可以在本平台模型与SWMM模型之间实现转换。本平台模型数据及模拟结果以主流GIS数据库格式保存，可以利用ArcGIS、MS office等常用软件进行查看、编辑、制图，使用户可以更加灵活的对模型数据及结果数据进行扩展应用。（已注册专利，发表相关论文，多家单位正在应用该平台）

慧天排水数字化分析平台主要功能包括：
1.一维管网水力（水质）模拟：对任意横断面渠道的水力模拟；可模拟水泵、孔口、堰、调蓄池等特殊功能构筑物；可模拟多种来源引入的污染物；可模拟管网超载、回水、溢流等各种水力工况；支持用户自定义控制功能，实现管网动态调度工况的模拟。
2.一维二维耦合水力模拟：可以模拟节点溢流、明渠溢流等情况下的地面内涝情境；可以模拟地面洪涝随时间演进过程；模拟结果数据格式为主流GIS文件格式，支持在主流GIS平台中查看；可以展示特定位置地面积水深度的时间过程线；可对特定区域进行淹没深度统计分析。
3.排水建模数据辅助处理：汇水子面积自动划分；汇水子面积出口节点自动关联；节点自动生成；节点井底高程自动计算；排放口自动搜寻；排放口连通性检查；管网拓扑关系自动建立；管网拓扑关系自动查错；管网模型合并；管网模型简化；管网模型拆分。
4.排水系统统计分析：节点溢流分析；CSO截流设施规模优化分析；管网混错接分析；排放口汇水面积分析。

第一：慧天平台进行建模数据处理

1.利用慧天平台实现：节点的自动生成、节点属性自动赋值、拓扑关系自动建立、汇水子面积自动划分、管网快速建模。

第二：慧天平台进行排水管网水力模拟

2.一维管网水力模拟及结果展示：

第三：慧天平台进行城市排水防涝评估

3.城市内涝一维二维耦合模拟：

4.城市内涝淹没深度专题图制作：

5.城市内涝模拟结果统计分析：

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基于SWMM与城市内涝一维二维耦合模型的复杂排水系统建模/城市排涝/海绵城市技术应用

随着计算机的广泛应用和各类模型软件的发展，将排水系统模型作为城市洪灾评价与防治的技术手段已经成为防洪防灾的重要技术途径。聚焦于综合利用GIS及CAD等工具高效地进行大规模城市排水系统水力模型的建立。在讲解过程中会以案例的形式演示与其他软件（如AutoCAD、ArcGIS、MS Office）进行数据交换与协作的方法，以便学员在今后的工作中更加高效的进行多种软件之间的协同工作，以提高建模效率。
另外本教程还会对城市内涝一维二维耦合模拟方法进行讲解，通过城市内涝模拟方法的应用可以获得指定降雨强度下城市内涝的水文水力计算结果，直观展示淹没深度、淹没进程、敏感地带水深变化等关键信息，为城市内涝防治规划提供有力的数据支撑。
目标是让参训学员掌握GIS、CAD数据为基础进行城市排水系统水力建模方法，能够完成复杂城市排水系统模型的建立。同时掌握水力模拟在排水防涝、海绵城市设计等工程实践领域的应用方法。了解城市内涝一维二维耦合水力计算原理，利用软件工具实现城市内涝模拟。

