DG_TJ08-2430-2023 排水系统数学模型构建及应用标准.docx
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1、上海市工程建设规范排水系统数学模型构建及应用标准Standardforconstruction and application ofurban drainagemodelDG/TJ0824302023J171212023主编单位 :上海市水务规划设计研究院(上海市海洋规划设计研究院)上海市排水管理事务中心批准部门 :上海市住房和城乡建设管理委员会 施行日期 : 2024年 2月 1日2023 上海上海市住房和城乡建设管理委员会文件沪建标定2023346号上海市住房和城乡建设管理委员会关于批准排水系统数学模型构建及应用标准为 上海市工程建设规范的通知各有关单位 :由上海市水务规划设计研究院(上海
2、市海洋规划设计研究 院) 和上海市排水管理事务中心主编的排水系统数学模型构建 及应用标准,经我委审核 ,现批准为上海市工程建设规范 ,统一 编号为 DG/TJ0824302023, 自 2024年 2月 1日起实施。本标准由上海市住房和城乡建设管理委员会负责管理 ,上海 市水务规划设计研究院(上海市海洋规划设计研究院) 负责解释。上海市住房和城乡建设管理委员会 2023年 7月 11日前 言根据上海市住房和城乡建设管理委员会关于印发 的通知(沪建标 定2020771号) 的要求 ,标准编制组在充分总结以往经验 ,结合 新的发展形势和要求 ,参考国内外相关资料 ,并在广泛征求意见 的基础上 ,编
3、制了本标准。相关现行国家标准要求在排水管道设计中应引入排水系统 数学模型进行设计校核 ,上海市水务局发文要求完成本市城镇化 地区排水系统数学模型的构建 ,并利用排水系统数学模型评估系 统排水能力 。 由于排水系统数学模型专业性较强 , 涉及参数众 多 ,需编制标准 ,指导本市排水系统数学模型的构建 ,提高排水系 统数学模型应用质量和效率。本标准共 8章 ,主要内容包括 : 总则 ;术语 ;基本规定 ;数据收 集与处理 ;模型构建与测试 ;模型率定与验证 ;模型评价与验收 ; 模型应用与维护 ;附录 A、附录 B和附录 C。各单位及相关人员在执行本标准过程中 ,如有意见或建议 , 请反馈至上海市
4、排水管理事务中心(地址 :上海市厦门路 180号 ; 邮编 :200001;E-mail:pscghk306163. com)、上海市水务规划设 计研究院(上海市海洋规划设计研究院) (地址 : 上海市虹梅路 1535号 1 3楼 ; 邮编 : 200233; E-mail:swghyky163. com)、上 海市建筑建材业市场管理总站(地址 :上海市小木桥路 683号 ; 邮 编 :200032;E-mail:shgcbz163. com),以供今后修订时参考。主 编 单 位 :上海市水务规划设计研究院(上海市海洋规划设计研究院)上海市排水管理事务中心 1 参 编 单 位 :上海市水旱灾害
5、防御技术中心上海市城市排水有限公司上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司 上海碧波水务设计研发中心主 要 起 草 人 :谭 琼 徐贵泉 庄敏捷 孙晓峰 肖 震潘崇伦 张爱平 王 磊 张芹藻 陈 奕邹丽敏 邱绍伟 张彦晶 吕永鹏 纪莎莎时珍宝 东 阳 李 莉 胡育晓 陈泽伟彭海琴 沈庆然主 要 审 查 人 :李 田 刘新成 刘曙光 郑晓阳 胡 龙郑 涛 喻 良上海市建筑建材业市场管理总站 2 目 次1 总 则 12 术 语 23 基本规定 53.1 分类分级 53.2 模拟方式 53.3 建模范围 63.4 基本流程 74 数据收集与处理 94.1
6、一般规定 94.2 地理数据 104.3 设施数据 104.4 监测和预报数据 104.5 业务数据 115 模型构建与测试 135.1 软件要求 135.2 降雨与水(潮)位 135.3 水文水量 145.4 源头设施 165.5 管网设施 165.6 地表漫流 175.7 计算测试 185.8 实时模型 186 模型率定与验证 196.1 一般规定 19 1 6.2 精度目标 217 模型评价与验收 237.1 质量评价 237.2 验收归档 238 模型应用与维护 258.1 模型应用 258.2 维护管理 27附录 A 排水设施建模基础资料 28附录 B 上海市短历时设计暴雨雨型 31
7、附录 C 上海市长历时设计暴雨雨型及水(潮)位 34本标准用词说明 37引用标准名录 38条文说明 39 2 Contents1 Generalprovisions 12 Terms 23 Basic requirements 53.1 Modelling types 53.2 Modelling method 53.3 Modelling scopeandboundary 63.4 Modellingdevelopmentsequence 74 Datacollection and manipulation 94.1 Generalrequirements 94.2 Geographicda
