城市排水管網數字化管理理論與應用

前言

　　在我國可持續(xù)發(fā)展的進程中，城市已成為人們政治、經濟、消費活動的中心，但當人們在享受城市帶來便利生活的同時，也常常遇到很多問題。近年來，我國很多城市在汛期出現了“水浸”、“內澇”等事件，給人民群眾帶來了巨大的經濟損失，甚至對生命安全造成了威脅，這充分說明，城市建設和管理不能只關注高樓大廈、公園廣場這些顯示度高的地面工程，還必須十分重視各項城市基礎設施的建設和運營，排水管網就是一項重要的城市基礎設施，它擔負著污水收集輸送與雨水匯集排放的重任，如果管理不善，就會引發(fā)地面坍塌、污水溢流、城市內澇、污染周邊水體或地下水等嚴重后果。由于排水管網深埋地下，“看不見、摸不著”，過去往往沒有受到應有的重視，表現在排水管網建設滯后于污水處理廠建設，污水處理廠建設又滯后于城市建筑建設和工業(yè)發(fā)展等，這些不應出現的現象造成了上述很多問題和危害，必須得到迅速糾正。　　長期以來，我國排水管網的規(guī)劃、設計、建設與管理大多沿用簡單推理與主觀判斷的分析方法進行，近年來盡管有部分城市與地區(qū)開始建設排水管網信息系統(tǒng)，但是大部分信息系統(tǒng)與業(yè)務系統(tǒng)缺少深層次的結合，往往僅使用計算機替代原有的人工方法，仍未形成系統(tǒng)完善的排水管網數字化管理技術體系與規(guī)范，更缺乏便捷有效的排水管網分析與評估工具，距離排水管網數字化管理模式的實現仍有較大差距?！　”緯鴱睦碚撝R、相關技術與應用案例三個方面對城市排水管網的數字化管理理論與應用進行了全面翔實的論述，介紹了排水管網系統(tǒng)在體制選擇、規(guī)劃設計、模擬分析等方面的最新理論與知識，深入探討了數學模型、數據庫技術、GIS技術、軟件開發(fā)與集成技術、在線監(jiān)控技術、網絡與服務器技術在排水管網系統(tǒng)管理中的結合方法，詳細介紹了污水管網結構分析與現狀評估、管網升級改造方案設計與評估、管道清淤分析、事故應急分析、管網規(guī)劃方案制定與模擬、戶線接入方案設計與評估、雨水管網溢流管理、雨洪利用工程方案設計與評估等八個實際問題的應用分析模式與流程化操作方法。

內容概要

排水管網系統(tǒng)是城市的重要基礎設施之一，對其進行管理和維護已經成為城市管理者和決策者面臨的一項緊迫任務。然而，對于同時具有復雜性和隱蔽性的排水管網系統(tǒng)，如何建立科學有效的管理方法，分析并解決管網運行中各種錯綜復雜的問題，依靠傳統(tǒng)的紙圖與簡單推理分析的方法顯然已經蒼白無力。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，數字化技術為城市排水管網提供了科學有效的管理手段。本書全面翔實地論述了城市排水管網數字化管理的理論與應用，介紹了排水管網系統(tǒng)綜合管理、規(guī)劃設計、模擬分析等方面的最新理論與知識，深入探討了數學模型、數據庫、GIS和在線監(jiān)控等技術在排水管網系統(tǒng)管理中的應用方法，詳細介紹了排水管網管理中一系列實際問題的流程化操作方法與應用分析模式。    本書可作為相關工程設計人員和管理人員的工作參考書，也可供給排水、環(huán)境工程等相關專業(yè)的高年級本科生和研究生作為教材或教學參考書使用。

