摘要：探討了非恒定流模擬技術在城市排水系統設計和運行管理過程中推廣應用的可行性和應用前景。在城市雨水管網和合流制管網設計工作中采用非恒定流模擬技術進行校核是可行的，以便提高系統的可靠性，更好地發揮其防災和減災作用。在城市排水管網系統運行管理中應用非恒定流模擬技術，可以實現管網系統真實工況模擬、查找超負荷管段和科學分析城市積水原因，從而可以為城市排水系統的管理和改造提供科學依據。

關鍵詞：排水管網 非恒定流 模擬技術

在我國傳統的城市排水管網設計和管理過程中，均采用恒定流水力學理論計算管網的匯流過程。采用恒定流水力學理論進行城市排水管網水力計算的優點在于其簡單，但是，也有很多實際問題難以解決。城市雨水管網中的水流和城市合流制管網降雨期間的水流是非恒定流，并具有突漲突落的特點，城市污水管網中的水流也是非恒定流，但隨著排水用戶的增加會趨于恒定，在需要考慮排水管網內部水流的真實流動過程時，也應按非恒定流考慮。 1非恒定流模擬技術在城市雨水管網設計過程中的應用 我國大中城市新建和改建城市排水管網時，一般均考慮采用分流制，小城鎮建設可以考慮采用合流制。目前，國外發達國家均采用非恒定流模擬計算技術進行城市雨水管網的水力計算，從而可以保證管網的設計標準和其可靠性。 1.1設計方法 推理公式法是傳統的城市雨水管網設計方法，其精髓在于采用了當流域匯水時間等于降雨歷時時，出口產生最大設計流量的假設，并有與之配套的降雨和設計流量計算方法。我國設計規范規定，匯水時間包括地面集水時間t1和管內匯水時間t2，采用水力學恒定均勻流公式計算t2。在管網實際匯水過程中，當水位處于上升階段，管段中上游水位高于下游水位，水力坡度大于管內底坡度，實際匯水時間比采用水力學恒定均勻流公式計算的t2小；在水位降落過程中，與之相反。推理公式法有兩個致命的缺點，即很難保證其線性匯流條件假設和無法計算流量過程線。這對系統設計的可靠性和雨水調節池、雨水泵站的設計有很大影響。世界各國都在致力于對其進行修正和改進。 采用非恒定流模擬技術作為城市雨水管網設計水力計算的基礎，是對傳統的城市雨水管網設計方法的一種改進。一般包括設計降雨模型、地表徑流模型、管內匯流過程計算、確定設計流量的方法和管網設計等五個部分。設計過程以流量過程線為核心，計算每一個設計過水斷面的流量過程線。采用運動波模擬技術可以從上游向下游依次進行設計計算，并可以保證具有相當高的計算精度。 采用非恒定流模擬技術進行城市雨水管網設計的優點在于，在設計階段就可以計算出每一設計斷面和各個徑流調節設施處的流量過程線，增加了管網設計、調節池設計和泵站設計的科學性。設計狀態與管網實際運行狀態較為吻合，提高了管網設計的可靠性。 1.2校核方法 非恒定流模擬技術與傳統的水力計算方法相比是更高水平的和更接近實際情況的計算方法，可以用于對傳統的推理公式法設計結果進行校核。一些發達國家對于較大匯水面積，一般采用非恒定流模擬計算方法進行設計。而對于較小匯水面積的雨水管網設計，一般采用傳統的推理公式法進行設計，再用非恒定流模擬技術進行校核。在我國，由于非恒定流模擬技術的應用還未普及，可以先采用推理公式法進行設計，再用非恒定流模擬技術進行校核的方法進行過渡，待積累一定經驗后，再逐步推廣新的設計方法。目前階段采用傳統的推理公式法進行設計，再用非恒定流模擬技術進行校核，對雨水調節設施的設計和排水泵站的設計將有很大的實際意義。 2非恒定流模擬技術在城市排水管網運行管理中的應用 我國的城市基礎設施薄弱，城市排水管網方面欠賬較多。新建或改建排水管網的設計工作量與現有排水管網管理的工作量相比，管理的比重要大得多。對已建成的城市排水管網進行科學管理，使之充分發揮效益，是給水排水科技工作者和城市排水管理部門的一項艱巨的任務。根據近幾年我們的研究結果，在城市排水管網系統運行管理中應用非恒定流模擬技術，可以實現管網系統真實工況模擬、查找超負荷管段和科學分析城市積水原因，從而可以為城市排水系統的管理和改造提供科學依據。 2.1模擬管網系統真實運行工況 以實際降雨為輸入，通過扣損、地表徑流、管網入流、管網匯流等計算，可以計算出各個計算過水斷面的流量過程線，再現降雨期間管網的真實運行工況。通過對沈陽市珠林泵站排水系統和五愛泵站排水系統真實運行工況模擬計算，其結果與實測數據非常接近。從而可以為管網的科學運行管理提供依據。 如果可以與自記雨量計連接，實時輸入降雨資料，則可以實現城市雨水管網的實時模擬。如果可以輸入相應的旱流流量資料，則可以實現城市合流制管網的實時模擬。這可以作為城市排水系統實時優化控制調度和減災決策的基礎，具有較好的應用前景。 2.2查找超負荷運行管段 當管段的入流量超過其過水能力時，就會有一部分水被滯留，并產生回水，使受影響的管段水位升高。當水位標高超過地面標高時，即產生溢流。非恒定流模擬技術可以確定產生溢流的超負荷運行管段，并可以計算地表積水量。 2.3為管網系統改造提供科學依據 采用非恒定流模擬技術可以科學地分析市區在暴雨期間產生積水的原因，可以為城市排水管網系統改造提供科學依據。 沈陽市的排水系統是多年來逐步建成的，有很多管道是解放前修建的，設計標準較低。在降大暴雨時，市區內經常有30多處積水，嚴重影響市內交通和人民群眾的正常生產生活，雖然經過部分改造，但效果不大。在對市內積水區進行觀測和對排水管網系統進行非恒定流模擬計算的基礎上，經過對積水原因進行科學分析，提出了文藝路積水改造工程最佳改造方案。經過1999年的運行實踐，證明改造方案的實施從根本上解決了路面積水的問題。