武汉市水资源模型管理系统

武汉市水质模型管理平台1.2版用户操作手册武汉大学2009年5月 前 言应武汉市水质模型项目的要求，武汉大学利用VS平台，采用C#语言开发出武汉市水质模型管理平台（以下简称WQM），其主要功能包括：1、在自主开发的组件上实现图层管理；以及图层的查询、放大、缩小等功能。2、平台上实现SWMM、ECOM和RCA模型的单独运算，与联合运算功能。3、研究区域主要有东湖和长、汉江两个部分。其中东湖部分主要有SWMM、ECOM和RCA模型，RCA模型重点是富营养化模型。长汉江部分主要有SWMM、ECOM和RCA模型，RCA包括富营养化模型、饮水安全模块和细菌模块。系统实现了边界条件文件、源文件的自动生成，并嵌入H4D模块，实现其相应的功能。武汉大学水环境保护研究室Tel & Fax： 027-Email：目 录1 引言11.1 编写目的11.2 背景11.3 定义21.4 参考资料31.5 运行环境41.5.1 硬设备41.5.2 支持软件41.6 精度41.7 关于本手册42 软件概述63 系统安装83.1 前期准备83.2 安装83.3 注册84 系统操作104.1 系统界面104.1.1 菜单栏104.1.2 主工具栏124.1.3 图层工具栏134.2 系统图层管理144.2.1 功能使用144.2.2 修改图层样式154.2.3 统计查询功能234.3 SWMM 模型274.3.1 导入降雨数据284.3.2 SWMM计算294.3.3 SWMM计算结果演示304.4 ECOM 模型314.4.1 启动参数设置314.4.2 计算条件生成324.4.3 ECOM结果演示344.5 RCA 模型354.5.1 10test354.5.2 富营养化364.5.3 细菌374.5.4 饮水安全预警374.5.5 RCA计算结果演示384.5.6 饮水安全预警演示515 操作常见问题及解决方法531 引言1.1 编写目的本报告编写目的：1. 说明本系统的开发思路和关键难题；2. 说明本系统的结构和主要功能；3. 说明本系统的安装、使用步骤及注意事项。1.2 背景1软件系统名称：武汉市水质模型管理平台（WQM）；2项目提出者与用户：亚行贷款武汉市水质模型工作组3系统开发者:武汉大学水环境保护研究室4软件系统的规模与基本特征（1）软件规模： 于5000行（2）创造性要求： 有限，具有新的接口（3）通用程度： 有限的灵活性允许格式上有某些变化（4）工作范围： 局部单位（5）目标范围的变化： 很少（6）设备复杂性： 单机，常规处理，扩充的外设系统（7）人员： 35人（8）重要程度： 数据处理（9）对程序改变的完成时间要求： 310天（10）对数据输入的响应时间要求： 60分钟内（11）程序语言: 高级语言（12）并行的软件开发: 无1.3 定义SWMM：是美国环保局（EPA）为了解决日益严重的城市排水问题而开发的暴雨径流管理模型（Storm Water Management Model，简称SWMM）。该模型可以对单场暴雨或者连续降雨而产生的暴雨径流进行动态模拟，为解决与城市排水系统相关的水量和水质问题提供计算数据。ECOM：河口、海岸和海洋模型（Estuarine Coastal and Ocean Model，简称ECOM）是国内外较为流行的水动力学模型，是在POM（Princeton Ocean Model）的基础上发展起来的。ECOM模型采用基于静水压假设以及Boussinesq假设和近似下的海洋原始方程，水平正交曲线网格，垂向坐标，变量空间配置Arakawa C格式，自由海表面，2.5阶湍流闭合模型求解垂向湍流黏滞和扩散系数；水平湍流黏滞和扩散系数基于Smagorinsky参数化方法。RCA：是AESOP（Advanced Ecological Systems Operating Program）的一个Row-Column版本，并且与水动力学模型ECOM模型直接连接，其对流和扩散的数据是由ECOM模型直接提供。