書籍目錄

第1篇  城市排水管網系統(tǒng)及模型  第1章  城市排水管網系統(tǒng)概述    1.1  城市排水體制      1.1.1  合流制排水體制      1.1.2  分流制排水體制      1.1.3  城市排水體制的選擇    1.2  城市排水系統(tǒng)的組成      1.2.1  城市污水排除系統(tǒng)的組成      1.2.2  工業(yè)廢水排除系統(tǒng)的組成      1.2.3  城市雨水排除系統(tǒng)的組成      1.2.4  城市排水管道附屬構筑物    1.3  城市排水管網系統(tǒng)的規(guī)劃方法      1.3.1  城市污水管網系統(tǒng)的規(guī)劃方法      1.3.2  城市雨水管網系統(tǒng)的規(guī)劃方法      1.3.3  合流制排水管網系統(tǒng)的規(guī)劃方法      1.3.4  基于數學模型的動態(tài)規(guī)劃方法  第2章  城市排水管網模型及原理    2.1  排水管網模型概述      2.1.1  排水管網模型的發(fā)展      2.1.2  排水管網模型簡介      2.1.3  排水管網模擬軟件簡介    2.2  排水管網模型的計算原理      2.2.1  地表徑流過程的模擬原理      2.2.2  管網傳輸過程的模擬原理      2.2.3  降雨徑流污染的模擬原理      2.2.4  城市地表徑流污染的控制第2篇  排水管網數字化管理技術  第3章  排水管網數字化管理總論    3.1  我國排水管網管理現狀及存在問題    3.2  排水管網管理部門的數字化需求    3.3  排水管網數字化建設的內容      3.3.1  綜合數據庫建設      3.3.2  排水管網模型構建      3.3.3  業(yè)務軟件系統(tǒng)開發(fā)      3.3.4  硬件支撐平臺搭建  第4章  GIS技術在排水管網管理中的應用    4.1  GIS技術概述      4.1.1  圖形繪制與存儲      4.1.2  空間查詢與分析      4.1.3  數據的輸出與表達      4.1.4  GIS在城市排水系統(tǒng)管理中的應用    4.2  GIS支持下的排水管網電子地圖      4.2.1  數據集操作      4.2.2  地圖視圖切換      4.2.3  地圖選擇      4.2.4  地圖量算      4.2.5  地圖書簽      4.2.6  地圖對比      4.2.7  地圖制圖打印    4.3  排水管網數據編輯與處理      4.3.1  排水管網空間數據編輯      4.3.2  排水管網屬性數據編輯      4.3.3  排水管網數據編輯保障機制      4.3.4  排水管網歷史數據管理      4.3.5  排水管網數據的導人與導出    4.4  排水管網查詢分析與三維顯示      4.4.1  排水管網設施查詢      4.4.2  排水管網縱斷圖與橫截面分析      4.4.3  排水管網網絡查詢與分析      4.4.4  排水管網三維顯示與查詢    4.5  排水管網模擬結果分析      4.5.1  模擬結果圖表顯示      4.5.2  模擬結果平面專題圖顯示      4.5.3  模擬結果縱斷圖顯示      4.5.4  模擬結果三維顯示      4.5.5  模擬結果統(tǒng)計分析      4.5.6  模擬結果報表  第5章  排水管網綜合數據庫的設計與建設    5.1  排水管網綜合數據庫設計      5.1.1  數據庫總體設計      5.1.2  空間數據庫設計      5.1.3  屬性數據庫設計    5.2  數據加工、處理與入庫的方法      5.2.1  普查數據處理流程      5.2.2  紙質圖紙?zhí)幚砹鞒?     5.2.3  其他格式數據處理流程    5.3  管網拓撲關系檢查和處理      5.3.1  排水管網系統(tǒng)的主要拓撲規(guī)則      5.3.2  導致拓撲錯誤的典型數據問題      5.3.3  拓撲檢查及修正工作流程  第6章  基于G重S支持的排水管網模型構建    6.1  排水管網模型的構建和應用流程    6.2  排水管網模型初步構建      6.2.1  匯水區(qū)(或服務區(qū))劃分與關聯      6.2.2  管網屬性數據設置    6.3  監(jiān)測方案的制定與實施      6.3.1  監(jiān)測內容      6.3.2  監(jiān)測方案的制定原則      6.3.3  監(jiān)測實施的工作流程    6.4  排水管網模型的參數識別      6.4.1  排水管網模型的不確定性      6.4.2  模型參數的靈敏度分析      6.4.3  模型不確定性分析      6.4.4  排水管網模型的自動率定和驗證    6.5  排水管網模型的集成應用      6.5.1  排水管網模擬情景條件設定      6.5.2  規(guī)劃設計與運行管理的模型特點及區(qū)別      6.5.3  排水管網模型的集成開發(fā)與應用    6.6  實際工程中排水管網建模的難點與關鍵問題      6.6.1  實際工程中排水管網建模的難點      6.6.2  排水管網模型應用于實際決策中的關鍵問題  第7章  排水管網數字化管理軟件的系統(tǒng)設計    7.1  排水管網數字化管理軟件總體設計      7.1.1  軟件系統(tǒng)總體架構      7.1.2  軟件系統(tǒng)體系結構    7.2  排水管網管理系統(tǒng)的基礎平臺設計    7.3  排水管網基礎數據管理系統(tǒng)設計    7.4  排水管網綜合業(yè)務管理系統(tǒng)設計      7.4.1  排水管網綜合信息發(fā)布子系統(tǒng)      7.4.2  排水管網巡查子系統(tǒng)      7.4.3  排水管網養(yǎng)護管理子系統(tǒng)      7.4.4  排水管網應急管理子系統(tǒng)    7.5  基于在線監(jiān)測和模型模擬的排水管網管理系統(tǒng)設計      7.5.1  排水管網在線運行監(jiān)控與預警子系統(tǒng)      7.5.2  排水管網輔助規(guī)劃子系統(tǒng)      7.5.3  戶線接人設計與評估子系統(tǒng)      7.5.4  基于在線監(jiān)測和模型的聯合應用模式  第8章  排水管網系統(tǒng)硬件支撐平臺設計    8.1  管網在線監(jiān)測平臺總體設計      8.1.1  在線監(jiān)測平臺設計要求      8.1.2  在線監(jiān)測平臺總體結構      8.1.3  在線監(jiān)測設備      8.1.4  在線數據采集模塊    8.2  網絡平臺總體設計      8.2.1  網絡平臺設計原則      8.2.2  網絡平臺總體結構      8.2.3  通信方式      8.2.4  網絡安全    8.3  服務器、存儲及展示平臺的總體設計      8.3.1  服務器與存儲平臺      8.3.2  大屏幕展示平臺    8.4  管道檢測技術及其發(fā)展      8.4.1  管道檢測技術      8.4.2  管道檢測技術的發(fā)展與展望第3篇  排水管網數字化管理應用與案例  第9章  排水管網數字化管理軟件介紹與應用案例    9.1  數字排水平臺介紹      9.1.1  數字排水平臺的關鍵技術      9.1.2  數字排水平臺的主要功能    9.2  應用1：污水管網結構分析與現狀評估      9.2.1  污水管網結構分析      9.2.2  污水管網現狀評估      9.2.3  應用小結與工作流程    9.3  應用2：管網升級改造方案設計與評估      9.3.1  管網現狀評估和缺陷分析      9.3.2  管網改造方案設計      9.3.3  管網改造方案評估      9.3.4  應用小結與工作流程    9.4  應用3：管網養(yǎng)護中的管道清淤分析      9.4.1  管道淤積風險分析      9.4.2  管道清淤效果分析      9.4.3  應用小結和工作流程    9.5  應用4：管網養(yǎng)護中的事故應急分析      9.5.1  管道破裂風險分析      9.5.2  管道破裂影響分析      9.5.3  與管道內檢測技術的結合      9.5.4  應用小結與工作流程    9.6  應用5：管網規(guī)劃方案制定與模擬優(yōu)化分析      9.6.1  排水管網規(guī)劃方案制定      9.6.2  排水規(guī)劃方案評估      9.6.3  排水規(guī)劃方案優(yōu)化      9.6.4  應用小結與工作流程    9.7  應用6：污水管網戶線接入方案設計與評估      9.7.1  戶線接人方案設計      9.7.2  戶線接人方案評估      9.7.3  應用小結與工作流程    9.8  應用7：雨水管網溢流分析與管理      9.8.1  城市雨水排除系統(tǒng)的模型構建      9.8.2  降雨情景生成      9.8.3  模擬結果分析      9.8.4  應用小結與工作流程    9.9  應用8：雨洪利用工程方案設計與評估      9.9.1  城市洪水風險分析      9.9.2  雨洪利用工程方案設計      9.9.3  雨洪利用工程方案評估      9.9.4  應用小結與工作流程    9.10  數字化管理模式應用于實際工作的關鍵問題  參考文獻

