MIKEFLOOD城市内涝模型介绍

1、 1MIKEFLOOD软件包介绍MIKEFLOOD由DHIWater&Environment&Health独立开发，它将维模型MIKEURBAN或NHKE11和二维模型MIKE21整合，是一个动态耦合的模型系统，可进行流域洪水、城市洪水等的模拟研究。耦合技术可以有效发挥一维和二维模型各自具备的优势，取长补短，避免在单独使用MIKE11、MIKEURBAN（MOUSE）或MIKE21时所遇到的模型分辨率和模型准确率的限制问题。MIKEFLOOD主要具有以下特色和优势：1.1.1集成的工作环境MIKEFLOOD集成的工作环境，使用户可以灵活的选择MIKE11（河道）、MIKEURBAN（管网）、M

2、IKE21（二维地面漫流）三个模型进行任意的耦合，同时集成式的工作环境使得协同工作更加容易，用户可以分别进行管网、河道和二维模型的建立，最终在平台进行耦合，极大的提高了工作效率并省去了模型合并带来的工作量。MIKEFLOOD用户操作界面1.1.2具有友好的用户界面和前后处理工具MIKEFLOOD给用户提供了通用的数据文件编辑器DataManager.图象及动画处理工具PlotComposer、网格生成器MeshGenerator和数据预览工具Resultriewer等一系列实用的前后处理工具，可在集成的工作环境下进行二维计算网格的生成、水下二维地形的处理、河口潮波及径流水文数据的分析、计算参数

3、的输入等前期数据的处理输入及后期模拟结果的显示。其中建立MIKEFLOOD模型涉及到的前处理工具有：Tuneseries:建立点的时间序列作为边界条件Profilesenes:建立线的时间序列作为边界条件Gridsenes：二维地形编辑器和平面网格模型输入条件Bathymetries：根据散点坐标建立二维矩形网格地形文件MeshGenerator：二维地形编辑器和平面网格模型输入条件（FM网格）NHKEFLOOD模型涉及到的后处理工具主要有：Plotcomposer：绘制水深变化和流场图和二维动态演示Resultviewer:绘制水深变化和流场图和二维动态演示DataExtractionFM：

4、提取验证点或者断面计算结果113支持水工建筑物MIKEFLOOD支持各种水工构筑物，包括：堰、闸门、桥墩、涵洞、涡轮机等。可以根据不同需求用-维或者二维模型模拟水工构筑物。 #涵洞闸门墩涡9年mz；5rvMxrx.4Dw*e#/T/H/M*MidJiWF灯知WDrat/4购恥:WC?Feb爭WSWfcvaroW45I锣/fVx*u*xKMWano乞StructurePloning4*LU*|.,*人345Fcrflmcvw60e*?.zecreeoinoroetirn*jnxtre.ru咖$他rrM.xpMcfti*tfjdutcptirandd?rawnraMdcnTHaWdaCtoalAr

5、cimisicMfirM代csnx4v3ja$Cic*c(aifieoormi9tucijrMiPicin9XKaji)ir*rre*Sjr97W5RbWft!hetwemxljwdahgcUraGl5rirvtrCf*cMhFHC1M)A.CC4IASCOrlOTjOtKfitfm)A40“巾HOC炖g“坏0収MO9e”9*5CrMM0on8Mn?9ifienjtitC3MdKtixadt*KlWfZeavt*1WMxQjtatahxxurMh.gd初n.Wbti.acmS4CtlAMatc*wHoriiitw0i80*aOtaoZMH8_rwMljn8OeO*eQlfcCwr&I-gE审s

6、t2cmweUJj348/bsaQrnaasisowsO心HOWs二附3CmclASOH匕！Mirefort*emmanhot.OverflowuparoamEdrMogedownttreammithenve*Vee!ovarn果可以生成最大淹没图，帮助规划人员评估丹华水利环境技术（上海）有限公司DHICHINA 丹华水利环境技术（上海）有限公司DHICHINADHI各个区域的内涝风险级别。城市排水管网现状能力评估图分析模型对不同降雨重现期下的管网的模拟结果，利用分析统计工具可以得到排水管网现状能力评估图，如卜图中不同颜色表示不同重现期的管网，同时可以统计出各类管网的长度、管径、管材等信息。n

