城市积水（共6篇）
城市积水 篇1
城市路面积水的问题，困扰着国内许多城市。因为路面积水，沥青路面层软水侵蚀，产生麻面，积水沿面层裂缝渗透，降低路面结构层的强度和水温稳定性，最终形成路面凹陷和破损，影响行车舒适性;雨水天行车，路面雨水聚积，雨水溅湿行人，给司乘人员及行人造成了极大安全隐患。城市路面积水，多发生在坡段低洼处、交叉路口、道路弯道、桥台两端、城市广场、停车场附近。有人认为，使用大一点的排水管道就能解决路面积水的问题，这并非一种专业的态度，与实际情况也不尽相符。造成路面积水，原因很多，只有针对引起积水的原因进行防治，才能从根本上解决问题。
一、雨水篦子的改良
雨水篦子被树叶堵塞，造成路面积水的现象较为普遍。篦子有截留并泄出雨水的作用。宁乡县沥青路面使用的雨水篦子多数为球墨铸铁材料，篦子横格条与路中线垂直，篦子格栅板与基座可开启，格栅板规格为350×750mm，而县路平石宽度一般为400mm。篦子的泄水能力与格栅板宽度有很大关系，格栅板越宽，泄水能力越强。格条方向与水流方向一致(即格条平行于道路中线)时，篦子防堵塞的能力较强。平缓路面或坡度1.5%以下的路面，篦子前端只有三分之一的部分处于泄水状态。在纵坡稍大地段的雨水篦子，一个雨水篦子收集两部分雨水，即篦子汇水面积内雨水和上段篦子未完全排除的雨水。根据雨水进入篦子的流态，树叶随水流作用吸附在雨水篦子上，当泄水能力小于汇水量或完全堵塞时，造成路面积水的现象。树叶堵塞雨水篦子，可以采用如下方法进行防治：(1)安装泄水能力更强，较难被树叶等堵塞的SP篦型雨水篦子;(2)加大雨水篦子格栅板宽度，适合平石规格同时增加单位面积的雨水泄除量;(3)在经常被树叶堵塞的地段，雨水口适当加密，雨水篦子采用两个一组串联安装;(4)根据掌握的路面积水情况，暴雨季节加强人工巡查、疏导。
二、构造技术的处理
一条新建、改建、扩建的城市道路，刚刚使用时，道路清洁美观，路面无积水。使用几年后，路面积水的问题来了，雨水管道堵塞，雨水留在路面，排不走。雨水管道为什么会堵?主要是淤泥油块。但淤泥油块只能说是诱发因素，却不是内在因素。通过对部分地段的开挖处理，发现构造措施上存在技术问题。管道施工中，根据《城市道路设计规范》和《室外排水设计规范》对道路雨水管道的埋置深度，管径大小和各种材质的纵坡都有相应要求。原有雨水管道安装过程中，雨水口支管与干管采用底平接或是顶平接的形式，两管底最大高差只有两管道管径之差，相同的降雨量下，管底平接的较管顶平接的排水能力低，堵塞的可能性大。而实际维护工作中清空堵塞的雨水井，看到更多的是管底平接。针对构造技术问题进行防治，我认为有三条：(1)在符合城市排水规划和满足管道纵向分层布置要求下，我县雨水管道应深埋，敷设深度大于1.5米，保证管道沉泥构造措施空间。根据我县排水管道3～5年的管道淤积深度确定雨水口沉泥井深度(深埋对造价的影响符合成本与功能匹配原则);(2)支管管道纵坡除符合规范要求，支管管底与主管管顶相接，实际施工条件不能满足要求时，可适当加大主管道纵坡，在管道水流方向下方6～8米处加设主管道沉泥井;(3)对排水管道进行定期的预检预修，合理安排沉泥井的清理时间;(4)利用原有的排水系统，进行综合改造，实现互联互通。
三、路面排水坡度、分水线的合理控制
城市广场、停车场、弯道和交叉路口容易积水，和路面排水坡度及分水线的合理控制有较大关系。我国高速公路、一级公路的路面排水，一般由路肩排水和中央分隔带排水组成;二级及二级以下公路的路面排水，一般有路拱坡度、路肩横坡和边沟排水组成。我县地处南方，春夏两季雨水集中。道路直线段利用路拱坡度组织雨水沿路平石汇入雨水口，而广场、弯道和交叉路口等地方，沥青路面弯道横坡是技术控制难点，原有的基准钢丝绳和熨平板自动找平技术都难以控制到位，加之施工技术水平限制，易造成分水线和路面横坡设置不合理，形成无组织排水，雨水汇集分散，春夏多雨季节，容易造成路面积水。针对广场、停车场、弯道和交叉路口的排水组织，防治路面积水，应采取：(1)应用传感装置配合摊铺沥青面层或人工调节等方式合理有效控制路面横坡和分水线;(2)广场、停车场的排水方式应根据铺装种类、场地面积和地形等因素确定。广场、停车场单向尺寸≥150m，或地面纵坡≥2%且单向尺寸≥100m时，宜采用划区分散排水方式;广场、停车场宜采用雨水管道排水，并避免将汇水线布置在车辆停靠或人流集散的地点。雨水口应设在场内分隔带、交通岛与通道出入口汇水处;(3)在广场、停车场设置连续篦子格栅板，弯道低洼处雨水篦子加密串联，每侧路缘石雨水篦子可参照i<2%，长度>50米，每6～8米设置一组，并严格控制雨水口选点和间距。
四、城市排水专项规划的编修
宁乡县的排水系统是随着城市的发展逐步形成的，往往自成体系，分散布置，相互之间缺乏有机配合。城市沿用原有的合流制体系，缺乏适应发展的灵活性。城市的发展，建筑密度、居住人口的聚增，使得原有的合流制管道已不满足使用要求。有些楼盘小区排水管为DN800，当并入城市地下排水设施时，干管为DN600。为了有效排除城市雨水，防止发生城市内涝，应开展如下工作：
(一)编修城市排水专项规划，综合考虑城市发展远景需求，利用现有水系，整合城市排水系统。
(二)调整设计方案，实施雨污分流。按雨污分流制，逐步进行旧城区排水管网改造，新城区实施严格的雨污分流。
