关于GIS城市排水管网管理系统设计与实现的思考

高峰

重庆市排水有限公司 重庆 400010

城市排水管网是城市不可或缺的基础设施，关系到城市日常工作和生活是否能正常进行。随着城市规模的扩大发展和城市化进程的加快，让城市排水管网的规划改造工作量大大增加。传统的管理部门一般使用静态的方式来管理，为了提升城市排水网在规划设计中的动态控制，优化实施技术跟上经济发展，需要对排水规划的调整进行改变[1]。利用GIS系统更方便市政管理实现数据浏览、查询分析、在线编辑等功能，同时维护和更新官网资料，保障图文信息和管网状态一致，优化规划地形和道路等。

1 排水管网的设计优化

1.1 直接优化和间接优化。城市目前的排水系统设计运行和施工会由于造价高昂而受到约束，所以在规划设计排水工程时，要充分结合排水管网的优化设计进行管网平面的最佳选择。通过直接优化时，按照性能指标的变化，根据目标函数对方案进行一对一的比较，然后根据结果进行参数选择、计算和调配，从而达到最佳解。而利用间接优化法则需要在构建最佳的数学模型基础上再通过最佳计算得到最优解，传统的间接优化方法包括动态规划法、线性规划法、遗传算法和非线性规划法等。可是管径属于离散变量，在设计其最小流速的约束条件非常复杂，无法通过数学公式来进行计算，因此在建立数学模型时来解决该问题的方式就较难实现。再加上间接优化法在计算时会忽略某些约束变量的条件，因此得到的最终解并不符合最优解[2]。

排水管道工程造价高昂的原因之一是由于埋深，而埋深又受到管底坡度的影响，根据污水管道水力计算的相关公式，可以得出在水力半径不变的条件下，流速的平方和管底坡度是成正比的。另外，充满度越大就能减少管径，进而降低工程造价，在保障充满度符合约束条件的情况下，可以选择一个充满都接近于最大设计的管径。最后，若设计定型过于复杂坡度较大，仅仅按照计算管段的参数来完成优化设计和选择，而不对下游各管道造成的影响以及整个管段的坡度与流速进行充分考虑，则可能导致下游管道的工程造价幅度增加过大，这就使得全面优化的设计布局得不到实现。

1.2 提高程序设计思路设计质量。一般常见的地形坡面较小，所以可以选择一个符合约束条件的设计流速最小的选择，然后按照流速与流量选择相应管径，保障管径所计算出的充满度符合该管径的最大设计充满度，若不符合条件，则重新选择一个大一级的管径计算，直到计算结果符合约束条件为止。

1.3 GIS环境下排水管网的流量计算。GIS环境下排水管网的流量可以选择递归算法，递归算法的思路是先对子管段的流量进行计算，然后通过子管段流量来计算该父管段的流量，再利用父管段的流量来计算该父管段的流量，从而类推得到所有的管段流量。排水管网是枝状结构的网络，整个网络可以看成是由许多树木构成的森林，每一颗树木都是表示污水处理厂，而叶片则可表示为污水收集节点，内节点既是污水传输节点，又是污水收集的节点。树枝则表示污水道管段污水从叶节点逐渐向节点流动以及下游管段流动，直到到达根节节点。

2 构建GIS系统

2.1 用户化开发。GIS平台软件分为很多种，其中美国MapInfo公司开发的桌面地图信息系统MapInfo，其空间数据可视化的功能和分析以及定制开发能力非常强大，使得其应用十分广泛。MapInfo还能进行二次开发，使得用户可根据自身需求进行界面定制核心功能的添置。但是，Mapinfo的界面美观设计、报表制作及计算功能相对于VB、VC而言比较逊色。所以，MapInfo可利用VB、VC等软件来弥补自身的缺陷。图1表示的是一个集成地图应用程序的主要构成部分。

图1 MapInfo集成地图程序的主要构成

2.2 系统设计的思路。在设计城市排水管网GIS系统时，要重视下面几个原则：第一，使用的软件与硬件运行环境必须稳定，且能够达到二次开发：第二，信息内容多样、全面，必须包含管网的长度、深度、权属单位、附属信息、坐标、管径等；第三，信息分类必须标准，进行规范化管理数据，对工程信息进行分类、编码，尽量保持国家与行业标准，数据存储的文本格式，要按照通用格式处理并保障数据的传输性能良好；第四，保障信息的实用性、科学性和现实性。

排水管网GIS系统也可根据功能划分为多个子系统，包括水力计算子系统、图形管理子系统、数据库管理子系统。数据库管理子系统会连接属性数据库的图形和边际之间的连接图形，管理子系统则完成图形文件的存储工作，水力计算子系统把前两个子系统中的计算方法进行整合，运用来完成水力计算并自动生成管段文件与节点文件。城市排水管网GIS系统的研究设计工作不是单个学科可以完成的，必须整合多个学科的技术，从而使其整个系统的设计与结构更加合理，满足用户功能需求。

3 结束语

在城市排水管网的管理和规划工作中运用GIS技术，能够使得工作效率得到大幅提升，在管网的优化设计方案以及管段流量计算的各个问题中运用递归算法和直接优化法等多种方式，能够得到有效的方案和最佳的答案。当前，我国对GIS系统下的城市排水管网规划管理系统的开发还非常浅显，对相关软件的运用与开发知识以及功能查询、智能化和用户界面的设计研究都需要得到不断完善和提高。