章節(jié)摘錄

　　對排水管網設施的規(guī)劃、設計、建設及工程驗收過程進行管理，是城市排水管理部門的重要業(yè)務內容之一，通常包括根據城市排水總體規(guī)劃參與排水專業(yè)規(guī)劃的編制，對排水設施建設項目的立項、設計、施工方案等提出專業(yè)意見，負責審查市政道路、小區(qū)內部排水管線的初設、施工圖紙，參加排水管線及相關工程的竣工驗收，處理排水許可、戶線接人等業(yè)務工作。目前在處理上述各種業(yè)務需求時，通常是以經驗判斷和簡單推理計算的方式進行的，缺乏先進的技術輔助工具對不同階段的管網建設項目進行有效的管理與科學評估，無法分析建設項目的調整對原有排水管網系統(tǒng)的影響，影響了評估工作的科學性與可信度。只有利用統(tǒng)一的數據管理模式和先進的模型模擬技術，對排水管網設施的規(guī)劃、設計、建設及工程驗收過程進行一體化的數據管理和評估分析，才能全面、及時、準確地發(fā)現排水設施建設方案中存在的問題，并進行評估優(yōu)化和跟蹤分析，最終提高新建或改造項目的實施效益，減少新建或改造項目對已有系統(tǒng)的負面影響?！　。?）提高管網養(yǎng)護方案制訂的科學化和系統(tǒng)化水平　　對排水管網設施的運營維護是排水管網管理部門重要的日常工作，包括對設施的檢查、維護、清淤、排障等內容。但是，目前我國排水管網管理養(yǎng)護選擇依據不強，主觀隨意性較大，養(yǎng)護效果難以評估，造成養(yǎng)護工作效率偏低。由于目前篩選方法的局限性和主觀性，不能及時發(fā)現排水管網系統(tǒng)中按照運行負荷情況需要進行養(yǎng)護的管段，使得這些管段得不到及時的維護和更新，將會不同程度地出現滲漏、腐蝕、積泥堵塞甚至塌陷等問題，嚴重影響了排水管網的正常排水能力。同時，隨著排水管網建設規(guī)模的逐步擴大，排水管網養(yǎng)護工作的任務和壓力越來越大，如何利用有限的人力物力對龐大的排水管網進行科學養(yǎng)護已成為困擾很多排水管網運營部門的一大難題。為了能夠最大限度地發(fā)揮排水管網的輸送能力，延長管道的使用壽命，提高排水管網的養(yǎng)護效率，需要利用數字化的管理手段建立以排水管網的周期性調查、評估、維護和清淤為主的科學養(yǎng)護體系，制定科學合理的管網養(yǎng)護計劃，從而保證排水管網的正常運行。

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