凤凰县古城区“环状”排水系统的计算及分析

文/徐俊杰，湖南省建筑设计院有限公司

凤凰县古城区“环状”排水系统的计算及分析

文/徐俊杰，湖南省建筑设计院有限公司

“环状”排水管网在现实中大量存在，但计算软件一般认为该类排水管网为错误管网而无法计算。本文以凤凰县古城区“环状”排水管网为例，通过数据互通将排水管网拟化为“数据包”，然后将包含了管道信息的“数据包”导入不同的软件中进行计算，为现实中大量存在的“环状”排水系统准确计算提供了可行的解决方法。

“环状”排水；数据互通； MikeUrban

凤凰县地处湖南省湘西土家族苗族自治州的西南角，是国家历史文化名城、国家AAAA级景区。凤凰古城区位于凤凰县城中心，是整个凤凰县的核心景区。古城区的排水系统是在长期发展过程中自然形成的，没有系统规划作为建设依据，与一般排水系统相比，凤凰县古城内的排水系统有一明显特征：排水管沟是“环状”管沟。一般的排水系统是“树状”排水系统，即水流在管道内的流向是一定的，水流基本是单向流。但凤凰县古城区内的排水管沟为周边居民自由开凿形成，分叉点非常多，形成了“环状”排水系统，水流在管沟内的流向不确定，各个方向的流量亦不确定。

图01 一般排水系统示意图

（一般排水系统采用“树状网”排水，水流在管沟内的流向是确定的）

图02 凤凰古城内排水系统示意图

（凤凰古城内排水系统采用“环状”排水，水流在管沟内的流向和流量均不确定）

图03 凤凰古城内排水系统航拍示意图

（图中红色圆点代表发生了分流的节点）

为对古城内的排水系统进行升级改造，特编制古城内的排水系统专项规划。编制排水规划的过程中存在一个主要的技术问题：虽然在现实中，“环状”排水网大量客观存在，但由于设计规范不允许出现“环状”排水管网，因此目前大部分管网计算软件遇到“分流”情况则自动报错，计算停止，无法对现实存在的“环状”排水管网进行准确计算和优化。

笔者经过一定的测试和探索解决了该问题，解决该问题的基本思路是：通过不同计算软件之间的融合和数据互通将排水管网（包括管道、检查井及附属设施等）拟化为“数据包”，然后将包含了管道信息的“数据包”导入不同的软件中进行计算及校核，充分利用各软件的优势以实现对“环状”排水管网的计算。

目前排水管网相关软件可分为两大类：计算类软件及模拟类软件。计算类软件如“鸿业”“天正”等，模拟类软件软件如丹麦的“Mike Urban”、英国的“InfoWorks”等。计算类软件偏重于管网的计算，但不允许“环状”排水管网的出现。模拟类软件偏重于模拟管网在不同条件下的水力状况，可接受“环状”管网，但管道数据（如管径、坡度、管底标高）的调整非常繁琐费时，出图亦不符合目前中国相关规范要求。以上两类软件基于不同的软件平台（分别基于AutoCAD平台和ArcGIS平台），因此数据无法互相利用。按照以上提到的思路，笔者实现了对凤凰县古城区内的“环状”管网的定量化计算及优化。

解决“环状”排水管网计算问题的主要步骤如下：

1.在传统管网计算软件（如“鸿业”等）中进行管道布置、初步计算及坡度调整，并保存计算书。此步不再详细介绍，详参相关软件说明书。

2.将第一步获得的计算书存为Excel格式（.xls）文件，由于计算书中包含了管道及检查井的所有相关信息（管径、长度、坐标等），可将计算书视为包含了所有管道信息的“数据包”。然后按照Mike Urban（本文以Mike Urban为例）可接受的格式进行调整，即为M ike Urban可接受的“数据包”。注：（1）由于不同软件所要求的格式差异巨大，因此必须对每种软件的格式要求、度量单位等有准确的理解。（2）除excel格式外，shp格式，csv格式等也被部分软件接受，可根据实际情况进行选择。

图04 典型“鸿业”软件计算书

图05 典型Mike Urban软件数据库

（“鸿业”计算书与 Mike Urban数据库虽然编排格式、数据单位不同，但主要信息均采用表格形式存储，在进行单位转换、顺序编排后，可将计算书导入到Mike Urban的数据库中）

3.将调整后的“数据包”导入Mike Urban（或其他模拟软件）并进行微调后即可进行模拟计算。

图06 将调整后的“数据表”以excel格式导入Mike Urban软件

4.计算完毕后提取并分析计算成果。对Mike Urban模拟计算出的结果进行提取及分析。

对管道各分流处的流量进行分析如下:

图07 分流管道的流量曲线分析图（m3/s）

上图为分流节点 D188处的各管道的流量分析图，其中黑色线的为上游管（编号171）的流量变化图，绿色线为下游管（编号184）的流量变化图，蓝色线为下游管（编号172）的流量变化图。上图表明：上游管171的大部分流量都由下游管184流出，而下游管道17 2仅承担很少的流量。因此，根据各管道的最大流量，计算出各管管径如下：

管段编号 最大流量（m3/s） 管径（mm） 选取管径（mm） 备注171 0.65 900 1000 非标管采用大一级的标准管184 0.51 900 1000 非标管采用大一级的标准管172 0.15 600 600

同理，可对其他分流点处的管段流量进行分析

通过以上步骤即可实现了对“环状”排水管沟进行准确的定量计算，并对不满足要求的管段进行调整，调整后再次计算，直至满足要求。

结论：本文通过对凤凰县古城区“环状”排水系统的研究，对不同软件间的数据互通进行了尝试并实现了对“环状”排水系统的定量计算。通过将不同计算软件的数据信息拟化为“数据包”从而实现了不同软件的互相计算及验证，解决了“环状”排水系统的定量计算问题并提高了计算结果的准确性，为现实中大量存在的“环状”排水系统的准确计算提供了可行解决方法。

【注释】

Mike Urban是一款由丹麦DHI公司开发的软件，主要运用于城市供水管网、排水管道的模拟，是水行业内最专业的管网建模软件之一。该软件基于ArcGIS平台，在世界上数十个国家得到了广泛的应用。

鸿业（管立得）是国内鸿业科技公司开发的一款管网计算软件，主要运用于城市供水管网、排水管道的计算及出图。该软件基于A utoCAD平台，在国内有广泛运用。

1.孙慧修，郝以琼等。排水工程（上册），中国建筑工业出版社。

2.魏秉华等。给水排水设计手册 第五册 城镇排水，中国建筑工业出版社。

3.鸿业科技。鸿业管立得11.0用户手册，鸿业科技。

徐俊杰（1982—），男，湖南长沙人。硕士，工程师，主要从事市政给排水设计工作。