城市排水管網(wǎng)數(shù)字化管理理論與應(yīng)用

前言

　　在我國可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中，城市已成為人們政治、經(jīng)濟(jì)、消費(fèi)活動(dòng)的中心，但當(dāng)人們在享受城市帶來便利生活的同時(shí)，也常常遇到很多問題。近年來，我國很多城市在汛期出現(xiàn)了“水浸”、“內(nèi)澇”等事件，給人民群眾帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至對生命安全造成了威脅，這充分說明，城市建設(shè)和管理不能只關(guān)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(xiàng)城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營，排水管網(wǎng)就是一項(xiàng)重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施，它擔(dān)負(fù)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(nèi)澇、污染周邊水體或地下水等嚴(yán)重后果。由于排水管網(wǎng)深埋地下，“看不見、摸不著”，過去往往沒有受到應(yīng)有的重視，表現(xiàn)在排水管網(wǎng)建設(shè)滯后于污水處理廠建設(shè)，污水處理廠建設(shè)又滯后于城市建筑建設(shè)和工業(yè)發(fā)展等，這些不應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象造成了上述很多問題和危害，必須得到迅速糾正?！　￠L期以來，我國排水管網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)與管理大多沿用簡單推理與主觀判斷的分析方法進(jìn)行，近年來盡管有部分城市與地區(qū)開始建設(shè)排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)，但是大部分信息系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)缺少深層次的結(jié)合，往往僅使用計(jì)算機(jī)替代原有的人工方法，仍未形成系統(tǒng)完善的排水管網(wǎng)數(shù)字化管理技術(shù)體系與規(guī)范，更缺乏便捷有效的排水管網(wǎng)分析與評估工具，距離排水管網(wǎng)數(shù)字化管理模式的實(shí)現(xiàn)仍有較大差距?！　”緯鴱睦碚撝R、相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用案例三個(gè)方面對城市排水管網(wǎng)的數(shù)字化管理理論與應(yīng)用進(jìn)行了全面翔實(shí)的論述，介紹了排水管網(wǎng)系統(tǒng)在體制選擇、規(guī)劃設(shè)計(jì)、模擬分析等方面的最新理論與知識，深入探討了數(shù)學(xué)模型、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)、軟件開發(fā)與集成技術(shù)、在線監(jiān)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器技術(shù)在排水管網(wǎng)系統(tǒng)管理中的結(jié)合方法，詳細(xì)介紹了污水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析與現(xiàn)狀評估、管網(wǎng)升級改造方案設(shè)計(jì)與評估、管道清淤分析、事故應(yīng)急分析、管網(wǎng)規(guī)劃方案制定與模擬、戶線接入方案設(shè)計(jì)與評估、雨水管網(wǎng)溢流管理、雨洪利用工程方案設(shè)計(jì)與評估等八個(gè)實(shí)際問題的應(yīng)用分析模式與流程化操作方法。

內(nèi)容概要

排水管網(wǎng)系統(tǒng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，對其進(jìn)行管理和維護(hù)已經(jīng)成為城市管理者和決策者面臨的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。然而，對于同時(shí)具有復(fù)雜性和隱蔽性的排水管網(wǎng)系統(tǒng)，如何建立科學(xué)有效的管理方法，分析并解決管網(wǎng)運(yùn)行中各種錯(cuò)綜復(fù)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(jīng)蒼白無力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)為城市排水管網(wǎng)提供了科學(xué)有效的管理手段。本書全面翔實(shí)地論述了城市排水管網(wǎng)數(shù)字化管理的理論與應(yīng)用，介紹了排水管網(wǎng)系統(tǒng)綜合管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、模擬分析等方面的最新理論與知識，深入探討了數(shù)學(xué)模型、數(shù)據(jù)庫、GIS和在線監(jiān)控等技術(shù)在排水管網(wǎng)系統(tǒng)管理中的應(yīng)用方法，詳細(xì)介紹了排水管網(wǎng)管理中一系列實(shí)際問題的流程化操作方法與應(yīng)用分析模式。    本書可作為相關(guān)工程設(shè)計(jì)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(guān)專業(yè)的高年級本科生和研究生作為教材或教學(xué)參考書使用。

