數學模型在城市排水規劃中應用的相關問題

摘 要：隨著我國經濟的發展，城市的建設越來越快，城市的排水規劃需要不斷擴展，城市的排水規劃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規劃不能適應城市日益增多的排水范圍，為了使排水計算更加準確，需要對原有的設計規劃進行創新與完善，經過研究發現數學模型在城市排水規劃中應用的范圍很廣，可以有效的緩解排水壓力。下面我們主要針對雨水排放系統分析了數學模型的應用流程、面臨的問題以及應用方法。

關鍵詞：數學模型；城市；排水規劃；應用；問題

在城市的排水規劃中，排水系統主要是用于抵抗大自然中的暴雨災害，這些排水系統可以有效的保護城市中的重要設施，使其免遭破壞，也可以保障城市居民的日常生活與生產可以更加方便舒適。我國在建設城市時，排水規劃一直引用的是國外經驗，其實并不是很適合我國的國情與城市的實際情況，尤其是我國發展的越來越快，城市的各項基礎設施建設的越來越多，對設施的保護變得尤為重要，而原來的排水系統規劃已經不能適應城市排水的需求，經過研究發現，數學模型可以使城市排水系統更加完善，數學模型可以彌補城市排水規劃的不足，下面我們以雨水系統為例，分析下數學模型在城市雨水系統規劃中的應用流程以及具體的應用方法。

1 數學模型在城市雨水系統規劃中的應用流程

經過研究發現，數學模型的應用不但可以改善城市雨水系統規劃的方法，而且可以提高城市雨水規劃系統的安全性，為了使數學模型可以更好的為城市排水規劃提供便利，我國市政排水規劃研究小組，借鑒了很多國外的先進經驗，積累了很多國外利用數學模型進行排水的經驗，并且結合我國部分城市的實際情況以及經濟技術水平，在實踐中總結了一套數學模型應用在雨水排水系統的流程。

首先，應用數學模型必須明確研究的對象，我國的城市經濟與氣候差異很大，南方北方的降雨量也有很大的不同，不同的降雨情況，采用的數學模型方法也各不相同。其次還要明確研究的范圍有多廣，籠統的分析，必然使得計算的結果不夠精確，影響數學模型的正確性，在確定范圍的時候可以根據研究對象與雨水系統的影響關系來判斷。接下來，要對研究對象進行一系列的分析并且整理成資料，比如要收集研究對象的雨水現狀情況，在不同季節的降雨量情況，研究對象在當前的雨水狀態下的設計資料、對雨水監測情況的資料等，并對這些資料進行整理，這個步驟主要是為日后數學模型發揮效用提供基礎資料。接下來，就需要為城市建立雨水系統模型，這個模型包含現狀系統模型以及規劃模型，現狀模型主要是用來分析參考的，規劃模型則是用來做預測方案的。這兩個模型都需要建立數據庫，也需要對暴雨進行分析預測以及對模型的參數進行校準。這些工作做完后就需要對排水規劃制定標準，不論是城市中已經建立排水系統的地區還是未建立的，都需要根據相關情況制定雨水系統規劃標準，從而更好的制定城市排水方案。最后，就是需要對數學模式的模擬方案進行優化和改進，模擬的模型包括可能發生積水的積水點分布圖、積水點面積、深度、時間以及積水流速的數據圖等等，最后的步驟就是對這些模擬方案進行局部的優化與整體的調整。

2 數學模型應用在城市雨水系統時面臨的問題

（1）確保資料的完整性以及正確性。在應用數學模型前，首先要把所有相關的資料、數據整理成冊，要保證這些資料的正確性，而且這些資料越完整建立的排水模型就越完善。所以在搜集這些資料時，一定要保證雨水現狀資料、設計資料、監測資料的收集，這三方面的資料越全面越好。這就要求在收集現狀資料時，要注意收集這個地區的地質地貌情況的資料、這個地區地面鋪設情況的資料、排水現狀的資料，排水現狀還包括管道的鋪設與分布等情況。而設計方面的資料注意包括設計的標準、依據，城市未來的征地計劃，排水管道的設計以及參數等等方面。監測資料主要是對這個地址的降雨量的監測，排水情況的監測，以及對這個地區排水的水質的監測等等。這些資料的收集可以確定城市的水力模型，所以在收集整理的過程中一定要仔細認真，避免失誤以及遺漏。

（2）應對模型軟件平臺的選擇?？v觀世界應用的各類數學模型軟件，應用比較廣泛的有美國環保署開發的SWMM和丹麥DHI等產品。我國在選擇模型軟件時要結合城市的實際情況，城市排水規劃的經費以及用途等等，既要保證軟件的有效性，也要保證方案的經濟性，為了使軟件能更好的得到利用，相關工作人員一定要充分的了解軟件的各項功能，保證這些功能能充分的發揮在模型設計中。

（3）對數學模型的校準。運用軟件建立起雨水系統模型，為了使模型發揮更大的作用，必須結合實際情況對模型進行校對與優化，這就要求相關人員必須根據收集的基礎資料，對模型的參數進行對比與改進，主要是將城市可能會遭到的強降水資料模擬在模型中，利用數學模型進行計算，并將計算出的結果與基礎資料中的監測流量進行對比，如果出現的誤差比較大，一定要對數學模型進行修改，直到計算出的結果與監測的數據相差不大時，才能保證數學模型的構建是正確的。

3 數學模型應用在城市雨水排水系統規劃的優化措施

除了上述數學模型的應用流程，需要優化的措施有：設計工況校核分析，首先進行初步校核，分析采用的參數是否合理，排水流域的劃分是否正確、合理等。其次，進行規劃設計方案校核，即在模型中設置與規劃設計條件等價的參數進行模擬計算，分析管徑計算結果及系統間的銜接關系是否合理。其中，設計工況校核的標準為：在設計重現期內，雨水管道應為無壓流狀態。下一個需要優化的是，問題分析及雨水系統調整：針對雨水系統規劃設計中出現的問題，在分析原因后，需進行方案的調整，并重新模擬，直至滿足設計土況校核的標準。還有一項需要優化的是雨峰位置調整：由于管道內部具有很大的調蓄空間，導致雨峰位置對管道壓力的影響不同。由于雨峰位置對管道內水力情況影響較大，且進行設計工況分析時假定雨峰位于開始時刻，與雨峰位置一般位于0.4～0.5的實際情況不符。因此，需要進行雨峰位置調整優化。具體步驟為：按當地降雨雨峰對模擬用設計降雨進行調整，并按照設計土況校核分析中的步驟進行管網調整與優化。

4 結 論

綜上所述，城市的發展要求對人們的生活生產、城市基礎設施等要進行保護與完善，將數學模型應用在城市排水規劃中，可以有效的改善城市設施被暴雨破壞等情況，數學模型要明確研究對象以及研究范圍，這樣可以保證計算結果的正確性，對數學模型的模擬可以更好的對模型進行改進與優化，總之，數學模型的應用與優化可以使城市的排水規劃更加科學更加完善。

參考文獻

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[2]李瑞，寇子明，李澤松，張任奇.現代控制理論在自動排水系統中的應用[J].煤礦機電，2006（01）.

作者簡介：王濤，男，漢族，山東省陵縣人，管理學學士學位，工民建工程師，研究方向為市政排水。