RCA模型已经广泛应用于湖泊、河流，河口和沿海生态系统的水环境研究中，可以用于模拟分析一维、二维、三维的地表水的常规水质指标、有毒有害污染物等的迁移和扩散。Visual Studio 2008：Visual Studio是微软公司推出的开发环境。是当前最流行的 Windows 平台应用程序开发环境。目前最新版本是 Visual Studio 2008。Visual Studio 可以用来创建 Windows 平台下的 Windows 应用程序和网络应用程序，也可以用来创建网络服务、智能设备应用程序和 Office 插件。Visual Studio 2008是面向Windows Vista、Office 2007、Web 2.0的下一代开发工具,是对Visual Studio 2005一次及时、全面的升级，引入了250多个新特性，整合了对象、关系型数据、XML的访问方式，语言更加简洁。 使用Visual Studio 2008可以高效开发Windows应用。C#：是由微软公司所开发的一种面向对象，且运行于.NET Framework之上的高级程序设计语言，并且成为ECMA与ISO标准规范。C#看似基于C+写成，但又融入其它语言如Delphi、Java、VB等。C#旨在设计成为一种“简单、现代、通用”，以及面向对象的程序设计语言，此种语言的实现，应提供对于以下软件工程要素的支持：强类型检查、数组维度检查、未初始化的变量引用检测、自动垃圾收集（Garbage Collection，指一种自动内存释放技术）。C#适合为独立和嵌入式的系统编写程序，从使用复杂操作系统的大型系统到特定应用的小型系统均适用。1.4 参考资料1 信息产业部 文件给制实施规定的实例（GB8567-88）；2 信息产业部 用户手册（GB8567-88）；3 信息产业部 项目开发总结报告（GB8567-88）；4 国家环保总局 国家质量监督检查检疫总局 地表水环境评价标准（GB3838-2002）；5 本项目的经核准的计划任务书或合同；6 SWMM5.0源代码与操作手册 U.S EPA ；7 ECOM源代码与操作手册 HydroQual USA；8RCA 源代码与操作手册 HydroQual USA;1.5 运行环境1.5.1 硬设备本软件运行所要求的硬设备的最小配置， Pentium（R） CPU2.9GHZ 内存512MB 硬盘20G1.5.2 支持软件1. 操作系统：WindowXP、Vista；2. VS2008，C#；1.6 精度模型输入过程中，流量控制：0.1m3/s；水位控制0.001m；污染负荷控制0.001mg/l。1.7 关于本手册本用户手册作为WQM 的参考手册，描述了WQM的各种概念和功能，并且引导用户使用WQM进行操作。它也为所有的WQM功能提供了更加详尽的参考。在本手册中，假设读者有SWMM、ECOM和RCA一定工作经验。知道下列概念：1. 子集水区，场次降雨；2. 冷启动、热启动；3. bc、ps、pc、10test等。2 软件概述WQM软件平台包括三个模型块，三个模型彼此间相互关系见图2-1所示，各模型的输入与输出见图2-2图2-4所示。图2-1 WQM基本结构图2-2 SWMM模型输入输出关系图图2-3 ECOM模型输入输出关系图图2-4 RCA模型输入输出关系图系统具有中英两个版本，在系统输出是一致的。系统界面上可以实现两个研究区域的相互切换。3 系统安装3.1 前期准备首先请确定您的计算机已经安装了.net framewoke 2.0及以上版本，如果没有请首先安装。3.2 安装安装本模型软件WQM，根据提示进行安装，如图3-1所示。图3-1 系统安装本系统设置软件安装可在用户指定的任何路径下完成。3.3 注册 完成系统安装后，WQM软件需要注册。将注册生成的序列号复制到管理系统，完成注册用户即可使用。