本站原创摘 要：随着我国经济的发展,城市的建设越来越快,城市的排水规划需要不断扩展,城市的排水规划包括雨水以及城市污水,排放量的增多使得城市原有的排水规划不能适应城市日益增多的排水范围,为了使排水计算更加准确,需要对原有的设计规划进行创新与完善,经过研究发现数学模型在城市排水规划中应用的范围很广,可以有效的缓解排水压力.下面我们主要针对雨水排放系统分析了数学模型的应用流程、面临的问题以及应用方法.
关 键 词 ：数学模型；城市；排水规划；应用；问题
在城市的排水规划中,排水系统主要是用于抵抗大自然中的暴雨灾害,这些排水系统可以有效的保护城市中的重要设施,使其免遭破坏,也可以保障城市居民的日常生活与生产可以更加方便舒适.我国在建设城市时,排水规划一直引用的是国外经验,其实并不是很适合我国的国情与城市的实际情况,尤其是我国发展的越来越快,城市的各项基础设施建设的越来越多,对设施的保护变得尤为重要,而原来的排水系统规划已经不能适应城市排水的需求,经过研究发现,数学模型可以使城市排水系统更加完善,数学模型可以弥补城市排水规划的不足,下面我们以雨水系统为例,分析下数学模型在城市雨水系统规划中的应用流程以及具体的应用方法.
1.数学模型在城市雨水系统规划中的应用流程
经过研究发现,数学模型的应用不但可以改善城市雨水系统规划的方法,而且可以提高城市雨水规划系统的安全性,为了使数学模型可以更好的为城市排水规划提供便利,我国市政排水规划研究小组,借鉴了很多国外的先进经验,积累了很多国外利用数学模型进行排水的经验,并且结合我国部分城市的实际情况以及经济技术水平,在实践中总结了一套数学模型应用在雨水排水系统的流程.
首先,应用数学模型必须明确研究的对象,我国的城市经济与气候差异很大,南方北方的降雨量也有很大的不同,不同的降雨情况,采用的数学模型方法也各不相同.其次还要明确研究的范围有多广,笼统的分析,必然使得计算的结果不够精确,影响数学模型的正确性,在确定范围的时候可以根据研究对象与雨水系统的影响关系来判断.接下来,要对研究对象进行一系列的分析并且整理成资料,比如要收集研究对象的雨水现状情况,在不同季节的降雨量情况,研究对象在当前的雨水状态下的设计资料、对雨水监测情况的资料等,并对这些资料进行整理,这个步骤主要是为日后数学模型发挥效用提供基础资料.接下来,就需要为城市建立雨水系统模型,这个模型包含现状系统模型以及规划模型,现状模型主要是用来分析参考的,规划模型则是用来做预测方案的.这两个模型都需要建立数据库,也需要对暴雨进行分析预测以及对模型的参数进行校准.这些工作做完后就需要对排水规划制定标准,不论是城市中已经建立排水系统的地区还是未建立的,都需要根据相关情况制定雨水系统规划标准,从而更好的制定城市排水方案.最后,就是需要对数学模式的模拟方案进行优化和改进,模拟的模型包括可能发生积水的积水点分布图、积水点面积、深度、时间以及积水流速的数据图等等,最后的步骤就是对这些模拟方案进行局部的优化与整体的调整.
2.数学模型应用在城市雨水系统时面临的问题
（1）确保资料的完整性以及正确性.在应用数学模型前,首先要把所有相关的资料、数据整理成册,要保证这些资料的正确性,而且这些资料越完整建立的排水模型就越完善.所以在搜集这些资料时,一定要保证雨水现状资料、设计资料、监测资料的收集,这三方面的资料越全面越好.这就要求在收集现状资料时,要注意收集这个地区的地质地貌情况的资料、这个地区地面铺设情况的资料、排水现状的资料,排水现状还包括管道的铺设与分布等情况.而设计方面的资料注意包括设计的标准、依据,城市未来的征地计划,排水管道的设计以及参数等等方面.监测资料主要是对这个地址的降雨量的监测,排水情况的监测,以及对这个地区排水的水质的监测等等.这些资料的收集可以确定城市的水力模型,所以在收集整理的过程中一定要仔细认真,避免失误以及遗漏.
（2）应对模型软件平台的选择.纵观世界应用的各类数学模型软件,应用比较广泛的有美国环保署开发的SWMM和丹麦DHI等产品.我国在选择模型软件时要结合城市的实际情况,城市排水规划的经费以及用途等等,既要保证软件的有效性,也要保证方案的经济性,为了使软件能更好的得到利用,相关工作人员一定要充分的了解软件的各项功能,保证这些功能能充分的发挥在模型设计中.
（3）对数学模型的校准.运用软件建立起雨水系统模型,为了使模型发挥更大的作用,必须结合实际情况对模型进行校对与优化,这就要求相关人员必须根据收集的基础资料,对模型的参数进行对比与改进,主要是将城市可能会遭到的强降水资料模拟在模型中,利用数学模型进行计算,并将计算出的结果与基础资料中的监测流量进行对比,如果出现的误差比较大,一定要对数学模型进行修改,直到计算出的结果与监测的数据相差不大时,才能保证数学模型的构建是正确的.
3.数学模型应用在城市雨水排水系统规划的优化措施
除了上述数学模型的应用流程,需要优化的措施有：设计工况校核分析,首先进行初步校核,分析采用的参数是否合理,排水流域的划分是否正确、合理等.其次,进行规划设计方案校核,即在模型中设置与规划设计条件等价的参数进行模拟计算,分析管径计算结果及系统间的衔接关系是否合理.其中,设计工况校核的标准为：在设计重现期内,雨水管道应为无压流状态.下一个需要优化的是,问题分析及雨水系统调整：针对雨水系统规划设计中出现的问题,在分析原因后,需进行方案的调整,并重新模拟,直至满足设计土况校核的标准.还有一项需要优化的是雨峰位置调整：由于管道内部具有很大的调蓄空间,导致雨峰位置对管道压力的影响不同.由于雨峰位置对管道内水力情况影响较大,且进行设计工况分析时检测定雨峰位于开始时刻,与雨峰位置一般位于0.4～0.5的实际情况不符.因此,需要进行雨峰位置调整优化.具体步骤为：按当地降雨雨峰对模拟用设计降雨进行调整,并按照设计土况校核分析中的步骤进行管网调整与优化.
4.结 论
综上所述,城市的发展要求对人们的生活生产、城市基础设施等要进行保护与完善,将数学模型应用在城市排水规划中,可以有效的改善城市设施被暴雨破坏等情况,数学模型要明确研究对象以及研究范围,这样可以保证计算结果的正确性,对数学模型的模拟可以更好的对模型进行改进与优化,总之,数学模型的应用与优化可以使城市的排水规划更加科学更加完善.