7、u-E?COLi以Ie林申x|SW皿I心询3bBiatrnpUAKmurlOMOCOAXM)3ubdtnJWAJMVjtiTRoo-Moae023unfJkRRwkii.JOM72800OW13XWW33,0吟倔3BS112MOOCO一XW2TWOM5/40MCMS60心分析排水分区MIKEURBAN中提供排水分区划分工具，可以根据管道、人孔以及DEM自动划分管网分区。同时可以借助二维坡面流模拟结果分析，对大区域或自然流域（郊区、农田、绿化区域）进行排水分析的划分。下图为根据二维坡面流模拟结果分析的水流流向图，根据该图可以合理的划分排水分区。DHIGoogleEarth中显示计算结果Flood

8、mapsinGoogleEarth是一款连接MIKEFLOOD和GoogleEarth浏览器的町视化插件,主要用来显示MIKE11.MIKE21或MIKEFLOOD的dfs2格式结果文件。1丄5并行计算MIKEFLOOD的并行计算技术使用共享内存的OpenMP协议，町以最大程度的地发挥多CPU或多内核CPU的优势。#CPU个数*)1248计算速度倍数）1.33581.1.6专业的技术支持DHI在上海设有全资子公司，拥有100多名专业工程师，负责中国区域内的技术支持和咨询服务。丹华水利环境技术（上海）有限公司DHICHINAD 丹华水利环境技术（上海）有限公司DHICHINA2DHI城市排水解决

9、方案DHI排水模型广泛应用于城市排水与防洪、分流制管网的入流/渗流、合流制管网的溢流、排水泵站优化管理、受水影响、在线模型、管流监控等方面。DHI的城市排水模型和咨询服务可以为用户提供系统性的解决方案，可以对水量，水质和综合水体系进行分析。DHI的城市水模型是建立在科学框架的基础之上，可以用于协调管理和规划。其模型可以在进行高昂费用工程投资Z前进行必要的各种预案的模拟分析。DHI的城市水模型也可以帮助人们了解系统的复杂性，对决策提供建议和支持。21规划篇市政排水管网是城市市政建设的重要组成部分，城市排水规划对排水管网的投资和维护有直接的影响。总体规划着眼于排水管网的主要问题，为将来提供动态的综

10、合规划。DHI提供的基于GIS基础之上的数学模型和CAD接口为总体规划之间架起了一座桥梁，在排水管网总体规划中起到了奠基右的作用。2.1.1城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲受全球气候变化影响，暴雨等极端天气频发，为保障人民群众的生命财产安全，加强城市排水防涝设施建设，2013年7月住建部出台城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲。耍求各城市结合当地实际，在2014年6月底前编制完成各地城市排水（雨水）防涝综合规划。该大纲对城市排水防涝规划提出了新耍求：城市排水防涝规划的编制需全面考虑城市排水体系，即包括城市排水管网、受纳水体（城市河道）、城市防涝设施等；规划需充分了解当地实际情况（现状评估）

11、，制定当地内涝标准，完成防涝规划目标的硕性婆求（发生城市雨水管网设计标准以内的降雨时，地面不应有明显积水;发生城市内涝防治标准以内的降雨时，城市不能出现内涝灾害;发生超过城市内涝防治标准的降雨时，城市运转基本正常，不得造成重大财产损失和人员伤亡）。DHI提供的城市内涝模拟技术可以为城市排水（雨水）防涝综合规划的编制提供有力的技术支撑。城市内涝模拟通过模拟城市排水管网、城市排水河道以及地面积水漫流过程，动态、清晰地反映城市排水体系的排水能力，防涝设施的效果、城市积水的过程等。就城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲，城市内涝模拟可以提供：城市排水分区MIKEURBAN中提供排水分区划分工具，可以根

12、据管道、人孔以及DEMA动划分管网分区。同时可以借助二维坡面流模拟结果分析，对大区域或口然流域（郊区、农川、绿化区域）进行排水分析的划分。城市排水管网现状能力评估通过MIKEURBAN排水管网模拟，分析不同降雨下管网充满度、压力以及管网水力负荷情况。评估管网排水能力，统计排水管渠的达标率和排水泵站能力。城市内涝风险评估结合河道模型和二维模型，综合模拟城市管网、河道以及地面漫流过程，结果展示不同降雨下管网、河道水位变化、地面积水范围和淹没时间等信息。模拟结果可以生成最大淹没图，帮助规划人员评估各个区域的内涝风险级别。规划方案的评估大纲中耍求城市排水防涝规划须符合雨水径流控制标准、管渠泵站设计标准