書籍目錄

第1篇  城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)及模型  第1章  城市排水管網(wǎng)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(gòu)筑物    1.3  城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃方法      1.3.1  城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃方法      1.3.2  城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃方法      1.3.3  合流制排水管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃方法      1.3.4  基于數(shù)學(xué)模型的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法  第2章  城市排水管網(wǎng)模型及原理    2.1  排水管網(wǎng)模型概述      2.1.1  排水管網(wǎng)模型的發(fā)展      2.1.2  排水管網(wǎng)模型簡介      2.1.3  排水管網(wǎng)模擬軟件簡介    2.2  排水管網(wǎng)模型的計(jì)算原理      2.2.1  地表徑流過程的模擬原理      2.2.2  管網(wǎng)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(wǎng)數(shù)字化管理技術(shù)  第3章  排水管網(wǎng)數(shù)字化管理總論    3.1  我國排水管網(wǎng)管理現(xiàn)狀及存在問題    3.2  排水管網(wǎng)管理部門的數(shù)字化需求    3.3  排水管網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)的內(nèi)容      3.3.1  綜合數(shù)據(jù)庫建設(shè)      3.3.2  排水管網(wǎng)模型構(gòu)建      3.3.3  業(yè)務(wù)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(shù)在排水管網(wǎng)管理中的應(yīng)用    4.1  GIS技術(shù)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(shù)據(jù)的輸出與表達(dá)      4.1.4  GIS在城市排水系統(tǒng)管理中的應(yīng)用    4.2  GIS支持下的排水管網(wǎng)電子地圖      4.2.1  數(shù)據(jù)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(wǎng)數(shù)據(jù)編輯與處理      4.3.1  排水管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)編輯      4.3.2  排水管網(wǎng)屬性數(shù)據(jù)編輯      4.3.3  排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)編輯保障機(jī)制      4.3.4  排水管網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)管理      4.3.5  排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的導(dǎo)人與導(dǎo)出    4.4  排水管網(wǎng)查詢分析與三維顯示      4.4.1  排水管網(wǎng)設(shè)施查詢      4.4.2  排水管網(wǎng)縱斷圖與橫截面分析      4.4.3  排水管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)查詢與分析      4.4.4  排水管網(wǎng)三維顯示與查詢    4.5  排水管網(wǎng)模擬結(jié)果分析      4.5.1  模擬結(jié)果圖表顯示      4.5.2  模擬結(jié)果平面專題圖顯示      4.5.3  模擬結(jié)果縱斷圖顯示      4.5.4  模擬結(jié)果三維顯示      4.5.5  模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析      4.5.6  模擬結(jié)果報(bào)表  第5章  排水管網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與建設(shè)    5.1  排水管網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)      5.1.1  數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計(jì)      5.1.2  空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)      5.1.3  屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)    5.2  數(shù)據(jù)加工、處理與入庫的方法      5.2.1  普查數(shù)據(jù)處理流程      5.2.2  紙質(zhì)圖紙?zhí)幚砹鞒?     5.2.3  其他格式數(shù)據(jù)處理流程    5.3  管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系檢查和處理      5.3.1  排水管網(wǎng)系統(tǒng)的主要拓?fù)湟?guī)則      5.3.2  導(dǎo)致拓?fù)溴e(cuò)誤的典型數(shù)據(jù)問題      5.3.3  拓?fù)錂z查及修正工作流程  第6章  基于G重S支持的排水管網(wǎng)模型構(gòu)建    6.1  排水管網(wǎng)模型的構(gòu)建和應(yīng)用流程    6.2  排水管網(wǎng)模型初步構(gòu)建      