图3-2 完成注册注册界面如图3-2所示，点击确定，则完成了本系统的注册，进入操作。没有注册的用户具有15天的试用期。4 系统操作4.1 系统界面系统主界面主工具栏进入系统后，系统主界面如图4-1所示：菜单栏地图操作工具栏图4-1 系统主界面4.1.1 菜单栏菜单栏包括系统主要功能的调用菜单，每个一级菜单下包含有若干二级菜单，具体如图4-24-4所示，各菜单功能如表4-14-2所示。图4-2 文件菜单表4-1 文件菜单功能菜单名称功能操作打开打开地图项目保存保存当前地图项目另存将地图项目另存为新的项目退出退出系统图4-3 模型计算菜单表4-2 模型计算菜单功能菜单名称功能操作SWMM模型打开SWMM模型计算窗口ECOM模型打开ECOM模型计算窗口RCA模型打开RCA模型计算窗口图4-4 帮助菜单4.1.2 主工具栏系统主工具栏如图4-5所示，各工具名称如表4-3所示。图4-5 主工具栏表4-3 主工具栏各工具功能工具名称功能操作打开项目打开地图项目保存项目保存地图项目加载Shp文件加载Shape图层到当前项目4D显示调用H4D程序设置调用设置窗口Swmm打开swmm计算窗口Swmm演示打开swmm结果演示窗口Ecom打开ecom计算窗口Ecom演示打开ecom结果演示窗口Rca打开rca计算窗口Rca演示打开rca结果演示窗口Rca图例设置打开rca演示图例设置窗口清除模拟数据清除演示数据其中“视图”工具栏包含有下拉菜单，如图4-6所示：图4-6 视图工具表4-4 各视图工具功能菜单名称功能操作legend显示图例窗口Result windows显示查询结果窗口Map eye显示鹰眼窗口4.1.3 图层工具栏图4-7 地图工具栏地图工具按钮栏（图4-7）提供了一些针对地图操作的常用按钮，把鼠标放到按钮上，则有相应的提示信息，其功能如下：表4-5 地图工具栏各工具功能按钮图片按钮名称功能操作平移平移当前地图放大拖动鼠标拉框放大，则放大框选所在地方的地图。缩小拖动鼠标拉框缩小，则缩小框选所在地方的地图。清除清除地图上的用于突出显示和辅助查看作用的点线面图形全图显示全局地图框选用户通过拉框在地图上查询指定范围信息点选用户通过点击选择在地图上进行查询统计图用于生成饼状，柱状，渲染等专题图结果查询RCA数据演示时进行信息查询4.2 系统图层管理4.2.1 功能使用加载shape格式文件：点击主工具栏“.Shp文件”按钮后，弹出选择Shp文件对话框，如图4-8所示：图4-8 加载shp文件选择所需的图层后，点击对话框中“打开”按钮，所选择图层将被显示在地图上，如图4-9所示：图4-9 加载Shp图层完毕4.2.2 图层修改在加载完图层后，需要设置图层的显示样式，将鼠标移动到主界面左侧的“图例”按钮处，停留片刻或者直接点击，或者点击视图下面的legend，将显示处“图例”窗口，如图4-10：图例按钮图4-10 图例窗口也可以隐藏图例（图4-11）：就是这个按钮 图4-11 隐藏图例按钮点击上图所示的按钮，则图例隐藏，如果想再次打开shp文件，在图层符号的位置双击，就会显示刚才打开的图层。如果想要加载更多的shp文件，继续按照以上的方法加载。点击需要修改样式的图层对应行的最后一个按钮，将弹出样式设置对话框，如图4-12所示：就是这个按钮图4-12 设置图层样式按钮（1）面图层样式设置针对点，线，面不同类型图层，样式设置对话框有所不同，下面分别说明。面图层所对应的样式设置对话框如图4-13所示：ABCDE图4-13 面图层样式设置如图4-13所示：l A区中设置图层的中文名称。l C区中设置图层显示的比例尺范围，即图层将在大于最大比例尺，小于最小比例尺的范围内显示。l D区中设置图层的文字标注信息，其中比例尺设置和C区中类似，即该标注将在大于最大比例尺，小于最小比例尺的范围内显示。“标注字段”下拉框中设置要作为标注的图层字段。点击字体选择按钮，则会弹出字体选择对话框。l 如果B区中勾选“是否标注”选择框。