海綿城市下計(jì)算機(jī)模型技術(shù)在智慧水務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

海綿城市理念主要針對(duì)環(huán)境變化頻繁、自然災(zāi)害多發(fā)，且大量缺水的城市。海綿城市可以像海綿一樣，在下雨時(shí)通過(guò)吸水、蓄水、滲透水、凈化水等方式來(lái)有效利用水資源。海綿城市的主要作用是緩解城市環(huán)境污染和缺水問(wèn)題，通過(guò)科學(xué)、合理的措施對(duì)污水問(wèn)題進(jìn)行有效的治理，從而提高水資源的可利用效率。一般來(lái)說(shuō)，智慧水務(wù)系統(tǒng)主要是利用系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集工作，對(duì)城市內(nèi)的用水情況進(jìn)行監(jiān)督、管理和控制，并通過(guò)常態(tài)化的方法完善供排水設(shè)施。將海綿城市和智慧水務(wù)有效結(jié)合，即通過(guò)更加科學(xué)、高效的方法完善城市中水務(wù)環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)，以高科技手段來(lái)改善我國(guó)城市內(nèi)部水環(huán)境。下面以水資源短缺型城市下的一個(gè)園區(qū)為例，簡(jiǎn)述海綿城市下計(jì)算機(jī)模型技術(shù)在智慧水務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

一：水動(dòng)力模型

通過(guò)三維水流模擬軟件構(gòu)建三維水動(dòng)力水質(zhì)模型，具體情況如圖所示

? ? 主要對(duì)水質(zhì)環(huán)境變化后河流內(nèi)換水速度和周期進(jìn)行分析，通過(guò)水質(zhì)模擬跟蹤、定位粒子擴(kuò)散過(guò)程以及示蹤劑擴(kuò)散試驗(yàn)方法，通過(guò)模型研究對(duì)河道內(nèi)的換水速率、換水周期、緩沖區(qū)、死水區(qū)進(jìn)行分析，以此建立氮、磷增減模型，最終模擬換水期間濃度變化值。數(shù)值計(jì)算方法主要有非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積法，該計(jì)算方法速度快、復(fù)雜地形擬合度高，可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)通量守恒 ，在數(shù)字模型計(jì)算中可以根據(jù)城市園區(qū)水下地形圖確定水深。計(jì)算網(wǎng)絡(luò)由三角形單元組成，其可以構(gòu)建出合理的擬合岸線，對(duì)于水動(dòng)力模型邊界條件主要有兩種：上邊界條件，其主要是入流邊界條件，計(jì)算補(bǔ)水流量；轉(zhuǎn) 化邊界條件，根據(jù)城市氣候環(huán)境特點(diǎn)、河道土壤性質(zhì)、當(dāng)?shù)毓芾斫?jīng)驗(yàn)，計(jì)算取水蒸發(fā)和滲透速率，該模型主要參數(shù)為糙率、植被條件、土壤性質(zhì)。

二：內(nèi)澇模型

工作人員在具體工作時(shí)，先按照該園區(qū)的實(shí)際情況對(duì)洪澇模型進(jìn)行分類，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)進(jìn)行模擬演練，具體是結(jié)合園區(qū)內(nèi)的實(shí)際情況模擬雨水的流向、可能到達(dá)的水位以及會(huì)發(fā)生積水的地區(qū)，從而獲得相關(guān)可供參考的數(shù)據(jù)。結(jié)合具體的指標(biāo)來(lái)預(yù)測(cè)園區(qū)內(nèi)是否會(huì)發(fā)生洪澇情況，以此根據(jù)城市規(guī)劃區(qū)域內(nèi)降雨情況確定不同地區(qū)可能潛在的發(fā)生洪澇的可能性，具體主要是利用模型中的技術(shù)分析降雨時(shí)間的長(zhǎng)短，最長(zhǎng)多久時(shí)間、最短多久時(shí)間，根據(jù)確切的時(shí)間計(jì)算出該地區(qū)降雨的時(shí)間以及具體的峰值，再進(jìn)行具體規(guī)劃工作。通過(guò)以上分析最終得出降雨規(guī)律，并在模擬不同降雨條件下，模擬園區(qū)地面水總面積，也可以以此對(duì)管網(wǎng)水動(dòng)力流量、水位等參數(shù)進(jìn)行模擬。

三：活性污泥模型

處理廠模擬主要利用商業(yè)活性污泥模擬軟件，該軟件易于操作、界面功能強(qiáng)大，主要是利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)關(guān)于污水處理的具體結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)治理污水的技術(shù) 進(jìn)行仿真模擬，具體構(gòu)建的工藝模型如圖所示

? ? 分別從應(yīng)用、傳輸、傳感三個(gè)層面分析污水處理信息數(shù)據(jù)傳輸程序。相關(guān)的工作人員可以依靠這個(gè)模型解決分析和處理污水時(shí)面臨的各種問(wèn)題。且該模型也可以作為工作人員、技術(shù)人員優(yōu)化處理流程 、改進(jìn)處理技術(shù)的依據(jù) ，并根據(jù)具體處理過(guò)程中的工藝細(xì)節(jié)進(jìn)行建模。在此過(guò)程中，污水處理廠可以先選擇某一個(gè)工藝參數(shù)，利用水務(wù)軟件模擬污水出水情況，從而提高方案的環(huán)保特點(diǎn)。該軟件主要包括以下幾部分 ：①污水處理工藝構(gòu)造，主要包括反應(yīng)器、流程連接節(jié)點(diǎn)、二沉池模型；②定義模型初始條件，主要有模型類型、構(gòu)筑物體積和流量、模型參數(shù)賦值；③穩(wěn)態(tài)模擬，確定仿真條件，具體包括穩(wěn)態(tài)入流水質(zhì)、計(jì)算步長(zhǎng)，并確定參數(shù)賦值、模擬計(jì)算穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)；④動(dòng)態(tài)仿真模擬，該模塊首先需要輸入污水廠動(dòng)態(tài)進(jìn)水水質(zhì)，其次計(jì)算模擬動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)值結(jié)果，最后將模擬結(jié)果與實(shí)際水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比， 當(dāng)數(shù)值不一致時(shí)，則需要對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整和校對(duì)，當(dāng)結(jié)果一致時(shí)，則需要輸入動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果，最終通過(guò)該軟件制定最佳方案。