综上所述：造成城市路面积水的原因较为复杂，不是单纯更换大管径的地下排水管就能解决实际问题的。应综合考虑雨水口位置、间距、构造方式，路面纵、横坡，排水组织方式，地下排水管网规划等因素，使之满足实际使用需求，从而有效解决城市路面积水问题。
太原市城市道路积水情况分析 篇2
关键词：防洪排水,城市道路,城市管网
近几年来,太原市多次出现强降雨天气,造成市区部分地区严重积水。致使市区多处交通瘫痪,给市民群众生产、生活造成较大影响。道路积水成为我市常见灾害,其发生的频繁性及危害性已成为城市发展必须解决的问题。城市道路积水最直接的成因是由于现有的排水设施排水能力不足,在一定的降雨量标准下,实际产生的径流量大于排水设施容许的排泄量,多余的雨水便形成了积水。城市道路排水不畅不仅说明我市城市化快速建设发展进程中防洪排水设施建设严重滞后,同时也暴露出我市对防洪排水基础设施重视程度不足。
太原市位于晋中盆地北端,东、西、北三面环山,中部和南部为汾河冲积平原,汾河穿城而过,是东西两岸所有雨洪水的唯一出路。市区地势北高南低,南北方向自然地面坡度与汾河河床坡度基本一致。地势地貌的特点决定了一旦有降雨,雨洪水将从东、西、北三个方向向市中心汇集进入汾河。我市年平均降雨456 mm,最大年降水量707 mm,年内降水的60%集中在7,8,9三个月,并多以暴雨形式出现,强度大、历时短,易形成地面积水,甚至造成灾害。太原市建成区划分为28个雨水排除系统,排水管网1 162 km,泵站34座,缓洪池8座,雨洪渠27条。其中部分系统能通过重力自流就近排入河道,部分通过管网收集由泵站抽排入汾河及边山支河。
随着太原市“南移西进,北展东扩”战略的实施,城市规模不断扩大,特别是长风商务区、城南、东山、武宿等新区建设及旧城区改造工程的实施,绿地减少、硬化面积增加、径流系数增大、汇水时间缩短,原本能及时渗入地下的雨水和可以排入边山支河的雨水,直接进入城市管网,增加了管网排洪压力。加之近几年城市建设明显快于排水管网、防洪设施的发展速度,城区道路改造时,部分配套排水管网的改造没有同步实施,在汛期易发生排水不畅的问题。由于排水管网设计沿用的暴雨强度公式还是30年前的,30年前的极端天气远没有现在多,当时的经济没有现在发达,排水量也没有现在大,根据这一公式计算出的排水管道设计管径,也就停留在30年前,与现今实际雨量不相适应。用30年前的标准建设的管道,排30年后的雨水,当然不配套。同时原有城市排水系统欠账很多、维护及升级资金投入严重不足,老城区管网设计标准低、雨污合流、陈旧老化,有些区域管网存在不完善、不配套的问题,使得现有排水设施已远不能适应现代城市发展的需要,遇到大暴雨,极易形成路面积水。
按照太原市防洪排水专业规划,太原市建成区划分为28个雨水排除系统,其中有21个排水系统基本完善,可以较好发挥市区排水防洪功能,但需逐步改造更换老旧管网、加大维护资金、强化管理力度,确保排水设施正常运行;7个排水系统虽已初步形成,但体系尚不完善,是目前直接影响雨水排除、造成路面严重积水的主要因素,具体为:太钢南北线防洪系统、晋阳街泵站系统、龙城大街排水系统、南北沙河分洪系统、大黑水河系统、小黑水河泵站系统、九院沙河系统。这7个排水系统主要存在以下问题:
1)区域内防洪设施未按规划配套建设或不完善,已有设施年久失修,淤积严重,防洪能力减退,部分更是丧失了防洪能力,排水设施抵御暴雨能力不足。
2)城市规划建设产生的局部低洼地带,如桥下容易积水,抽排管理部门反应不及时,也容易造成道路积水。
3)城市调洪、缓洪能力不足,部分防洪排水节点未打通,存在“上不缓,下不畅”的防洪安全隐患,形不成有效体系。
4)新修道路低于河道河床高程,道路雨水不能直接排入防洪河道内,不仅造成路面积水,同时防洪河道不能充分发挥作用。
5)污水集中处理设施建设速度滞后,部分雨水管网没有出路,雨水只能通过临时抽排设备排入附近河道内流走,挤占泄洪有效断面,降低洪水下泄速度,路面积水排除时间延长。
6)城市防洪排水规划与城市发展规划建设步伐不一致,城市道路分段、分时间修建时,已修建排水设施未能连通,形不成有效排水系统,不能及时投入运行,造成路面积水。
7)汾河景区蓄水工程实施后,在汾河两侧修建了东西暗涵,暗涵断面小,致使城区内主要排洪河道北沙河、北涧河、南沙河、城南退水渠、玉门河、虎峪河、九院沙河的雨洪水进入汾河受阻,内河水无法外排,长时间缓积在河道内,市区内雨水无法及时排入就近河道,也是造成路面积水的一大原因。
城市防洪排水设施建设任重道远。应在城市总体发展规划的范畴下,科学合理编制城市防洪排水规划,大力发展城市防洪排水设施建设,建立完善城市防洪排水体系,增强大暴雨及时处理能力,提高排水设施设计标准,改造原有老化排水设施,实现雨污分流。加强暴雨预警系统构建,提高排水应急反应速度,通过模拟计算分析、灾情分析等手段,预测降水、积水情况并通报相关单位及人员,提前制定应对预案,做好抽排积水准备工作。对现有防洪排水设施加强维修养护,定期疏通,减少淤积,定期巡查,防止堵塞,保证防洪通水能力。在降雨时要注意随时监测雨情,各部门构建联络网,共同应对降雨对城市交通、安全等方面的影响。同时太原市属缺水城市,雨水的回收利用非常重要,应本着因地制宜原则,利用新技术、新手段在减少降雨对城市造成影响的同时进行雨水的收集利用。新建道路时可考虑渗透型路面结构,使雨水直接渗入地下,减少地表水径流量,减轻城市排水管网压力,涵养地下水。在东、西边山支河上游按水利规划修建水库、缓洪池、拦沙坝、湿地公园等防洪蓄水工程,尽可能将山洪水截流,减少洪水下泄,发动群众植树种草,保持水土,改善环境,增加空气湿度,改善我们的居住环境。这样不仅能够减少城区道路积水问题,更能将我们的省城建设的更美。