8、ta 104.3 Assetdata 104.4 Monitoring andpredicteddata 104.5 Businessdata 115 Modelbuild andtest 135.1 Software requirement 135.2 Rainfallandwater(tide) level 135.3 Hydrologicmodelling 145.4 Sourcecontrolmodelling 165.5 Pipeand ancillary modelling 165.6 Urban flooding modelling 175.7 Simulation settin
9、g 185.8 Onlinemodel 186 Modelcalibration and verification 196.1 Generalrequirements 19 3 6.2 Verification targets 217 Modelreview and acceptance 237.1 Review 237.2 Acceptance 238 Modelapplication and maintenance 258.1 Application 258.2 Maintenance 27AppendixA Drainageassetdataformodelbuilding 28Appe
10、ndixB Shortduration design rainfallin Shanghai 31AppendixC Longduration design rainfallandwater(tide)levelin Shanghai 34Explanation ofwordingin thisstandard 37Listofquoted standards 38Explanation ofprovisions 39 4 1 总 则1.0.1 为规范本市排水系统数学模型的构建与应用 ,提高应用 质量与水平 ,制定本标准。1.0.2 本标准适用于本市城镇排水系统的规划、设计、运行、维 护、调度
11、、评估和管理 , 以及内涝防治与水环境治理等过程中涉及 的排水系统数学模型的构建和应用。1.0.3 本标准技术内容以排水系统数学模型的水文水力机理模 型为主 ,不对水质模型进行规范。1.0.4 排水系统数学模型的构建和应用 ,应符合本市城市总体 规划、涉水规划、智慧水务和数字化转型等相关规划、建设与运维 管理的要求。1.0.5 排水系统数学模型的构建和应用 ,除应符合本标准外 , 尚 应符合国家、行业和本市现行有关标准的规定。 1 2 术 语2.0.1 排水系统数学模型 drainagemodel利用数学手段模拟排水系统中水文、水力等过程的计算方法 的统称 。简称“排水模型”。2.0.2 水文
12、模型 hydrologicalmodel为模拟水文现象而建立的数学模型 。水文现象指降雨、入 渗、径流、蒸发等水的变化和运动等现象。2.0.3 水力模型 hydraulicmodel模拟水的流速、深度和流量等水力要素和流动规律的数学 模型。2.0.4 机理模型 physicallybased model亦称白箱模型 ,基于物理、化学、生物方法描述排水系统内部各 物理量之间相互关系的数学模型 ,具有明确的物理或现实意义。2.0.5 数理统计模型 statisticalmodel将排水系统看作一个 “黑箱 ”系统 ,通过对系统输入、输出数 据的测量和统计分析 ,按照一定的准则找出与数据拟合得最好的
13、 一类数学模型。2.0.6 产流模型 rainfall-runoffmodel计算降雨量扣除截留、填洼、蒸发和下渗等损失之后形成径 流的数学模型 ,用来描述汇水区的降雨扣损(净雨)过程。2.0.7 汇流模型 routing model计算扣除损失后的雨水沿地表汇集到汇水区出口断面过程 的数学模型。2.0.8 实时模型 onlinemodel, real-timemodel利用实时在线监测或预测的降雨、流量、水位、设施运行状态 2 等动态信息为边界条件 ,即时进行模拟预报的计算机模型。 2.0.9 离线模型 offlinemodel利用历史资料或设计数据为计算边界条件 ,对排水系统预设 方案进行