6.2.1  匯水區(qū)(或服務(wù)區(qū))劃分與關(guān)聯(lián)      6.2.2  管網(wǎng)屬性數(shù)據(jù)設(shè)置    6.3  監(jiān)測方案的制定與實(shí)施      6.3.1  監(jiān)測內(nèi)容      6.3.2  監(jiān)測方案的制定原則      6.3.3  監(jiān)測實(shí)施的工作流程    6.4  排水管網(wǎng)模型的參數(shù)識別      6.4.1  排水管網(wǎng)模型的不確定性      6.4.2  模型參數(shù)的靈敏度分析      6.4.3  模型不確定性分析      6.4.4  排水管網(wǎng)模型的自動(dòng)率定和驗(yàn)證    6.5  排水管網(wǎng)模型的集成應(yīng)用      6.5.1  排水管網(wǎng)模擬情景條件設(shè)定      6.5.2  規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理的模型特點(diǎn)及區(qū)別      6.5.3  排水管網(wǎng)模型的集成開發(fā)與應(yīng)用    6.6  實(shí)際工程中排水管網(wǎng)建模的難點(diǎn)與關(guān)鍵問題      6.6.1  實(shí)際工程中排水管網(wǎng)建模的難點(diǎn)      6.6.2  排水管網(wǎng)模型應(yīng)用于實(shí)際決策中的關(guān)鍵問題  第7章  排水管網(wǎng)數(shù)字化管理軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)    7.1  排水管網(wǎng)數(shù)字化管理軟件總體設(shè)計(jì)      7.1.1  軟件系統(tǒng)總體架構(gòu)      7.1.2  軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)    7.2  排水管網(wǎng)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺設(shè)計(jì)    7.3  排水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)    7.4  排水管網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)      7.4.1  排水管網(wǎng)綜合信息發(fā)布子系統(tǒng)      7.4.2  排水管網(wǎng)巡查子系統(tǒng)      7.4.3  排水管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理子系統(tǒng)      7.4.4  排水管網(wǎng)應(yīng)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(wǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)      7.5.1  排水管網(wǎng)在線運(yùn)行監(jiān)控與預(yù)警子系統(tǒng)      7.5.2  排水管網(wǎng)輔助規(guī)劃子系統(tǒng)      7.5.3  戶線接人設(shè)計(jì)與評估子系統(tǒng)      7.5.4  基于在線監(jiān)測和模型的聯(lián)合應(yīng)用模式  第8章  排水管網(wǎng)系統(tǒng)硬件支撐平臺設(shè)計(jì)    8.1  管網(wǎng)在線監(jiān)測平臺總體設(shè)計(jì)      8.1.1  在線監(jiān)測平臺設(shè)計(jì)要求      8.1.2  在線監(jiān)測平臺總體結(jié)構(gòu)      8.1.3  在線監(jiān)測設(shè)備      8.1.4  在線數(shù)據(jù)采集模塊    8.2  網(wǎng)絡(luò)平臺總體設(shè)計(jì)      8.2.1  網(wǎng)絡(luò)平臺設(shè)計(jì)原則      8.2.2  網(wǎng)絡(luò)平臺總體結(jié)構(gòu)      8.2.3  通信方式      8.2.4  網(wǎng)絡(luò)安全    8.3  服務(wù)器、存儲及展示平臺的總體設(shè)計(jì)      8.3.1  服務(wù)器與存儲平臺      8.3.2  大屏幕展示平臺    8.4  管道檢測技術(shù)及其發(fā)展      8.4.1  管道檢測技術(shù)      8.4.2  管道檢測技術(shù)的發(fā)展與展望第3篇  排水管網(wǎng)數(shù)字化管理應(yīng)用與案例  第9章  排水管網(wǎng)數(shù)字化管理軟件介紹與應(yīng)用案例    9.1  數(shù)字排水平臺介紹      9.1.1  數(shù)字排水平臺的關(guān)鍵技術(shù)      9.1.2  數(shù)字排水平臺的主要功能    9.2  應(yīng)用1：污水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析與現(xiàn)狀評估      9.2.1  污水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析      9.2.2  污水管網(wǎng)現(xiàn)狀評估      9.2.3  應(yīng)用小結(jié)與工作流程    9.3  應(yīng)用2：管網(wǎng)升級改造方案設(shè)計(jì)與評估      9.3.1  管網(wǎng)現(xiàn)狀評估和缺陷分析      9.3.2  管網(wǎng)改造方案設(shè)計(jì)      9.3.3  管網(wǎng)改造方案評估      9.3.4  應(yīng)用小結(jié)與工作流程    9.4  應(yīng)用3：管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)中的管道清淤分析      9.4.1  管道淤積風(fēng)險(xiǎn)分析      9.4.2  管道清淤效果分析      9.4.3  應(yīng)用小結(jié)和工作流程    9.5  