13、以及城市内涝防治标准。对于城市建成区，须提出城市排水防涝设施的改造方案。利用模型，可以简单快速的分析各种规划方案的效果，以帮助规划人员确定最优的规划方案。2.1.2城市室外排水设计规划最新“室外排水设计规范（2013版）（GB50014-2006）局部修订征求意见稿”中建议在传统规划设计的基础上，对于有条件的地区宜使用模型方法进行雨水量的计算，并使用模型校核城市排水系统：进行雨水量计算时汇水而积超过2平方公里时，宜釆用数学模型法计算：应根据内涝设计重现期计算校核城镇排水系统排除地面积水的能力。根据内涝设计巫现期校核地面积水排除能力时，应根据当地历史数据合理确定用于校核的降雨历时及该时段内的降雨

14、量分布情况，有条件的地方宜采用计算机模型计算。使用数据模型进行雨水量的计算，与推理公式法相比，其优点在于可以考虑降雨事件中降雨强度在不同时间和空间的分布情况。同时，模型是根据水文学中基本的产流和汇流原理模拟地面径流的形成过程，因而可以更加准确地反映地面径流的产生过程和径流流量。MIKEURBAN中径流模块提供多种降雨径流模型，包括等流时线模型、线性水库模型、动力波模型、单位水文过程线模型。模型可以针对任意降雨事件，选用合适的径流模型模拟研究区域雨水量在时间和空间上的分布情况。此外，对于降雨时间序列的生成，DHI根据中国排水管网设计规范中各地的设计暴雨强度公式及国际上常用的城市雨型开发了雨型设计

15、工具，有利于工程师方便快捷的生成雨型。该工具中内置全国多个城市设计暴雨强度公式，可选用芝加哥雨型、Huff雨型、均布雨型构建降雨时间序列。同时，该工具支持用户口定义设计暴雨强度公式及自定义雨型。3熬後计丹华水利环境技术（上海）有限公司DHICHINAD 丹华水利环境技术（上海）有限公司DHICHINA2424.1(1*0.533IgP)rCSRS:lOZmrY)柱九a时冃厉叱A0270公刃氓广州蛍站ioe:Sgm；|沏3塔S月S日KW620二j磴取厉时T120min第长：lmin|并|delate22评估分析篇排水模型用于城市排水系统的评估分析。通过分析复杂管网的网络结构、上下游关系，有助于管

16、理者准确了解污水管网的结构特征；通过雨污水排水现状的动态模拟分析，可以全面反映污水管网的排水负荷现状，发现雨污水管网系统中的薄弱环节和区域，为管网的改扩建及管理提供支持。同时为管网养护和出故处理提供决策支持。2.2.1排水管网（雨水、污水、合流）现状及预案分析排水模型用于城市排水系统的现状评估、改造规划和预案分析中。模型建立过程就是排水管网系统静态结构分析过程，分析内容包括管网的连通性、上下游、管网高程的衔接、不同排水分区管网的互通性等。排水管网水文学和水动力学模型建立之后用户在平台中可以同时浏览管线充满度和出水口流量、流速等的模拟曲线图，并可通过对吋间轴的控制实时查看不同吋间点管道的运行状态

17、，也可以分析整个系统和系统内各要素（管道、节点、汇水区等）的流量、流速、液位等状态参数的统计结果。Crvnoinicr(MS&6wtDtAhnymMaonMoMIloo*i耳A)排水模型町以针对不同用水工况进行水力计算，包括最高时、爭故时、降雨期间等工况校核分析功能，通过管网水力计算，分析排水管网系统的工况，找出危险管段以及管网潜在缺陷，提出改造建议。排水模型可以模拟区域内不同降雨条件卜各种雨洪利用措施（如蓄水池，绿地及透水铺装等）对区域防洪减轻的作用。评估雨洪利用措施的效果，同时考虑雨洪利用方案的造价，从而得到最优的雨洪利用方案。2.2.2泵站运行分析排水泵站是排水管网系统中非常重要的构筑物

18、。雨水泵站、立交泵站合理配置可以最大程度减少降雨期间的城市积水、最大程度的利用雨水排除系统的排水能力：污水泵站的运行管理对污水管网以及污水厂的运行至关重要。另外，泵站也是排水系统中能耗最大的设施，泵站的优化运行有利于节能降耗。泵站运行现状评估，泵站评估包括泵站单独评估和多级泵站联合调度评估。泵站单独评估是指对每个泵站其泵运行情况，能耗以及泵站内泵和前池的匹配与否进行评估分析。多级泵站联合调度评估的目的是清楚了解目前多级泵站Z间的水量、及其泵站运行规则之间的关系，为优化泵站运行和合理调度提供基础。MIKEURBAN|对泵站精确的模拟可以提供泵站的调度预案。根据管网评估结果，根据泵站和管网运行情况