小儿肾积水怎么治疗 篇3
2.肾功能及梗阻的估计：(1)至少保留1/5的正常肾组织才能维持生命的最低限度功能，如非必要，尽量不作肾脏引流，以防感染的产生。(2)对于无症状无感染的肾积水患者，可每6～12个月用b超、ct及静脉肾盂造影复查观察，如无进展可暂不手术。(3)肾盂输尿管交界处梗阻可能造成结石，因此在取除结石的同时，必须探查是否存在形成结石的病因。如有狭窄，应同时纠正。
3.双侧积水的手术时机估计：在双侧肾盂积水无感染时，可先处理功能差的一侧，使对侧持续处于功能负荷的代偿肥大下。对整形手术一侧肾脏在一定的刺激下恢复较好。对于伴有感染者，则宜选择严重一侧先行手术，并应尽快作对侧。如果仅为功能较好的一侧感染，则应优先考虑手术，以最大限度保留肾功能，控制感染，另一侧在稳定病情后再考虑手术。在一侧功能较好的肾脏有肾盂积水，但尚可以整形手术力争挽回肾功能，应首先考虑手术。若对侧肾已毁损而无功能，则必需待手术侧的肾脏功能恢复，病情稳定后方可决定是否即行截除。
肾积水患者的饮食方案
①增加能量摄入，但为了避免增加积水肾脏的负担，不宜过多进食含蛋白质丰富的食物。能量的摄入主要依靠碳水化合物及脂肪类食物。
浅析城市燃气管网积水的解决方法 篇4
1.1 炼焦煤气厂生产炼焦煤气形成的工艺水和杂质, 进入管线形成管网积水并腐蚀运行管线。
炼焦煤气作为气源之一, 在其生产的过程产生大量的水和焦油、萘、硫化氢等副产品, 进入管线后形成管网积水。这类管网积水不仅影响供气, 而且焦油等化学物质形成的杂质对管线及其附属设施腐蚀也相当严重。
1.2 燃气管网老化问题形成进水点, 造成管网积水。
燃气管网老化问题可分为三类:a.燃气管线老化腐蚀严重, 形成腐蚀漏点;b.燃气管线老化受外力作用断裂;c.燃气管线老化造成接口微漏。若泄漏点处于地下水位较高地区或相关管线存在水的泄漏, 就极易形成进水点或从接口渗入水, 造成燃气管网积水, 从而影响供气。
1.3 城市建设中施工造成燃气管网受损, 形成管网进水。
随着经济发展, 城市建设也在日新月异。在城市建设过程中, 一些施工单位在施工中, 不了解地下燃气管线埋深位置, 对管线损坏进水。特别是一些房地产房地产开发商, 在未完成燃气管道掐断情况下, 直接拆除旧楼, 造成燃气管道断裂泄漏, 地下水、自来水等从破损处进入管线, 形成管网大量积水, 从而造成大面积用户停气事故。
2 从管网积水问题浅谈管网工作管理的几点看法
2.1 炼焦煤气生产过程中形成的工艺
水, 可以通过强化净化工艺的管理和加强工艺水地区抽水工作管理来解决。
炼焦煤气生产过程中必然产生大量水、焦油等杂质。随着炼焦煤气厂的民营化, 生产焦炭成为其生产的主要目的, 净化工艺管理也随之出现问题。加强净化工艺的管理, 减少因净化不彻底造成的工艺水进入, 并对进入管线内的工艺水进行及时的、有计划的抽水。另外、炼焦煤气生产工艺中产生的焦油、萘、氨、硫化氢等杂质在抽水过程中只有少量被带出, 大部分仍残留在管线中。建议定期对炼焦煤气输送管线进行清扫工作并对相关抽水缸进行缸体整体改造, 排除杂质, 减少其对管线的腐蚀危害。
2.2 改变抽水管理工作的被动管理为主动管理, 建立健全抽水缸及其相关管线的主动预防性综合管理体制。
一直以来, 抽水管理工作主要以管线上的抽水缸管理工作为主要管理内容, 但抽水缸中的积水从根源上来说都是由于周围燃气管网的问题造成。利用科学进步将抽水管理工作向工程化、智能化、概率化和模式化发展, 转而实行以预防为主, 主动建立“跟踪监测→风险评估→计划性修复”的全新抽水管理体制。
2.2.1 红色风险等级:
抽水缸及其周围管线根据抽水缸每月、每年水量, 若水量较大且经常易造成水堵问题, 影响供气, 或抽水缸自身腐蚀严重, 确立为红色风险等级。
2.2.2 橙色风险等级:
抽水缸及其周围管线根据抽水缸每月、每年水量, 若水量较小但不易造成水堵问题, 影响供气, 确立为黄色风险等级。
2.2.3 黄色风险等级:
对抽水缸及其周围管线有过泄漏抢修但未造成积水问题、管线有占压情况、管线建设年代过长、地下水位高、相关管线存在水泄漏等情况, 可能因为管线问题形成燃气泄漏进水, 可以通过认真鉴定分析确定为黄色风险等级。表明这类管线存在进水可能, 需要重点观察。
2.2.4 绿色风险等级:
对抽水缸及其相关管线未进行过泄漏抢修, 无占压, 管线建设建设较新, 无地下水, 相关管线无泄漏, 可以通过分析, 确定为绿色风险等级。沈阳管网的大部分管线应该属于此类。
根据管线划分的风险等级, 每年根据等级给出相关抽水缸及其周围管线进行有计划的改造。首先针对红色风险等级抽水缸及管线进行改造, 其他次之, 从而降低管网老化问题造成管网积水。每年根据抽水缸的水量和周围管线相关情况变化, 对整个系统进行风险等级的调整, 做好预见性等级调整并每年针对其提出相关的抽水缸和管网改造计划, 并进行改造。经过几年的改造工程, 相信红色、橙色风险等级抽水缸和相关管线会逐渐减少。最终, 通过科学化的主动预防性抽水管理工作, 能有效地防止管网积水问题发生, 大大的提高管网的供气安全性, 建立可靠的燃气输配体系。
2.3 加大燃气管线的巡检监察力度, 加