應(yīng)用4：管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)中的事故應(yīng)急分析      9.5.1  管道破裂風(fēng)險(xiǎn)分析      9.5.2  管道破裂影響分析      9.5.3  與管道內(nèi)檢測技術(shù)的結(jié)合      9.5.4  應(yīng)用小結(jié)與工作流程    9.6  應(yīng)用5：管網(wǎng)規(guī)劃方案制定與模擬優(yōu)化分析      9.6.1  排水管網(wǎng)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(yīng)用小結(jié)與工作流程    9.7  應(yīng)用6：污水管網(wǎng)戶線接入方案設(shè)計(jì)與評估      9.7.1  戶線接人方案設(shè)計(jì)      9.7.2  戶線接人方案評估      9.7.3  應(yīng)用小結(jié)與工作流程    9.8  應(yīng)用7：雨水管網(wǎng)溢流分析與管理      9.8.1  城市雨水排除系統(tǒng)的模型構(gòu)建      9.8.2  降雨情景生成      9.8.3  模擬結(jié)果分析      9.8.4  應(yīng)用小結(jié)與工作流程    9.9  應(yīng)用8：雨洪利用工程方案設(shè)計(jì)與評估      9.9.1  城市洪水風(fēng)險(xiǎn)分析      9.9.2  雨洪利用工程方案設(shè)計(jì)      9.9.3  雨洪利用工程方案評估      9.9.4  應(yīng)用小結(jié)與工作流程    9.10  數(shù)字化管理模式應(yīng)用于實(shí)際工作的關(guān)鍵問題  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　對排水管網(wǎng)設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)及工程驗(yàn)收過程進(jìn)行管理，是城市排水管理部門的重要業(yè)務(wù)內(nèi)容之一，通常包括根據(jù)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(shè)施建設(shè)項(xiàng)目的立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工方案等提出專業(yè)意見，負(fù)責(zé)審查市政道路、小區(qū)內(nèi)部排水管線的初設(shè)、施工圖紙，參加排水管線及相關(guān)工程的竣工驗(yàn)收，處理排水許可、戶線接人等業(yè)務(wù)工作。目前在處理上述各種業(yè)務(wù)需求時(shí)，通常是以經(jīng)驗(yàn)判斷和簡單推理計(jì)算的方式進(jìn)行的，缺乏先進(jìn)的技術(shù)輔助工具對不同階段的管網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行有效的管理與科學(xué)評估，無法分析建設(shè)項(xiàng)目的調(diào)整對原有排水管網(wǎng)系統(tǒng)的影響，影響了評估工作的科學(xué)性與可信度。只有利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理模式和先進(jìn)的模型模擬技術(shù)，對排水管網(wǎng)設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)及工程驗(yàn)收過程進(jìn)行一體化的數(shù)據(jù)管理和評估分析，才能全面、及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)排水設(shè)施建設(shè)方案中存在的問題，并進(jìn)行評估優(yōu)化和跟蹤分析，最終提高新建或改造項(xiàng)目的實(shí)施效益，減少新建或改造項(xiàng)目對已有系統(tǒng)的負(fù)面影響。　?。?）提高管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)方案制訂的科學(xué)化和系統(tǒng)化水平　　對排水管網(wǎng)設(shè)施的運(yùn)營維護(hù)是排水管網(wǎng)管理部門重要的日常工作，包括對設(shè)施的檢查、維護(hù)、清淤、排障等內(nèi)容。但是，目前我國排水管網(wǎng)管理養(yǎng)護(hù)選擇依據(jù)不強(qiáng)，主觀隨意性較大，養(yǎng)護(hù)效果難以評估，造成養(yǎng)護(hù)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(shí)發(fā)現(xiàn)排水管網(wǎng)系統(tǒng)中按照運(yùn)行負(fù)荷情況需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的管段，使得這些管段得不到及時(shí)的維護(hù)和更新，將會不同程度地出現(xiàn)滲漏、腐蝕、積泥堵塞甚至塌陷等問題，嚴(yán)重影響了排水管網(wǎng)的正常排水能力。同時(shí)，隨著排水管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，排水管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)工作的任務(wù)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(wǎng)進(jìn)行科學(xué)養(yǎng)護(hù)已成為困擾很多排水管網(wǎng)運(yùn)營部門的一大難題。為了能夠最大限度地發(fā)揮排水管網(wǎng)的輸送能力，延長管道的使用壽命，提高排水管網(wǎng)的養(yǎng)護(hù)效率，需要利用數(shù)字化的管理手段建立以排水管網(wǎng)的周期性調(diào)查、評估、維護(hù)和清淤為主的科學(xué)養(yǎng)護(hù)體系，制定科學(xué)合理的管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，從而保證排水管網(wǎng)的正常運(yùn)行。

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