D区中的设置生效，将为图层标注文字l E区中为针对面图层的样式设置，其中“填充颜色”用来设置面的填充颜色，“轮廓颜色”设置面边线的颜色，“轮廓类型”设置边线的样式，“轮廓线宽度”设置边线宽度，关于轮廓线的设置仅在“显示轮廓”选择框被勾选是生效。图4-14为设置好的示例：图4-14 面图层样式设置示例效果如图4-15所示：图4-15 面图层样式设置效果图（2）线图层样式设置线图层样式设置对话框如图4-16所示：ABCDE4-16 线图层样式设置如上图所示：l ABCD四个区域的设置和面图层样式设置对话框中功能一致l E区中“颜色”设置用来线的颜色，“宽度”用来设置线的宽度，“线形”用来设置线的样式。图4-17为设置好的示例：图4-17 线图层样式设置示例其效果如图4-18所示：图4-18 线图层样式设置效果图（3）调整图层顺序和删除图层在图例窗口中选择要调整显示顺序的图层，点击鼠标右键，将弹出图层调整菜单（图4-19）：图4-19 调整图层顺序菜单点击其中的“上移”，“下移”按钮可以移动图层的显示顺序，点击“删除”按钮将该图层从地图上和项目中移除。（4）保存项目配置好地图信息后，需要将这些配置予以保存，点击主工具栏中“保存项目”按钮，弹出保存项目对话框，选择要保存的位置和项目文件名，保存该项目，如图4-20所示：图4-20 保存项目（5）打开项目要打开保存的项目文件，可以点击主工具栏中“打开项目”按钮，弹出项目文件选择对话框，选择要打开的项目文件，确定即打开项目文件，如图4-21所示：图4-21选择打开项目文件下图为打开项目文件后界面如图4-22所示：图4-22打开已有项目文件4.2.3 统计查询功能打开项目文件后，用户可通过地图工具按钮对相关信息进行统计查询。查询有点选和框选，以框选查询为例介绍，点击框选按钮，在地图上框选要查询的范围（图4-23），即可出现查询结果窗口（图4-24）。图4-23 框选查询信息图4-24 查询结果窗口在结果窗口，可选择不同的图层，如主要道路、行政道路、水系、绿地等（如图4-25），还可选择可见、所有、最顶层图层三种不同的类型来查询属性。用户可根据需要，对界面左边图层栏进行操作，来决定图层的可见与否及顺序。如图4-26所示。图4-25 选择不同图层图4-26 选择不同查询类型 如图4-27，选择图层及查询类型后，地图上显示出相应的区域界限。 长度 名称 面积图4-27 查询属性信息点击统计图按钮，出现ChartForm窗口，如图4-28所示。图4-28 统计功能用户先选择所需的图层要素（图4-29），则会出现相应的字段，选择需要统计的字段，点击添加按钮，注意所添加的字段属性必须是数据化的，最后点击“生成”，则在地图上会显示相应的统计图（如图4-30），用户还可调整饼柱图或渲染图的颜色、透明度等。图4-29 选择所需图层要素图4-30 饼状图显示4.3 SWMM模型开始模型计算，点击SWMM计算，出现如图4-31所示的框。导入所需的条件，即可以进行SWMM计算。图4-31 SWMM计算4.3.1 导入降雨数据首先导入降雨数据，如下图4-32所示：图4-32 导入降雨数据本次计算在选择的示例如图4-33：图4-33 导入降雨数据示例注意：SWMM中的降雨资料格式为.csv格式。如图4-34所示：图4-34 降雨资料格式4.3.2 SWMM计算计算的示例如图4-35所示：图4-35 SWMM计算示例4.3.3 SWMM计算结果演示计算完成之后，可以查看SWMM的计算结果，点击SWMM演示，在F:WQMDONGHUswmmcodes中调用SWMM结果数据，进行演示，其中inflow表示总水量，sanitary表示旱污水量，storm表示雨污。如下图：图4-36 SWMM演示结果SWMM计算结束后可在界面上直接更新至ECOM，作为ECOM的输入条件，如图4-37所示：图4-37 SWMM计算结果更新4.4 ECOM 模型点击进入进入ECOM的计算。