大法制宣传和执法力度, 深化国家城市燃气地下管线管理的立法工作, 加强城市地下管线的规划建设管理, 实行依法管理。杜绝人为因素造成燃气管网泄漏形成的管网积水等管网破坏事故。
在城市的建设发展过程中, 对城市燃气管网和用户安全造成威胁的因素中, 人为因素占大部分。在城市建设中, 施工单位野蛮施工, 在城市市政工程、房屋开发等过程中, 破坏燃气管线的现象屡见不鲜。我们必须加大燃气管线巡查监管力度, 在施工期做好监察监管, 并对野蛮施工造成的燃气管网破坏事故, 依据法律手段, 进行彻底追查, 用法律法规来保护燃气管网, 使其不受破坏, 以达到“管清、管住、管好”的目标, 从而杜绝人为因素造成对燃气管网的破坏, 杜绝事故发生。
2.4 加大对燃气施工队伍资质审查力
度, 强化施工过程中的质量管理, 提高燃气管线施工质量, 杜绝工程进水等情况出现。
燃气工程施工质量是燃气管网建设中的重中之重, 严格执行资质审核制度, 落实施工过程中的质量检查监督机制。加大燃气施工队伍资质审核力度, 严格杜绝不符合资质队伍进入燃气管道施工现场。加强施工人员的技能培训和教育、培养从业人员质量第一的观点.加强施工过程中的质量监察力度, 认真落实国家规定的工程质量终身负责制, 监理部门、施工单位、建设单位、运行管理单位共同把关, 通过种种努力, 确保城市燃气管线管网在建设阶段中质量, 杜绝工程进水等质量问题出现, 确保燃气工程质量。
2.5 在地下水位较高的地区, 大胆尝试中压进户, 从技术手段上尝试解决燃气管网进水问题。
中压单级供气技术在国外已经实施多年, 作为一种成熟的燃气运营技术, 其经济效益和社会效益是显而易见。我们可以在地下水位比较高的地区对新建楼盘小范围内做中压进户的尝试。我公司现在中压燃气管线压力在0.12MPa左右运行, 管线施工过程中, 中压燃气气密性试验压力0.23MPa, 强压试验压力0.3MPa, 新设燃气管线完全可以进行中压燃气进户尝试。新设管线随着压力提高, 存在泄漏情况时, 积水在压力的作用下, 不能进入管线, 如果存在工艺管线水也可以通过设立的抽水缸定期喷出。当然, 中压燃气进户对管线积水的作用不是主要的优势。中压供气技术主要是将传统的城市中、低两级供气管网系统发展为中压单级管网系统, 延长了中压管网的供气范围, 减少了中压系统与用户供气之间的低压管网, 从而达到扩大供气范围, 提高使用效率, 增强供气的稳定可靠性, 降低管网成本, 产生经济效益的目的。相信通过技术的进步我们一定能实现燃气输配技术的提高, 相关设备结构的改善和性能的不断提高, 用技术的进步来实现更安全的燃气输配体系。
摘要：城市燃气作为城市建设的重要基础设施之一, 是城市能源供应的重要组成部分, 对提高人民的生活水平, 改善大气环境, 建立环保型城市起着重要作用。随着管道的不断延伸, 管线的日益老化, 管道供气服务问题也日益突出, 其中管网积水问题是管道供气服务问题中较为突出的问题, 在各大中城市燃气运营中, 均存在不同程度的管网积水。
关键词：城市燃气管网,积水,解决方法
参考文献
城市积水 篇5
城市暴雨积水,即指降雨下落城市区域形成径流后由于地势低洼、排水不及时等原因造成的一定径流深度地面积水[1]。国内外大中城市由暴雨积水引起的洪水灾害事件频发,使得城市洪水问题成为全世界关注的问题。因此,对城市暴雨积水问题进行研究,提高城市暴雨积水的预测预警能力,为决策者制定防灾减灾措施提供理论依据显得尤为重要[2][3]。国外从20世纪60年代就已经开始对城市洪水灾害的防治研究的过程,且产生了很多优秀的城市排水模型,例如比较出名的有1971年美国环保总署研发的暴雨管理模型(SWMM),美国陆军工程兵师团水文学中心的蓄水、处理与溢流模型(STORM),英国公路研究所提出的公路研究所法(TRRL),伊利诺城市排水模型(ILLUDAS),辛辛那提大学城市径流模型(UCURM)等,这些模型都在国外很多城市得到重要应用[4]。各个模型都有自己的特点和应用范围。我国关于城市排水模型的研究比国外要晚,我国自行研制的新安江模型、双超产流模型、河北雨洪模型、姜湾径流模型、双衰减曲线模型等,从国外引进的模型主要有水箱模型、萨克拉门托模型、SMAR模型,以及改进的国外模型,如连续API模型、SCLS模型和NAM模型[5]。20世纪90年代,崔远来等人运用降雨径流关系法对北京市产流模型进行研究[6]。刘俊等人对SWMM进行改进,提出了城市化地区水文水力计算和模拟的城市排水模型,模型应用于天津实验区,效果良好[7,8]。21世纪初,徐向阳等将水文学和水力学结合建立了城市地面积水数学模型,并将其应用于上海市防汛决策支持系统[4]。近几年,南京、哈尔滨、南昌、西安等城市都陆续通过运用各自建立或改进的城市排水模型开展了与城市暴雨积水问题相关的研究[9,10,11,12]。但是,目前我国的洪水预报技术相对于国外发展前沿仍存在差距,期待进一步得到发展。本文将从数字高程模型结合水文气象耦合方面入手来研究城市暴雨积水预测方法。笔者在引进美国城市雨洪管理模型SWMM的基础上,利用GIS技术对城市暴雨积水模拟与预测的方法及应用做了研究。本文介绍了SWMM基本理论及参数的获取方法,阐述了SWMM与GIS集成来模拟计算的方法,探讨了利用OSGGIS实现地面水淹过程三维动态仿真的过程。
1 SWMM构成、数据需求和模型函数