19、，对口常运行和特殊口（大水量）运行就泵站调度制定多种预案。就制定的预案和现场的操作人员和泵站管理人员沟通，并确定最终的预案进行模拟，比较不同方案F管网运行情况。口常泵站的调度方案在保证正常运行的状态下以节能降耗为目标。降雨期的预案模拟，目的在于充分发挥泵站能力，利用管网系统将雨水排出系统，减少降雨期间的城市枳水以及合流制污水溢流。同时，MIKEURBANRTC模块可以模拟现实中对泵站的高级控制策略。模型中可以对水泵进行控制设置，可以直接以指定的起始/结束水位或位置来控制，或者通过PID设置，用管网中的任意点的水位和流量来控制。比如，对于污水管网中梯级泵站的控制，我们根据污水厂处理能力以及上一次

20、污水泵站的启停状态结合泵站前池水位，控制泵站中各泵的启停。223管网淤积分析排水管网尤其是污水管网很容易产生淤积，管道淤积后管道过流断面减小、管网粗糙度增大，严重影响管网的排水能力，容易造成污水的外溢。传统的方法，在设计时以不淤流速作为控制管网淤积的措施。在实际中，合流制管网在旱季时流速低容易发生淤积，污水管网在用水低峰期管网中流速很难达到不淤流速。通过MIKEURBAN模型模拟，可以灵活的动态的分析管网流速，如污水管网一天24小时管网内的流速，合流制管网在旱季的流速分布。结合模型模拟计算结果，综合考虑管网材质、建设年代、管线重要性等因素，分析容易淤积的管线，可以辅助排水公司制定清淤方案。进一

21、步，管道泥沙输移模块（ST）可以模拟管网中污染物的传输，模拟排水管网泥沙输送包括非均匀（分级）沉积物的沉积和侵蚀。ST的模块与动力流联合运行可以模拟泥沙动态沉积，并反馈泥沙沉积引起的管道而积和糙率的变化。可以解决以下问题：预测泥沙淤积的位置以及相关的下水道系统中的污染物和金属通过观测和模拟的沉积物，预测水力容量减少分析调整运行策略后的排水系统2.2.4管网水质分析MOUSE引擎提供了几个模块，模拟城市集水区地表和排水系统泥沙输送和水质。使用其地表径流水质（SRQ）,管道泥沙输移（ST）,管道对流扩散（AD）,管道水质（WQ模块，MOUSE可以模拟这些复杂的机制。这些模块的结果，如排水溢流中的污

22、染物图表，可以直接应用DHI的受纳水体模型MIKE11和MIKE22。MOUSE结合MIKE11或MIKE21使用，可以评估接收下水道溢流的受纳水体水质，如河流，溪流，湖泊和沿海水域。例如，对于排水管网的管理來说，硫化氢气体和其他臭味的气体是一个很大的问题。由于硫化氢气体腐蚀所造成的管道坍塌给排水公司造成了很大的负担。所以有必耍对管道中的过多的硫化氢气体的产生的成因进行分析和研究。DHI的先进的模拟工具可以模拟排水管网中的硫化氢气体的形成，來调查相应的措施对丁减轻腐蚀速率和臭气的效果。丹华水利环境技术（上海）有限公司DHICHINAD 丹华水利环境技术（上海）有限公司DHICHINA23排水运

23、营篇2.3.1在线模型URBAN在线排水系统的理念是基于MIKEURBAN的MOUSE水力计算引擎及数据管理和在线连接SCADA和其他系统的数据处理软件。DHI排水在线模型根据不同客户不同悄况，进行定制开发。URBAN在线系统URBAN在线排水系统有助于：提供快速运行决策支持预测系统方案补充SCADA数据自动模拟URBAN在线模型可以通过实时、预测等模式调用SCADA实测数据口动进行模拟计算，输出的流量、圧力、能耗等参数可以很好地应用于水泵运行优化、管网异常判断、城市内涝积水预报等实际工作中。如上图所示，SCADA流程表示的是实地测量的数据传入SCADA系统后在用户界面上实时显示：在线分析流程

24、是将实时调度系统中的实时数据输入到在线模块中进行口动模拟，输出的模拟数据可以与实测数据进行比较，对于异常情况以报警，还可以预测排水系统未來时段的运行情况，制定合理的调度方案：最终，将分析结果返回到实时调度系统系统并在用户界面上显示出來。也可以将模型建议的调度方案经过人工确定后直接传输到控制系统，实现自动控制功能。在线模拟有两种执行模式：实时模式和预测模式。每种模式的运行机理表述如下：实时模式：在线模块实时接收SCADA实测数据，自动循环执行水力模拟，输出的数据保存到SCADA数据库并在用户界面中显示。预测模式：预测排水系统在未來时段（如未來4h,6h或12h）的运行情况。其初始条件取口SCAD