如下图（东湖的ECOM界面）（图4-38）：图4-38 ECOM计算界面4.4.1 启动参数设置启动参数的设置如图4-39所示。计算时间步长的设定是浮点数，所以设定的时候要注意格式，单位输出时间的设定根据用户需要自己确定，单位为秒。如果用户需要热启动计算的话，在相应的框内点选。图4-39 ECOM启动参数设置4.4.2 计算条件生成点击“查看”可查看计算条件文件，如果需要改动直接在弹出的窗口中改动相关值，格式不能改变。如图4-40点击查看点源流量过程文件。4个时段排污口数量第150小时 各排污口的水流量图4-40 查看点源流量过程文件83个排污口水域分为5层 各层流量的百分比图4-41 查看分层条件文件排污口序号 i，j号对应于SWMM数据的标识另外，对于长汉江水域的ECOM计算，还可查看水文条件文件，如图4-42。天数 长江、汉江两组数据 长江的流量 温度 盐度 长江的水位 汉江对应的数据图4-42 查看水文条件文件4.4.3 ECOM结果演示设好所有准备文件条件后，就可开始计算。计算结束，即可进行ECOM结果演示。调用WQMDONGHUecomrungcmdm.030进行演示（图4-43）：图4-43 ECOM计算结果演示模型联合计算时，也可将结果直接更新至RCA中，点击“更新至RCA”完成该步骤。4.5 RCA 模型采用RCA模型分析评价水体环境质量，可直接点击RCA，进入模型计算界面，也可以在ECOM计算结束以后，点击“更新至RCA”系统也可直接进入RCA计算的界面。4.5.1 10test 在10test 中导入水动力参数文件，点击计算时间步长，在本次计算中的示例如下（图4-44）：图4-44 10test输入设置计算出最小时间步长，如下（图4-45）：图4-45 10test计算结果4.5.2 富营养化 输入负荷文件，示例如下（图4-46）： 图4-46 输入监测点PS数据4.5.3 细菌输入负荷文件，用户可以修改相应的污染浓度，示例如下（图4-47）：图4-47 输入监测点PS数据4.5.4 饮水安全预警图4-48 饮水安全预警饮水安全预警如图4-48所示，选择污染物，生成PC，点击在地图上点选按钮，在图上点选用户感兴趣的点，输入时间，排放量，浓度，然后点击生成事故条件,再点击生成PS,最后进行连接运算。其中，在生成PC前，可以查看相关参数，如图4-49所示。 降解系数 光照条件下的降解系数图4-49 查询降解系数4.5.5 RCA计算结果演示RCA计算结果可以通过系统查看，也可以通过H4D来查看。可对不同的点进行查询。通过系统查看RCA计算结果：以下图所示为例，进行东湖富营养化演示，点击RCA演示，调用WQMDONGHUrcarca_eutrorunRCAF21_New即可。图4-50 RCA演示查询后显示的网格点详细信息窗口（如图4-51）可反映出所选指标的浓度随时间的变化情况。图4-51 RCA演示查询通过H4D演示RCA计算结果：1 菜单功能1.1 文件菜单（File）Open：加载数据演示RCA计算结果。“File”“Open” “Time Series Data” “RCA data”。如图4-52所示。图4-52 选择添加RCA数据在选择添加RCA数据后，会出现浏览窗口。通过浏览窗口选择需要添加的数据文件，如图4-53所示。H4D一般包括三个主窗口：菜单窗口、图像窗口和信息窗口，如图4-54所示。数据加载成功后，图形窗口中显示模拟区域的网格和部分图例。图4-53 选择数据文件图4-54 H4D主窗口通过”Choose system”选择需要被演示的水质指标，如图4-55所示。 图4-55 选择水质指标Save：保存1、Layout将当前已加载的数据以模板的形式保存。保存后，文件后缀为.h4d。2、Session将当前已加载的数据以进程的形式保存。保存后，文件后缀为.h4d。通过Layout和Session选项保存的文件，可以直接用H4D打开。