SWMM是美国环保总署研制的一个可以对雨洪进行管理、分析、设计的动态的雨水—径流模拟模型。在本文中,仅使用该模型来模拟单一事件的径流和排水管网的水量状况,不涉及到对水质问题的研究[13,14]。
1.1 SWMM构成
SWMM包括服务模块和功能模块两个部分。服务模块由统计模块、图形模块、联合模块、降雨模块和气温模块组成。功能模块由径流模块、传输模块、扩展模块和调蓄/处理模块组成。各模块既可连续运行,也可单独运行。统计模块的主要功能是分离连续性降雨事件的模拟结果,从而形成单场降雨径流,根据降雨频率设置径流及污染物参数等。图形模块的主要功能是对模拟计算后的结果的表格化和图形化。联合模块主要用来串接前后模块之间的演算资料及档案,使演算能水力进行。降雨模块用来模拟降雨事件,雨量数据可以是实际获取的数据,也可以用通过经验或理论公式推求而来的降雨模型,然后将其输入至地表径流模块以进行连续性的模拟计算。温度模块可处理长时期温度、蒸发量、融雪资料及风速,然后将其输入至地表径流模块以进行计算。径流模块分为地面产流模块和地面汇流模块。地面产流模块用来模拟降雨在扣除蒸发、截留、洼蓄和入渗后产生径流的过程,地面汇流模块是用来模拟地面产流模块产生的径流汇集到各子流域出水口的入流过程。传输模块模拟的是水体从管道,溢水口等传输至受纳水体模块和调蓄处理模块的过程。以动力波方法进行水力演算,并可推算晴天水量及水质问题。扩展传输模块利用一维的圣维南方程作水力演算(不包括水质),因此模块是以动力波进行水力演算,可模拟的径流状况包括:回路型排水管网系统、压力管网计算等。调蓄/处理模块主要用来模拟蓄水量及水质的计算及处理。执行模块的主要功能是指定档案的编排资料及公式的执行秩序。它们之间的关系如图1所示。
1.2 数据需求
为了模拟排水系统的水文,水力和水质情况,SWMM在模拟过程中需要对组成排水系统的对象设置大量的参数。在本研究过程中,将参数分为确定性参数和不确定性参数两大类。具体所需的输入参数如表1所示:
1.3 模型函数
SWMM有一系列的函数,以供用户调用。下面将对主要的一些函数的功能进行介绍[13]:
swmm_start:SWMM初始化函数,该函数的功能是实现SWMM引擎的初始化;
swmm_open:SWMM打开函数,该函数的功能是实现打开SWMM引擎,用来分析一个新工程;
swmm_step:SWMM步骤函数,该函数的功能是在下一个报告时间前实现模型的模拟计算;
swmm_run:SWMM运行函数,该函数的功能是运行SWMM模拟计算过程,该函数需要的参数为模型文件、报告文件及输出文件。模型文件为文本文件,可以直接打开并批量编辑,报告文件为文本文件,可以直接打开并读取,输出文件为二进制文件,不能直接打开,但可以利用SWMM的其他函数来获取;
swmm_report:SWMM报告函数,该函数的功能是在模拟完成后以文本格式报告模型的输出结果;
Get Swmm Result:SWMM结果获取函数,该函数的功能是实现对二进制文件数据的读取,读取模型在运行过程产生的大量结果信息;该函数可以在VB环境下直接应用。
Run Swmm Dll:SWMM动态连接库函数,该函数的功能是运行SWMM。该函数运行需要模型文件,在运行结束后,将自动生成输入文件和报告文件。该函数也可以在VB环境下直接应用。
2 SWMM与GIS集成框架
将SWMM计算内核嵌入到城市暴雨水灾害模拟预测GIS集成平台中,空间数据库中存储和管理多用户空间数据库的通路,将基础数据子库、气象数据子库及管线数据子库中的数据通过数据处理接口提供给GIS集成处理。
2.1 SWMM与GIS数据交互
空间数据库是排水管网系统的核心,亦是城市暴雨积水预测过程中的重要内容,地理信息数据有时效性强的特点,其更新是通过空间信息服务平台用现势性强的现状数据或变更数据更新数据中非现势性的数据,从而达到保持现状数据库中空间信息的现势性和准确性或提高数据精度;同时将被更新的数据存入历时数据库中供查询检索、时间分析、历史状态恢复等[15]。同时由于空间数据库有存储和管理海量数据的能力,这也大大提高了排水管网系统的快速响应能力。
空间数据库是GIS的重要组成部分,其强大的空间数据管理能力可以存储预测过程中所需的所有数据,包括DEM数据、气象数据、管线数据等。GIS强大的空间数据管理能力保证了模型数据的准确性与运行的效率。由于GIS空间数据库存储数据参考了空间坐标系,所以可用来识别地图要素之间的空间关系。
GIS平台与SWMM原本独立运行,他们通过SWMM模型文件连接到一起。SWMM模型文件即一个ASCII文件,通过GIS的数据处理功能,生成文件所需数据。同时,GIS将处理SWMM计算后的模拟结果,实现地面积水的三维动态显示。
2.2 SWMM与GIS数据接口
SWMM提供了很多的DLL(动态连接库)以供程序调用计算内核。DLL是一个包含了可由多个程序同时使用的代码和数据的库,不是可执行的文件。使用DLL可以实现程序的模块化管理,有利于资源共享以及内存节省,以及解决平台的差异问题。使用DLL可以极大地保护用在不同开发工具、不同时期所做的工作,提高编程的效率。
利用GIS技术生成SWMM模型文件后,通过调用SWMM的计算内核,模拟计算完成后生成结果输出文件,接着GIS将输出文件存入数据库中,并完成结果的表达。其逻辑关系如图3所示:
SWMM在被调用计算内核时提供了以下三个文件作为数据接口[16]:
(1)输入文件