按照循序渐进、由浅入深的方式推进课程内容的学习，在学习的过程中全程伴随案例实操训练，帮助学员深入理解培训内容，熟练掌握相关操作方法。

一、CAD、GIS在水力建模过程中的应用

1.利用CAD、GIS软件及数据实现管段、节点数据的批量处理：管段属性数据的处理、节点的自动生成、节点属性的自动读取。

2.利用GIS软件实现节点、管段拓扑连接关系的建立：管段与节点之间网络关系的自动建立。

3.利用GIS软件实现汇水子区域的自动划分：利用节点的分布特征进行汇水子面积的自动划分。

4.利用GIS软件实现汇水子区域参数的计算与赋值：通过GIS空间分析功能的使用，实现汇水子面积不透水面积比例、平均坡度等属性值的自动计算机赋值。

5.利用GIS软件实现SWMM的快速建模：通过对SWMM模型文件格式的分析，实现SWMM模型文件的快速编辑，从而快速的实现大规模管网模型的建立。

二、水力模型在城市排水防涝评估中的应用

1.受纳水体边界条件设定及调蓄容积的设置：天然水体水位条件的设置，天然水体调蓄能力的利用效率评估。

节点溢流结果分析及溢流节点专题图的制作：利用模拟结果获取节点溢流信息，并通过SWMM模型与GIS的配合绘制溢流节点专题图。

3.管段超载结果分析及瓶颈管段专题图的制作：利用模拟结果获取管段超载信息，并通过SWMM模型与GIS的配合瓶颈管段专题图。

4.城市内涝淹没深度专题图的制作：利用一维二维耦合模拟软件工具进行城市内涝过程模拟，并利用模拟结果进行内涝淹没深度专题图制作【免费提供自主开发软件】

三、SWMM在海绵城市规划设计中的应用

1.SWMM对LID措施的模拟方法：讲解SWMM中对于生物滞留网格、渗渠、植草沟等典型海绵措施的实现方法。

2.利用SWMM对现状地表进行海绵指标评估：在没有海绵设施的情况下，如何利用SWMM评估现状地表的水文特性。

3.利用快速建模方法实现小海绵结构的SWMM建模：实现径流总量控制率及面源污染削减率的计算。

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SWMM排水管网水力、水质建模及在海绵与水环境中的应用

随着计算机的广泛应用和各类模型软件的发展，将排水系统模型作为城市洪灾评价与防治的技术手段已经成为防洪防灾的重要技术途径。美国环保局的雨水管理模型（SWMM），是当今世界最为著名的排水系统模型。SWMM能模拟降雨和污染物质经过地面、排水管网、蓄水和处理设施，最终到达受纳水体的整个运动、变化的复杂过程，可作单一事件或长期连续时期的模拟。该模型软件小巧快捷且源代码公开，非常适合于科研、设计咨询单位的使用。本次培训将遵循由浅入深、理论与实践相结合的方式进行SWMM软件功能的讲授。不仅讲解SWMM建模的基本方法，而且将SWMM的功能与城市暴雨管理及水环境保护的典型应用以案例的形式组织起来，按照专题的形式结合实际操作进行讲解。

力求让学员掌握SWMM建模方法的同时，熟悉SWMM在城市暴雨管理及水体保护方面的应用方法。对于SWMM软件存在的与主流商业软件数据格式不兼容造成建模效率较低等问题。本次培训还将聚焦于SWMM的快速建模方法、SWMM与其他软件之间的数据转换等几个方面的知识。在讲解过程中会以案例的形式演示SWMM与其他软件（如AutoCAD、ArcGIS、MS Office）进行数据交换与协作的方法，以便学员在今后的工作中更加高效的进行多种软件之间的协同工作，以提高建模效率。另外本次课程还会对SWMM二次开发的内容进行讲解，让学员对SWMM二次开发的概念及实际操作方法有一个比较深入的认识。

掌握SWMM软件的使用方法，并学习如何利用模型来解决排水系统新建及改造过程中面临的典型问题。同时掌握SWMM快速建模方法以及如何充分利用目前主流商业软件的数据进行SWMM建模。

专题一SWMM软件简介及水力建模基础

对SWMM软件的构成、界面进行详细的介绍，介绍SWMM进行水力建模的基本步骤：
1.1软件模块结构
1.2建模基础数据的分类及获取方法概述
1.3软件基本功能介绍
1.4 SWMM相较于其他商业软件的优缺点

专题二  管网水质  建模基础

结合具体案例对排水管网水力模型建立过程中的数据需求、数据整理、数据录入进行详细讲解：
2.1数据需求分析 各种SWMM对象的数据需求以及含义
2.2基础数据整理
2.3基础数据的输入 各种SWMM对象的属性意义的讲解以及输入方法
2.4水力模拟数据的整理及输入

对SWMM模拟选项的含义及设置方法进行详细的讲解：
排水管网水质模型建立过程中的数据需求、数据整理、数据录入方法，排水管网水质模型计算结果的内容及获取方法，并结合具体案例对数据结果的获取及展示方法进行演示：
2.5水质模型数据需求分析 对于水质模拟的数据需求、与水力数据之间的关系进行讲解
2.6水质模型数据的输入 水质模拟所需数据的含义及输入方法的详细讲解。
2.7水质模拟方法实际操作及结果分析

专题三 SWMM高级应用1-河道处理与控制功能

介绍SWMM高级功能的使用方法：
3.1利用SWMM实现河道的模拟
3.2利用SWMM控制语句实现SWMM对在线控制功能的模拟 通过控制功能，可以在模拟进行过程中，通过条件判断，对水泵、管道、孔口、堰以及放空管进行控制

专题四 SWMM高级应用2-低影响开发

结合低影响开发技术对SWMM相关功能进行详细讲解，结合具体案例演示微观小海绵案例的建模及结果分析：
4.1低影响开发技术概述
4.2 SWMM模型对低影响开发技术的体现 讲解SWMM低影响开发模块的基本原理及实现形式

4.3 低影响开发功能的数据需求
4.4 低影响开发的模拟方法及结果分析
4.5 低影响开发措施的效果评估 利用快速建模方法实现小海绵结构的SWMM建模，并实现径流总量控制率及面源污染削减率的计算

专题五 SWMM高级应用3-超长历时模拟分析与报告内容分析

学习如何将暴雨强度公式转化为降雨过程线的方法，以及如何制作超长降雨历时的降雨文件：
5.1 短历时降雨过程线的获得；

5.2 超长降雨历时的降雨文件的制作

专题六 AutoCAD 及GIS用于SWMM建模

学习如何利用AutoCAD数据格式保存建模所需信息，将AutoCAD文件进行整理形成SWMM建模可用的管网图形，学习AutoCAD与ArcGIS数据之间的转换方法及数据补充方法：
6.1 AutoCAD数据准备
6.2 利用AutoCAD文件保存建模所需属性信息
6.3 AutoCAD数据转换为ArcGIS数据