25、A当前的实测雨量、流量数据，边界条件由用户结合历史数据预测生成。此外，为了配合URBAN在线模型在城市洪水管理中的应用，DHI开发了用于短期预报的高精度气象雷达，可以用來探测当地降雨的空间变化。这对于提供几个小时之内的降雨预报是很有帮助的。根据不同的应用情况，气象雷达上云团单元的大小一般可设置为100 xl00m,250 x250m或500 x500m.气象雷达可提供降雨模式的髙清晰图像，通常每5分钟或1分钟一次。雷达监测数据可以表达为排水流域上的降雨时间序列或雷达图像。雷达监测信息可以通过网络实时发布。DHI的气象雷达系统可以和DHI的城市排水模型耦合，组成城市水的信息和洪水管理系统。URB

26、AN在线排水模型项目应用：信息系统-市政工程师使用该系统分析降雨后的情况。URBAN在线系统把新增信息设为本地软件传感器而不是直接监控。此外该系统可以统计降雨信息。大型泵站决策支持-URBAN在线排水模型作为大型雨水泵站决策支持系统的一部分。CSO/内涝控制-运行人员用来自URBAN在线排水模型的信息评估控制策略并为可控装置选择设定点以减少CSO和避免内涝危险。浴场水质-基于来自URBAN在线排水模型的结果评估浴场等级。该模型用来评估未被监控的本地CSO。2.3.2基于模型的排水管理系统城市水务局和政府机构的信息和决策支持系统管理大型复杂的基础设施，这意味着乜大的投资。这些机构也付出很大努力來

27、实现自动化，从而产生了一些不不同的计算机系统。今夭，他们收集了大量的数据，但是管理人员发现很难快速地获得想耍的数据。为了做出合理的决策，市政管理人员需要快速地获得和处理保存在各种不同计算机系统的信息和应用软件。如果用户易于获得数据、正确理解及应用，那么数据就有ti大的价值。如果不能恰当地确认、存储和处理，数据就很难使用并失去很多价值。市政人员是要理解和恰当地使用数据。DHI的任务是为支持决策过程提供最好的技术支持。排水管网模型软件作为专业性很强软件平台，对使用者的专业要求较高，为了使更多的用户可以较为方便的使用率定好的模型查看结果，充分发挥模型对日常工作的决策指导作用，同时最大限度的实现模型数

28、据及分析结果的共享性，DHI提供基于管网水动力学模型排水管理系统。管理系统将以水力模型软件为基础应用平台，以GIS软件为辅助平台，结合最新的计算机技术和网络技术，通过对水力模型系统的应用在GIS地图上展示排水管网水力学模型的分析计算结果，动态模拟管网运行状况，直观分析预估不同调度方案下管网运行状况，提供暴雨积水点、污水溢流点的预警预报信息，为不同调度方案的分析、评估和决策提供支撑，实现对排水模型系统的科学管理、预测分析。3DHI排水内涝相关项目31项目实施流程步骤仆分析问题城市雨洪研究目的城审排水管网校核城巾幣体防洪排涝（管网河道）是否关注地面积水怙况（深度.历时.广度研允区域研究区域大小（模

29、型抵化？）.特点等管网炎型规划管网.现状管网；雨水管网.合流制井水管W管网出水口自由岀流.排入河道，宜接排海步骤2：研究区域及方案确定研咒区域根抿区域的大小、挣点：覘定是否需考虑客水问龜而扩大研咒范因模型选择管网楔里（只针对排水管网管网+河道（MU-M1KE11）一一域市防洪排希管网4河道*二维（1HHKEII迪E21）一城市防洪井沸稅水分析管网水位流域刚试方案如戟型有睾定条件:，根据目的、楔里特度等，制定率定数据测试方案楔損方案依摇模型的目的.确定初步哥究方案/步骤3之数摇前处理步骤3之数据收集|數提地理坐标.高琨统一縊验证：-合理性-一致性模型应尽可能地反应实际的物理信息:髓前处理纸躺、CAD图、GIS鯛等豁-師文件、水位等边界文件整丑实緻籬理斛醍工作澤大，也幼讎鮒分.無貓）耕亿迎和CAD、ARCGIS罐聖合朋献觀工储.敢班作中殻曲勒缠也维管网模型河道模型二维地面模型耐据人孔故基咖数18泵站故基ymte边畀鱷：边界水位翳定吻居DEM河河道侨面边界谿丹华水利环境技术（上海）有限公司DHICHINA 丹华水利环境技术（上海）有限公司DHICHINA