这是一个包含模拟一个指定区域内的降雨事件所需的所有信息的文本文件。文件被分成若干部分,每个部分以一个关键字作为开头,在每个关键字下面是具体的属性数据内容。
(2)输出报告文件
SWMM5输出报告文件为一个文本文件,此文件包含模拟运行状态信息。同事包含了运行后的错误信息以及各种计算结果的总结信息等。为SWMM5提供了一个输出报告文件的文件名和输出路径,其计算引擎将运行并书写文件的内容。
(3)输出二进制文件
SWMM5模拟过程中,每个事物在每个步长时刻各个水力因素的模拟结果,包含了输出二进制文件。例如,设定5秒为模拟步长,则每秒就会将每个检查井、管道和汇水区的水力因素写入到二进制文件。
3 SWMM模拟预测
3.1 子流域划分
为了得到更好的模拟结果,SWMM将研究区域划分成若干个子流域,然后按照各个子流域的特性分别进行径流计算。传统的方法都是采用人工勾画的方法来获得子流域,但是这种方法由于人工因素不确定性很大,难以获得正确的划分结果,加上本文涉及的研究区域范围较大,采用这种方法必然会对模拟结果产生影响。故本文采用了基于GIS水文分析的方法来划分子流域。
子流域划分的重要数据来源即是基础地形数据(DEM)。通过对DEM数据的分析,子流域划分过程中汇水的走向将按照地势由高到低排放。但是,由于城市的复杂性,往往在实际的划分过程中,我们必须按照实际情况来考虑划分。在掌握实际数据的情况下应对地面高程等数据进行处理与分析。另外,子流域的划分与流域的土地利用类型有很大的联系。每一个子流域一般都包含多种土地利用类型,不同的土地利用类型的性质均不相同。不同的土地利用类型的子流域有不同的不透水区域百分比、曼宁系数等参数的不同。
3.2 参数设置
参数设置方式采用两种,对于确定性的参数一般采用GIS技术以及根据实际数据来获得;对于不确定性参数首先通过参考前人的取值经验,然后将他们的所取的参数放在本研究中反复试验,同时参考优化参数的方法获得适合本研究的参数[17]。
GIS技术具有强大的空间数据管理和空间分析功能,可以获得人工量测难以获得的数据,例如平均坡度百分比,宽度,面积等。而对于其他的不确定性参数,根据研究区地面特征以及参考其他研究区的取值经验。SWMM参考手册中也提供了地表径流,管道和渠道的曼宁系数的取值范围,在模拟计算过程中需根据不同的实际情况进行适当的选取。雨量数据根据实际的雨量值来进行设置,如果需要模拟退水过程,可以将模拟时间设置成比降雨的时间稍长的时间。
参数不透水区域的比例涉及到了土地利用类型的问题,一般认为不透水率与土地利用类型具有一定的相关性,不同土地利用类型的不透水面积比不同。首先通过对遥感影像进行信息提取更新研究区域内土地利用现状图,再通过GIS技术,结合划分好的子流域数据,根据不同的土地利用类型的渗透率,计算出不同子流域的不透水比例参数。同时,通过遥感技术对水体特征进行提取,对已有的河流数据校核起到参考作用。这些都大大提高了模拟计算的准确性[18]。
3.3 模型文件
SWMM提供了两种方式来输入参数,第一种方式是在地图上手动绘制对象以及在SWMM软件用户界面输入参数;第二种方式是构建一个SWMM工程文件,在文件中对参数进行设置。对于较为复杂且大型的工程来说,显然第二种方式更为方便,效率更高。
模型文件包含模拟计算过程所有的对象及其对应的参数,在这个文件中可以方便地对参数进行批量编辑或修改。同时,如果参数在模型界面中被修改,文件也会随之自动完成修改。在本研究中,对于利用GIS技术获得的子流域数据,GIS数据格式的管道数据,节点数据,都是以点的坐标数据形式写入到文件中,避免了手动绘制对象,从而保证了模型使用的数据与原始数据的一致性,使得模拟计算结果更为准确。
3.4 结果表达
SWMM预测结果可以以图表、表格和文件的形式来表达。图表包括:时序图、剖面图、散点图、表格等。文件输出为状态报告,对于长期连续的模拟,还有统计报告,可以对模拟结果进行统计分析。
在本文中选择了两种方式来查看结果:时序图、剖面图。下面介绍这两种结果输出形式,本文中没有用到的方式不作阐述。
3.4.1 时序图
时序图可以展示模拟对象的变量随着时间变化的变化过程,包括子流域、管道、节点对应的变量,它还可描述特定的变量,例如总降雨量、总径流、总溢流等的时序图。
3.4.2 剖面图
剖面图展示的是连接排水管网管道和节点内的水深变化情况,它表达的是变量的竖向位置的关系。剖面图一旦创建将会随着选择的时间段而自动更新,同时,配合以动画形式,动态地展示水位变化情况,反映了管道及各结点积水的特性和持续过程,为防洪减灾决策提供较为快捷、直观的信息支持。
4 洪水演进三维动态仿真
在本文中,首先利用SWMM来模拟计算,然后将计算的结果作为输入数据利用OSGGIS(Open Scence Graph GIS)技术来表达,实现地面三维动态仿真。下面介绍OSGGIS预测方法。
4.1 OSGGIS数据收集
OSGGIS预测过程中首先涉及数据的收集,主要包括地形数据、地物数据、行政区划数据、地物纹理、SWMM模拟的水深数据。在洪水演进三维动态可视化实现过程中,由于SWMM的模拟的计算结果不能直接调用,所以需要将结果文件转换成OSGGIS中可以读取的文件格式,在本文中,通过调用SWMM动态链接库将结果输出文件转化成sww格式并保存。
4.2 OSGGIS工程文件