3、Image将当前图形窗口显示的内容保存为一幅图片。保存后，文件后缀为.png。4、Animation将当前数据按照所选择的范围保存为多幅图片。保存后，文件后缀为.png。Print：打印（该程序暂时没有打印功能。）Sript-O-MaticExit：退出通过选择Exit，退出H4D。1.2 编辑菜单（Edit）编辑菜单中，有Feature Properties和Add Velocity Scale子菜单。在Feature Properties中，可以修改图形窗口的图例和所显示的模拟图形的显示效果，如大小，颜色，透明度等。在Add Velocity Scale中，可以添加比例尺图例。1.3 视图菜单（View）视图菜单为用户提供变换格网选项。1、Model Space：实际地形网格和规则网格的变换。如图4-56所示。 图4-56 模拟区域格网变换2、Use External Mask：是否选择所有网格（干网格和湿网格）进行水动力和水质模拟。 图4-57 网格选取1.4 选项菜单（Preferences）包括了ColorBar和Main Window Properties子菜单。其中，ColorBar是用于更改颜色条标尺的属性。Main Window Properties用于更改图形窗口的属性和播放状态，包括窗口背景颜色、演示速度等。1.5 帮助菜单（Help）帮助菜单主要是关于H4D和HydroQual的简单介绍。2 对图形的简单操纵拖动：在图形窗口中，点击图形，按着左键不放并移动鼠标，可以实现拖动图形的功能。放大缩小：在图形窗口中，按着右键不放并上下移动鼠标，可以实现放大缩小图形的功能。按着右键不放并往上移动鼠标可以对图形进行放大，往下移动鼠标可以对图形进行缩小。翻动和转动：在图形窗口中，同时按着左键和右键，可以实现转动和翻转图形的功能。3 菜单窗口选项 3.1 点选了后，该按键前面的空格有颜色填充，同时，图形窗口的图例可动，此时，可以移动图例，调整它们的位置。如图4-58所示。 图4-58 图形窗口图例的调整3.2点选了后，该按键前面的空格有颜色填充，鼠标变成问号图形。在点击图形某一个网格后，会出现图表窗口，显示该网格的水质指标的计算结果，是随时间变化的浓度变化图表。如图4-59所示。图4-59 图表显示功能3.3演示播放功能。在H4D中，可以将计算结果通过连续播放来演示。其中和是按照时间序列连续的往前或者向后播放的按钮。是暂停播放按钮。和是逐步播放按钮。是表示过程位置的，可以转动中间的指针来定位演示的位置。3.4 Globals和Local1、如4-60所示，在Globals选项条中，可以设置全部格网中模拟结果的产生位移变化。图4-60 Globals选项条2、如4-61所示，为Local选项条。图4-61 Local选项条Displacement：可以设置让计算结果用立体的效果表示，如图4-62所示。图4-62 立体显示计算结果Displmnt Floor：在设置了立体显示效果后，可进行微调操作。Layer：设置不同的层进行显示。如图4-63、4-64所示。 图4-63显示图层1 图4-64显示图层4Slice：选择某一断面进行显示。如图4-65所示。图4-65 选择断面20显示另外，H4D还可进行ECOM结果演示：演示ECOM计算结果。选择“File”“Open” “Time Series Data” “ECOM data” “PLT data”。如图4-66所示。图4-66 选择添加ECOM数据在选择添加ECOM数据后，会出现浏览窗口。通过浏览窗口选择需要添加的数据文件，如图4-67所示。数据加载成功后，图形窗口中显示模拟区域的网格和部分图例,如图4-68所示。图4-67 选择数据文件图4-68 H4D主窗口通过”Choose system”选择需要被演示的指标，如图4-69所示图4-69 选择显示指标其中文件保存、打印、退出H4D，编辑菜单