摘 要：为优化排水系统，改善城市水环境质量和流域水质，为海绵城市建设提供技术支持，采用InfoWorks ICM水力模型软件，建立排水管网模型，并进行校核与验证。利用验证后的模型对管网系统进行现状分析与评估。
关键词：海绵城市；InfoWorks ICM；排水管网模型；
南宁市为国家公布的第一批“海绵城市”建设试点城市，而竹排江位于南宁市邕江以北建成区的中轴线上，其中、下游为南宁市开发建设强度最高、最具经济活力的区域，既是南宁市多年城市建设成果呈现的窗口，也是城市运行维护等管理矛盾最集中的部位。
竹排江整体呈劣V类水质，外源污染已经远远超过水体的自净能力，流域内的水体水质指标（如COD、NH4-N、TP、）全部低于地表水Ⅳ类标准，水体污染比较严重，水体的上游的污染状况尤其严重。
基于竹排江流域水体污染的严重性、成因的复杂性、治理的紧迫性，需要寻找切实可行的长效治理技术路线，为竹排江流域水质改善提供方向性的技术路线，并形成指导流域水质有效改善的、工程规划层面的理论依据。
1 InfoWorks ICM模型
InfoWorks ICM，是英国Wallingford公司开发的城市综合流域排水模型软件[1]，它首次完整地模拟城市雨水循环系统，实现了城市排水管网系统模型和河道模型的整合，更为真实的模拟地下排水管网系统与地表收纳水体之间的相互作用。
InfoWorks ICM主要由城市排水管网系统水力模型、河道系统水力模型和城市/流域洪涝淹没模型组成。除了以上模块以外，还包括用于实时控制和分析的实时控制模块，用于模拟管道、河道内以及地面上水质的水质模块和和持续构筑物模块[2~4]。
2 模型的建立
（1）信息数据与数据标准化
由于不同来源的基础数据的标准和格式等方面存在差异，在建立模型的过程中，为了记录数据的来源，便于校对、补充和传承，力争建模所用数据准确、统一，本研究参照《广州市室外排水地理信息系统数据规范》，针对数据标签、主题图、SQL查询库以及配置文件等开展标准化操作。
（2）模型的初步搭建
基于南宁市排水管网普查GIS数据、已建及在建工程施工图纸以及地形数据等数据资料，进行数据整理分析及模型的初步搭建。
（3）系统类型的复核
管网普查数据中定义了排水管网的类型（污水、雨水或合流），而实际的管网状态可能与普查数据存在性质上的差异；另一方面，模型运算要求数据必须是真实的、反映实际的设施运行工况的。
为明确排水系统的实际类型，本研究选取了排水管网的36个关键节点，进行实地勘察与确认。按照数据复核的操作要求，勘察前一天及勘察期间皆须为旱天，不能有土壤中残存的雨水形成渗流，进入雨水管道系统影响判断。
（4）无有效下游连接管段的推断
排除无有效下游连接管段，对模型的运行至关重要。对初步搭建的排水管网模型进行梳理和分析，得到无有效下游连接的管段，根据其高程、管径、现场情况、与其他管渠的相对位置以及在管网中的地理位置等信息，对管段的流向进行分析推断。
（5）模型的完善
补充江、河、湖泊等受纳水体的数据，根据流域地形分布、下垫面分布、人口分布等划分雨水与污水子集水区，完善已搭建的排水管网模型。
3 模型的校核与验证
实现以数学模型进行仿真和评估，需设置边界条件，将模型校验到可接受的状态。
（1）流量数据的监测
现场流量测量是模型校验的基本数据来源。
从2017年6月8日到7月4日，按上述的数据要求，采集获得了8个代表节点连续72小时的旱天液位、流速和流量数据。
（2）模型旱天校核与验证
《英国排水系统水力模型工程师职业规范》中要求，旱天排水模型需执行两个旱季流量日的修正，其中一天用于模型校核及模型参数的调整，另一天数据用于模型验证。对于实测数据和模型计算数据，两套曲线在形状和数值上都应相互拟合，且应满足以下要求：
峰值和极小值时间偏差均应小于1小时，研究阶段适当放宽；
峰值流量数值偏差在±10%以内，研究阶段适当放宽；
总流量数值偏差在±10%以内，并考虑排除短缺或不准确数据的时间段。
监测节点之一的旱天校核与验证结果如图1和图2所示（红色的曲线为实测的水位、流量以及流速数据变化曲线，绿色的曲线为模型模拟计算数据变化曲线）。
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图1 监测点旱天校核结果 图2监测点旱天验证结果
从图1和图2可知，实测的水位、流量以及流速数据变化曲线与模型模拟运行计算结果数据变化曲线基本一致，满足旱天校核验证的要求。
（3）小结
在现有的水体和排水管网数据基础上，课题研究对竹排江流域旱天排水模型的校验和拟合，在系统水量分布以及排水系统结构、趋势方面，模型模拟计算结果与实际情况总体相符，模型验证结果显示该系统排水模型基本可信。
4 排水管网的现状评估
（1）排水管网旱天运行现状评估
在模型校验之后，本节的操作利用2017年6月24日旱天模型的校核结果，对竹排江流域污水收集主干管系统旱天的运行状况进行评估。运行结果如图3所示。
图3排水管网主干管超载运行状况分布图（旱天）
根据模型的运算统计，旱天污水收集系统主干管的超载比例为23.1%，主要发生在三个区域，分别为南湖西岸截污管、竹排江两岸截污管、厢竹大道进厂主干管，对系统的运行会造成较大的影响。
（2）小结
竹排江流域排水管网的现状评估，直观明了地展示了管网系统中现状的超载管段占比、分布、淤积风险高的管道占比、分布、管网与收纳水体的交互（倒灌、溢流）等问题，对后续管网改造、管线清淤等工程提供了方向性的技术路线，对南宁市市政工程基础建设具有重要指导意义。
5 结语
南宁市竹排江流域排水管网水力模型应用研究表明，利用InfoWorks ICM软件建立排水管网模型，能够为城市排水管网设计、建设和改造完善、运行评估和管理提供科学的技术支持和理论依据，对城市水环境改善具有重要的意义。
参考文献
[1] Zoppou. C. Review of Urban Storm Water Model[J]. Environmental Modeling &Spftware, 2001, 16(3): 195-231
[2] 常胜昆. 基于商业软件的排水管网系统建模技术研究[D]. 北京:北京工业大学,2011.
[3] 袁景冬. 城市排水管网水力建模及其监测点优化布置研究分析[D]. 长沙:湖南大学, 2010.
[4] 周小莉. 基于InfoWorks水力模型在排水管网运行管理中的应用[D]. 广州:广州大学, 2012.