OSGGIS的工程文件其实就是一个指令集。执行该指令集就可以从要素和栅格数据中编译出OSG的3D几何体。可以通过xml文件定义整个工程然后使用osggis_build命令行工具来编译将数据转换成ive格式数据。工程文件的主要元素包括:工程、图层、场景、数据源、纹理资源、包含的文件等。可根据不同的需要选择元素。工程文件的基本格式如下所示:
4.3淹没区计算方法
利用OSGGIS技术来预测城市暴雨积水主要是对SWMM模拟计算后的结果溢出地面部分的三维可视化,即洪水演进过程的动态模拟。在洪水演进模拟的过程中,淹没区的计算分为两种情况:无源淹没和有源淹没。无源淹没是指研究区域均匀降水,所有低洼处都可能积水,有源淹没是指非均匀降雨,高处洪水有可能向邻域低洼处蔓延。
对无源淹没的处理相对简单,只需将流域内所有低于或等于预测水位高程的像元都将计入缓冲区,经累加形成淹没范围。有源淹没区的淹没范围计算比较复杂,种子蔓延算法是一种比较适合有源淹没的处理方法。种子蔓延算法的核心思想是将给定的种子点作为一个对象,赋予特定的属性,在某一平面区域上4个方向游动扩散,求取满足给定条件、符合数据采集分析精度、且具有连通关联分布的点的集合[19]。无源淹没和有源淹没所获得的区域,必须与行政区划矢量数据进行叠加计算,才能最后得出淹没区的实地位置。矢量行政区划层在叠加前需转换成栅格数据。
4.4 效果
OSGGIS通过建立城市三维地形模型和城市建筑物模型,直观地展示了洪水演进全过程的可视化。如下图所示:
从图中可以看出,随着时间的变化,地面的积水动态地涨消,配合以真实的场景,实现了深圳市地面洪水的涨消的三维可视化
5 结语
通过研究,得出以下主要结论:1)GIS为SWMM所需的数据的存储和持续操作提供了一个稳定并且高效的平台。不仅可以获取SWMM所需但却难以通过实际测量获取的参数,还可以对模型所需数据进行校验,为建模提供了可靠的数据源;2)在本研究中采用了一种新的利用Arc SWAT工具来划分子流域的方法,实现了子流域的自动划分,并从划分结果看该方法适用于SWMM的模拟预测;3)通过研究可以得出GIS与SWMM可以集成来实现对城市暴雨积水的模拟预测,GIS与SWMM的集成,可大大提高计算的效率和计算结果的精度,从而可以提高城市水灾害研究的信息化和数字化水平,为决策者制定防洪减灾措施提供科学的理论依据;4)利用OSGGIS技术可以通过读取SWMM模拟结果,结合地形数据、地物数据等生成三维地形及地物,配合以真实的三维场景,可以实现地面水淹过程的三维动态仿真,提供了更为直观和有效的预测手段,可提高应急指挥能力。
今后的工作可以从以下几个方面继续研究:1)本文没有实现地下排水管道系统模拟预测与地面水淹过程三维动态仿真的完全集成,两个过程是分两个部分分别进行的,整个预测过程的效率将会受到一定影响,所以在今后的工作中可以尝试实现两者的完全集成;2)本研究在实现三维可视化的过程中仅仅实现了地面上的水淹过程,地下管道的水体运动情况的研究并没有涉及,所以在今后的研究中可以将地面积水涨消过程与地下排水管线相结合实现三维动态仿真,且可以通过添加道路、降雨或其他数据使模拟场景更加真实。
摘要：本文介绍了SWMM的相关情况,包括模型的分类、基本理论、数据需求等。阐述了城市暴雨积水预测方法,提出了SWMM与GIS集成的框架,并提出了一种新的自动划分子流域的方法,探讨了利用OSGGIS通过读取SWMM模拟结果,结合地形数据、地物数据等生成三维地形及地物,配合以真实的三维场景从而实现地面水淹过程三维动态仿真的过程。研究结果表明,GIS与SWMM的集成可大大提高计算的效率和计算结果的精度,而实现地面水淹过程的三维动态仿真提供了更为直观和有效的预测手段,可以提高快速反应和应急指挥能力。
城市积水 篇6
1 Zig Bee无线传感网络
Zig Bee技术是一种针对于距离短、复杂度低的无线双向通讯技术, 具有低成本、低功耗、低速率的特点, 并且数据传输有周期性、间歇性和低反应时间的特点。Zig Bee可以组建可靠性强的无线数传网络, 类似于CDMA和GSM网络, 在网络中Zig Bee模块类似于移动通信的网络基站, 通讯距离从75米到几百米。Zigbee网络的数据传输采取避免碰撞的策略, MAC层采用完全确认的传送方式, 如果传送过程中有问题, 支持数据的重发。
2 GPRS网络
GPRS是通用分组无线业务的简称。它是第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信技术3G的过渡技术, 经常被描述成2.5G, GPRS是GSM Phase2.1规范实现的内容之一, 是在现有的GSM移动通信系统基础上发展起来的一种移动分组数据业务。GPRS通过在GSM数字移动通信网络中引入分组交换功能实体, 采用分组方式进行数据传输。GPRS它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道, 提供中速的数据传递。GPRS能够在端到端分组传送模式下发送和接收数据。无线资源采用动态分配方式, 一个终端可分配多个时隙, 一个时隙也可由多移动台共享, 终端虽然与网络一直连接, 但仅当数据传送时才占用信道资源, 而且GPRS能提供比现有GSM网9.6kb/s更高的数据传输速率, 最高可达171.2kb/s。
GPRS特别适合需要超远远距离通信的场合, 它的传输距离是几乎没有限制的, 有手机信号的地方就可以通信!而且可以直接把数据上传到互联网上, 同时也可以通过短信、电话的形式传输到我们的手机上。
