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基于OpenMI的城镇排水系统模拟技术研究

作　者: 王永
导　师: 周玉文
学　校: 北京工业大学
专　业: 市政工程
关键词: 排水管网暴雨管理模型(SWMM) OpenMI
分类号: TU992
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

城市排水管网系统是重要的城市基础设施,其任务是收集与输送城市污水和城市降雨、融雪产生的径流,它具有保护环境和城市减灾双重功能。随着城市建设步伐的加快,市政排水事业也得到了迅速的发展。随着计算机技术、网络技术和通信技术等信息技术的飞速发展,给城市排水管网信息化、现代化管理带来了新的机遇和挑战。排水管网系统模拟技术的发展与应用是市政排水事业发展的趋势与方向,为城镇公共事业发展的科学化、现代化和系统化提供了基础,以提高人们的生活水平与质量。排水管网水力模拟技术是排水管网系统模型的核心与基础。而非恒定流模拟技术在城市排水管网的设计、运行管理以及排水系统水量水质模拟等方面有着重要的辅助作用。国外许多发达国家都把非恒定流模拟作为管网设计、运行管理的基础和依据。由美国环保署开发暴雨管理模型(SWMM)在排水管网非恒定流模拟方面有着广泛的应用。欧洲水环境系统模拟软件公共接口技术(Open modeling interface-OpenMI)是水力模型软件计算引擎之间接口的一个新标准,该标准有利于建立集成是模型系统,目前在欧美国家有了初步的应用。首先,介绍了非恒定流模拟技术的发展与应用,重点阐述了一维非恒定流浅水方程及其数值解。对于计算机模型在排水管网中的应用作了系统概况与总结。然后,对OpenMI技术进行了系统的介绍,包括其来源,历史与发展。该标准的作用与意义。紧接着,以一维排水管网模拟软件(SWMM)的计算引擎为例,研究如何开发OpenMI标准所规定的兼容计算引擎,概述了国外使用该技术建立排水系统模型的实例。最后,以石景山老山奥运赛区排水系统模拟为实例,运用SWMM软件建立排水管网水力模型,结合OpenMI技术对SWMM软件进行二次开发;建立简单的河道及二维地表漫流水力模型;在OpenMI技术接口平台上与SWMM管网模拟系统集成,进而综合评估场馆区在极端降雨条件下的洪涝险情分析。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题背景和研究意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-12
    1.2.1 排水系统水力模型的发展及应用  9-10
    1.2.2 欧洲水环境模拟软件公共接口（OpenMI）  10-11
    1.2.3 暴雨管理模型(SWMM)模型  11-12
  1.3 课题的来源和内容  12-13
    1.3.1 本课题的来源  12
    1.3.2 主要研究内容  12-13
第2章水信息学与非恒定流模拟技术  13-28
  2.1 水信息学简介  13-14
  2.2 非恒定流模拟技术简介  14-25
    2.2.1 一维浅水方程及其数值解  15-23
    2.2.2 二维浅水方程及其数值解简介  23-25
  2.3 计算机模型在排水系统中的应用  25-27
    2.3.1 排水管网水力模型  25-26
    2.3.2 地理信息系统在排水系统中的运用  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 OpenMI 技术  28-35
  3.1 OpenMI 开源软件项目来源、发展与历史  29-30
  3.2 OpenMI 技术的作用与意义  30-31
  3.3 OpenMI 技术浅析  31-34
    3.3.1 OpenMI 技术规范、版本及兼容性规定  31-32
    3.3.2 OpenMI 技术资源汇总  32-33
    3.3.3 计算引擎如何转变为OpenMI 接口兼容  33-34
    3.3.4 如何使用OpenMI 技术建立系统集成模型  34
  3.4 本章小结  34-35
第4章 OpenMI 接口开发实例  35-47
  4.1 模拟软件计算引擎  35-37
  4.2 OpenMI 接口开发过程实例  37-43
    4.2.1 系统功能设计与测试方法  38-40
    4.2.2 OpenMI 软件开发工具包（SDK）  40
    4.2.3 Fortran，C 与 C# 混合编程  40-41
    4.2.4 接口代码编写与测试  41-43
  4.3 基于OpenMI 技术建模实例  43-46
    4.3.1 模型项目背景  43-44
    4.3.2 模型耦合分析  44-46
  4.4 本章小结  46-47
第5章基于OpenMI 的水力模型集成技术应用  47-58
  5.1 项目背景资料  47-48
  5.2 水力模型建立步骤  48-56
    5.2.1 SWMM 一维排水管网模型的建立  48-53
    5.2.2 一维河道模型的建立  53-54
    5.2.3 二维地表漫流淹没模型的建立  54-56
  5.3 模型集成技术应用及结果分析  56
  5.4 本章小结  56-58
结论与展望  58-59
参考文献  59-62
附录  62-64
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  64-65
致谢  65

基于OpenMI的城镇排水系统模拟技术研究

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