学习如何利用ArcGIS数据进行子流域的划分、节点地面标高的读取：
6.4节点的自动生成
6.5 划分子流域的泰森多边形方法

专题七 SWMM建模基础参数取值问题

针对SWMM模型中部分参数的取值方法问题进行讲解，学习利用ArcGIS空间分析工具进行模型参数的计算：
7.1汇水子面积相关参数取值方法
径流系数:利用ArcGIS的空间分析工具进行汇水子面积径流系数的自动求解 平均坡度：利用ArcGIS的空间分析工具进行汇水子面积平均坡度的自动求

详细讲解汇水子面积的特征宽度、初损雨量、粗糙系数、下渗参数等的取值方法。

7.2水质模拟相关参数取值问题
污染物累计函数的参数取值； 污染物冲刷函数的参数取值；

专题八 SWMM快速建模方法

了解SWMM模型文件的数据结构，通过数据转换与编辑形成SWMM所需的模型文件格式，达到快速建模的目的：
8.1模型文件数据结构说明 针对SWMM模型inp文件结构进行详细讲解
8.2模型所需数据的整理及格式转换
8.3模型文件数据内容的获得与编辑
8.4特殊数据的编辑与补充
8.5结合具体案例进行SWMM快速建模方法实践 通过掌握inp文件的格式，可以通过编辑文本的方式组织模型数据，从而达到快速建模的目的。

专题九 SWMM进行精细化海绵城市建模及专题图的制作

9.1精细化海绵城市建模案例
9.2利用GIS及SWMM模拟结果进行专题图制作
 

专题十 SWMM二次开发

介绍SWMM二次开发技术的概念，具体操作方法：
10.1 二次开发概述
10.2调用SWMM计算模块的步骤
10.3使用SWMM结果文件的步骤
10.4 SWMM计算模块的改进及编译
利用SWMM二次开发技术实现水力结果的提取

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SWMM复杂城市排水系统模型及排水防涝、海绵城市设计等工程实践应用与二次开发

掌握GIS、CAD数据为基础进行SWMM建模方法，能够完成复杂城市排水系统模型的建立。同时掌握SWMM在排水防涝、海绵城市设计等工程实践领域的应用方法。理解SWMM二次开发的流程及理念，能够实现初步的二次开发操作。

【目标】：
1、掌握GIS、CAD数据为基础进行SWMM建模方法，能够完成复杂城市排水系统模型的建立。
2、掌握SWMM在排水防涝、海绵城市设计等工程实践领域的应用方法。
3、理解SWMM二次开发的流程及理念，能够实现初步的二次开发操作。

第一：GIS数据在SWMM建模过程中的应用

1.利用CAD、GIS软件及数据实现管段、节点数据的批量处理：管段属性数据的处理、节点的自动生成、节点属性的自动读取。

2.利用GIS软件实现节点、管段拓扑连接关系的建立：管段与节点之间网络关系的自动建立。

3.利用GIS软件实现汇水子区域的自动划分：利用节点的分布特征进行汇水子面积的自动划分。
4.利用GIS软件实现汇水子区域参数的计算与赋值：通过GIS空间分析功能的使用，实现汇水子面积不透水面积比例、平均坡度等属性值的自动计算机赋值。

5.利用GIS软件实现SWMM的快速建模：通过对SWMM模型文件格式的分析，实现SWMM模型文件的快速编辑，从而快速的实现大规模管网模型的建立。
 

第二：SWMM在城市排水防涝评估中的应用

1. 受纳水体边界条件设定及调蓄容积的设置：天然水体水位条件的设置，天然水体调蓄能力的利用效率评估。

2. 节点溢流结果分析及溢流节点专题图的制作：利用模拟结果获取节点溢流信息，并通过SWMM模型与GIS的配合绘制溢流节点专题图。

3. 管段超载结果分析及瓶颈管段专题图的制作：利用模拟结果获取管段超载信息，并通过SWMM模型与GIS的配合瓶颈管段专题图。

第三：SWMM在海绵城市规划设计中的应用

1. SWMM对LID措施的模拟方法：讲解SWMM中对于生物滞留网格、渗渠、植草沟等典型海绵措施的实现方法。

2. 利用SWMM对现状地表进行海绵指标评估：在没有海绵设施的情况下，如何利用SWMM评估现状地表的水文特性。

3. 利用快速建模方法实现小海绵结构的SWMM建模：实现径流总量控制率及面源污染削减率的计算。

第四：SWMM二次开发方法及应用案例

1.SWMM二次开发基础知识讲解：SWMM源代码编译、接口函数调用、结果文件格式分析及读取方法。
2.SWMM二次开发应用案例：利用二次开发功能实现不同设计方案的模型的批量计算以及不同方案模拟结果的横向比较。