3 GPRS网络结构
GPRS在一个发送实体和一个或多个接收实体之间提供数据传送能力。这些实体可以是移动用户或终端设备, 后者被连接到一个GPRS网络或一个外部的数据网络。
GGSN在GPRS网络和公用数据网之间起关口站的作用, 它可以和多种不同的数据网络连接, 如ISDN和LAN等。SGSN记录移动台的当前位置信息, 并在移动台和各种数据网络之间完成移动分组数据的发送和接收, 为服务区内所有用户提供双向的分组路由。系统共用GSM基站, 但基站要进行软件更新, 并采用新的GPRS移动台。GPRS要增加新的移动性管理程序, 通过路由器实现GPRS骨干网互联。
4 系统的方案设计
如图1所示, 由水深传感器将采集的水深数据通过Zig Bee的星型网络传给中心协调器, 协调器节点通过RS-232串口与GPRS模块MC52I相连, 实时将数据发给远程的监控中心。网络中的数据采用了免冲突载波检测多址接入机制、处理和保护时隙机制, 保证在对等的MAC实体之间提供可靠的通信链路。系统的总体结构如图2所示。
4.1 系统硬件设计
主要实验环境要求:单片机CC5230, FLASH, 矩阵键盘, STC12C5A60S2, 监控电脑终端, IAR开发环境, GPRS通信芯片MC52I。
MC52i无线模块是当今市场上尺寸最小的双频GSM/GPRS模块。模块内嵌TCP/IP协议栈;具有MC35i、MC39i、TC35i的所有功能和快速GPRS技术。广泛应用于远程监测、无线公话、车载终端、无线POS终端等领域。具有体积小、重量轻、低功耗等特点, 工作频率:900/1800MHZ
支持数据、语音、短信息和传真。
MC52I与协调器的硬件连接如图所示:
4.2 系统软件设计
4.2.1 下位机软件设计
下位机软件主要实现Zig Bee网络中协调器的数据采集及发送, 协调器节点将数据传给带有双串口的51单片机, 单片机一边通过串口1收数据, 一边通过串口2发送AT命令控制GPRS模块以实现数据的无线透传。
4.2.2 上位机软件设计
上位机监控软件采用LABVIEW开发, Lab VIEW软件平台具有强大的网络通信功能, 可以方便地使用网络通信协议编程实现网络通信, Lab VIEW中支持的通信协议类型包括TCP/IP、UDP、串口通信协议、无线网络协议和邮件传输协议。TCP/IP协议体系是目前最成功, 使用最频繁的Internet协议, 有着良好的实用性和开放性。它定义了网络层的网际互连协议IP, 传输层的传输控制协议TCP、用户数据协议UDP等。
在设计上采用C/S (客户端/服务器) 通信模式, VI程序分为两部分:处理主机工作在Server模式, 完成数据接收, 并提供数据的相关处理;GPRS模块工作于Client模式, 实现数据传送。TCP传输数据过程如下:在服务器端, 用“TCP侦听”节点创建侦听, 由发送端发送连接请求, 接收端侦听到请求后回复并建立连接, 然后开始传输, 数据由读取TCP数据函数读取TCP数据, 传输完成后关闭连接。
4.2.3 LABVIEW访问数据库
该程序中需要用到Lab SQL工具包, Lab SQL是一个免费的、多数据库、跨平台的Lab VIEW数据库访问工具包, Lab SQL支持Windows操作系统中任何基于ODBC的数据库, 将复杂的底层ADO及SQL操作封装成一系列的Lab SQL VIs。利用Lab SQL几乎可以访问任何类型地数据库, 执行各种查询, 对记录进行各种操作。它的优点是易于理解, 操作简单, 不熟悉SQL语言的用户也可以很容易地使用。只需进行简单地编程, 就可在Lab VIEW中实现数据库访问。
⑴安装My SQL Connector ODB C。
⑵你需要用ODBC (Open Database Connectivity) 来创建数据源 (DSN) , 在控制面板中来点击ODBC来开启ODBC程序, 或者直接在运行里输入odbcad32.exe。
⑶在系统DSN中选中驱动程序My SQL ODBC3.51 Driver。
⑷双击后填入相关数据库信息, 建立好数据源。
这样就可以能过SQL命令访问My SQL数据库了。
5 结束语
本系统能实现远程的实时监控和预警, 便于相关部门和专家提前做出救护决策。与传统的人工现场检测相比, Zigbee稳定准确的无线传输, 以及GPRS无线通信的高速传输, 灵活可靠的传输优点使得相关部门能远程获得准确的水深数据, 节省了大量的人力, 财力。目前, 对该系统进行了几个节点的测试, 均获得准确可靠快速的测量结果。
摘要：提出了以ZigBee无线通信技术、GPRS为依托, 建立的一种直观可视平台, 该平台采用星型网络结构, 使城市道路组成一张覆盖面广、网络容量大的可监视传感器网络, 实时将路面积水情况通过GPRS无线网络与基于LabVIEW的上位机程序进行TCP/IP协议通信, 从而实现远程监控。Labview将收到的数据存入Mysql数据库中以便查阅, 测试结果证明了该系统的稳定性与可靠性。
关键词：ZigBee,星型网络结构,GPRS,Labview
参考文献
[1]Siemens.MC52i Hardware Interface Description.2008.
[2]Siemens.MC52i AT Command Set.2008
[3]陈树学, 刘萱.LabVIEW宝典.电子工业出版社, 2011.