14、非即时模拟的计算机模型。2.0.10 汇水区 catchment以地形地貌或排水管渠等分水线界定的雨水、地面径流、污 水的集水或汇水区域。2.0.11 子汇水区 subcatchment在汇水区内划分的用于计算污水、雨水产生量的小型基础产 流与汇流单元 ,其出水汇入某雨水口、检查井、管渠、河道等设施 或另一子汇水区。2.0.12 模型率定 modelcalibration通过人工调优、数学寻优以及人机对话选优等途径确定最优 模型参数的工作。2.0.13 模型验证 modelverification通过对未参与模型率定的资料的拟合效果 ,对模型参数进行 评估的过程。2.0.14 实时控制 rea
15、ltimecontrol(RTC)基于排水管渠的水位、流速、流量等模拟状态和水雨情预报 , 依据决策目标 ,调整模型中的水泵、闸(堰) 门等对象的运行参数 , 常用于排水设施的优化调度。2.0.15 主干管 main trunk sewer污水系统中汇入多个次干管的污水外排总管。2.0.16 次干管 secondarytrunk sewer污水系统中连接一个或几个排水系统输送污水至主干管的 管道。2.0.17 主管 main conduit沿道路纵向敷设 ,接纳道路两侧支管及输送上游来水的排水 管渠。 3 2.0.18 支管 lateralconduit排水系统市政收集管网中 ,除了主管以外的
16、其他市政排水管 渠的统称。2.0.19 街坊管 community conduit街坊、厂区、园区等内部非市政道路敷设的排水管渠的统称。 4 3 基本规定3.1 分类分级3.1.1 按建模对象的排水体制 ,排水模型分为污水、雨水、合流 三大类型 。合流制排水系统数学模型应同时包含污水和雨水要 素 ,分流制排水系统应在对应的模型类型中根据污水系统和雨水 系统的关联情况 ,正确处理水量来源和边界。3.1.2 按建模对象概化的尺度 ,排水模型分为一级、二级、三级 三个层级 。一级模型以主干、次干管及其泵站等设施为主 ;二级 模型以排水系统雨、污水收集市政管道及其泵站等设施为主 ; 三 级模型以重点关
17、注的小范围内的对象为主 ,包含源头设施、街坊 管、专用排水泵站等设施。3.1.3 按建模对象设施所处建设阶段 ,排水模型分为现状、规划 两类 。应根据地区开发情况和排水设施建设状态 ,构建现状模型 和(或)规划模型。3.1.4 按模拟计算输入边界数据的实时性 ,排水模型分为离线、 实时两种 。实时模型应在经率定验证的离线模型的基础上构建 。 3.1.5 应针对业务需求 ,在建模工作开展前 ,合理选择模型构建 层级和类别 。一个模型中可包含单一或多种类型/层级模型的 组合。3.2 模拟方式3.2.1 应根据排水模式、排水管渠运行流态、出水口受水体水位 顶托情况 ,正确选用重力流或压力流求解算法。
18、 5 3.2.2 排水管渠、河道模拟应采用一维模型 。地表积水模拟可 在一维管渠模型基础上耦合二维地表漫流模型或耦合一维地表 漫流模型 。精度要求不高的快速评估阶段 ,可采取地表二维漫流 模拟。3.2.3 易涝区分析和整改、内涝风险评估类项目宜结合数字地 面高程模型 ,构建一维管渠与二维地表漫流耦合模型。3.3 建模范围3.3.1 模型范围不应小于排水系统规划服务区域 ,应根据研究 区域范围、应用需求及模型类型 ,确定建模范围的汇水区边界和 管渠、泵站等排水设施 ,并符合下列要求 :1 应结合区域地形、用地分类、地面汇流路径、管网坡向、相 邻系统连通性等情况 ,确定建模汇水区边界 ;经分析评估
19、有必要 的 ,建模汇水区边界范围应 在 目 标 排 水 系 统 范 围 基 础 上 适 当 扩大。2 应按本标准第 3. 1节规定的模型类型确定模拟对象 ,将 汇水区边界以内的水量、下垫面、排水设施纳入模型范围。3 二级模型宜保留与排水行业 GIS数据库相同的管网设施 密度与管径范围 ,在不对模拟结果产生明显影响时 ,可适当简化 部分支管 ,但不应简化地势低洼易涝区的检查井和管渠。3.3.2 模型的边界覆盖范围应根据建模目标和地区实际确定 , 并符合下列规定 :1 污水模型以及强排系统雨水模型 ,下游边界可根据排口 情况按照末端设置水泵、拍门或其他可以反映实际水力状况的方 式来处理。2 受河道
20、顶托的自排地区雨水模型 ,模拟对象必须包含河 道边界 ,边界条件可根据情况选择历史实测记录、防洪除涝设计 水位或河网模型计算水位。 6 3 管网河网约束作用明显的自排区、风暴潮洪多碰头条件 下的城市内涝分析等情况 ,宜构建管网 河网一体化排水模型 ,充 分反映河网与管网之间的动态耦合关系。3.4 基本流程3.4.1 排水系统数学模型构建和应用基本流程宜包括建模类型 与范围确定、基础数据收集与处理、模型构建与测试、模型率定与 验证、模型评价与验收、模型应用与维护(图 3.4.1)。 7 图 3.4.1 排水系统数学模型构建及应用基本流程 8 4 数据收集与处理4.1 一般规定4.1.1 应结合建
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