水务行业常用的模型介绍!
发布于 2022-05-19 08:44
SWMM模型
SWMM模型是一种动态降雨径流模型，可根据降雨的输入和场地的属性模拟完整的降雨径流过程，包括地表产汇流和雨水在排水管道中的流动、雨洪调蓄措施和排水系统构筑物的运行状态等。它主要用于目标区域在单一或长期（连续）降雨事件下的径流水量、水质模拟，SWMM通过将研究区域划分为较多的子汇水区，将排水构筑物概化成模型中的汇接点和管线进行模拟计算，核心模块主要包括径流模块、传输模块、扩展模块、调蓄/处理模块，演算模块、低影响开发模块等。SWMM的径流模块是模拟汇水区接收降雨，并产生径流和污染物负荷的过程, 可以对多种污染物以及用户自定义污染物的浓度变化进行模拟；演算模块主要是计算通过由管道、河道、蓄水调节设施、水泵等构成的排水系统径流。SWMM可以计算包含多个时间步长的模拟时段内，各个汇水区的径流水量和水质，检查井及管渠的水深、流量和水质等。SWMM模型可以输入设计雨量或者方案数据，从而进行计算预测，不限制计算区域的面积大小，模型通用性较好。SWMM的不足之处是对污染物生化反应的模拟能力很差，直接影响水质的管道泥沙运动模拟能力也很有限。
STORM模型
STORM模型是由美国陆军工程兵团发布的城市暴雨径流模型，该模型主要用于低影响开发设施对场地水量、水质控制模拟等方面的研究。STORM能够模拟的污染物质有TSS、沉淀物、BOD、TN、正磷酸盐和大肠杆菌，在模拟时，污染物的相互作用不作考虑。STORM 模型经常用于分析大范围的集水区域的数据，经常用于农村和城市模拟研究，可以计算较长的时间步长。不足之处是模型结构比较简单，对于泥沙的运动过程和污染物输移转转化的模拟能力不足。
Info Works模型
InfoWorks模型是由英国innovyze 公司开发的用于城市雨水循环系统模拟的一款软件，可以更为真实的模拟排水管网与河道、湖泊等受纳水体之间的相互作用，广泛用于城市排水系统、河道规划等领域。Info Works的城市雨水循环系统包括降雨径流、管道水力、河道水力以及城市洪涝淹没四个模块，计算引擎完整，模型稳定性高。Info Works是基于数据库管理模式开发的软件，可以将几年甚至几十年的项目数据、模拟结果全部存储在自己的数据库中进行模拟。虽然Info Works界面友好、功能强大，但是属于商业软件，软件费用较高。
SUSTAIN模型
城市暴雨处理及分析集成模型系统( System for Urban Stormwater Treatment and Analysis Integration Model，SUSTAIN)，是由Tetra Tech开发的一款以Arcgis为基础平台的暴雨管理决策系统，可以模拟水文、水质、水力，以及实现不同雨水管理措施的经济优化与评价。
SUSTAIN设计方式为模块结构，有7个组成模块，分别为框架管理、BMP布局、土地模拟、BMP模拟、传输模拟、优化和后处理程序。框架管理模块是模型的指挥中心，调用其他模型块，管理数据的转换等。BMP布局模块主要负责BMP的选址，可以按照场地实际情况，用户自定义选址规则或者依据模型默认规则，在地图上筛选可以设置BMP措施的区域，在模型中以高亮颜色显示。土地模拟模块有两种模拟方法：内部模拟与外部模拟两种模拟方法，内部模拟运用SWMM5 中的运算法则计算水文和水质过程线，外部模拟可以利用其他模型的模拟结果作为SUSTAIN的输入数据，而不需要在SUSTAIN中重新计算。BMP模拟模块将可以实现径流和污染物模拟计算、降解和以及传输过程的模拟，该模块还设置了费用估算组件，可以根据当地原材料价格进行BMP措施的成本核算。优化模块主要是对可行的BMP类型、布局和规模的备选方案中，筛选出最经济有效的方案。后处理程序借助MicrosoftExcel软件，进行模型模拟结果的输出显示。但是目前SUSTAIN已经停止开发，并且SUSTAIN只有嵌入Arcgis9才能实现全部功能，然而Arcgis9已经停止使用，对SUATAIN的正常使用造成了很大局限性。
MOUSE模型
MOUSE模型是丹麦水力学研究所在1984年开发的用于模拟城市径流、管道水流的城市暴雨径流模型，它集合了GIS模块和SWMM计算引擎，目前主要用于预测城市管网中水位的变化，为LID设计提供依据。MOUSE模型较为复杂，参数率定繁琐，基础数据获取困难，因此模拟结果有较大的不确定性。
HSPF模型
HSPF是可以实现水文、水力、水质的模拟，可以用于透水地表、不透水地表以及河流水库的模拟。
HSPF借鉴集成了早期 SWM（Stanford watershed model）、HSP（hydrologicsimulation program）、ARM（agricultural runoff management）、NPS （nonpoint source runoff）等模型，经过不断改进，现已发展到HSPF12.0，并作为一个子模型嵌入到BASINS系统中。通过将土地表面和土壤剖面的化学、生物、污染物的迁移过程，与河流的水力、水温、泥沙输运、及养分和沉积物之间的相互化学作用进行综合，HSPF能模拟出水解、氧化、光分解、生物降解、挥发和吸附；基于连续的降水量和蒸发量的历史数据，HSPF能计算出流域出口断面连续的水文过程，生成径流、沉积物产生量、污染物浓度等的时间序列。该模型的不足之处是对于管道水流的复杂计算限制较多，无法进行场次暴雨尺度的模拟，模型校正时参数不唯一，在城市区域使用频率较少。但是针对参数率定问题，USGS开发出了HSPEXP专业软件对HSPF模型进行率定。
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