一、对排水模型的几点想法 1、模型不神秘,生活中处处都是模型
一、对排水模型的几点想法
1、模型不神秘,生活中处处都是模型
2、数学模型和物理模型的关系
数学研究抽象世界,物理研究现实世界。数学模型是抽象和现实的交汇
数学模型和物理模型都是研究原型的方法,但也只是原型的近似(All models are wrong, but some are useful)
物理模型为数学模型提供参数,数学模型为物理模型指明方向
3、数学模型和数值模型的区别
数值(numerical)模型是数学(mathematical)模型的一种
数值模型是没有解析解而采用数值分析方法求解的数学模型
推理公式法是数学模型,但不是数值模型
行业内说的排水数学模型,指的都是数值模型
4、为什么需要数学模型?
便于经验和知识的传承
局部有效的经验在复杂系统中可能会失效
把人从简单劳动中解放出来,提高生产效率
建模成本远低于物理模型。(排水管网物理模型很难搭建)
5、当前排水模型应用中存在的问题
高等院校没有向企业提供足够数量的、合格的模型工程师(熟悉水文学、水力学、高等数学、计算机编程等)
企业(含模型软件公司)培养的模型工程师很少能长期坚持在一线,而是变成指挥官
排水模型应用多数停留在表层(简单的正向建模),缺乏具有实用价值的逆向算法
缺乏一个可以真正进行二次开发(不是简单集成)的排水模型软件
6、中国排水模型如何发展
高等院校要加大排水管网相关内容的深度和广度
要和物联网、人工智能、大数据等学科结合
要建立“良币驱逐劣币”的机制
要向物理模型(实验)借鉴实验设计方法
要向给水模型借鉴算法实现思路
运维模型需要但不能过度依赖监测数据,尤其是精确的监测数据
要开发国产排水软件和算法
从业人员要有终身学习的能力
二、SWMM水文原理和算法改进
SWMM水文对象包括:雨量计(Rain Gage)、子汇水面积(Subcatchment)、含水层(Aquifer)、雪包(Snow Pack)、单位过程线(Unit Hydrograph)、低影响开发(LID Control)。
基本原理:降雨 – 蒸发 – 下渗 - 径流 = 洼地蓄水变化。所有这些量都是时变量。
1、降雨和蒸发
最常见的降雨和蒸发数据是时间序列数据。但是,取值方式被写死!
重写时间序列算法:
1)允许用户自行选择取值方式;
2)允许运行过程中添加时间序列数据(对在线模型而言是必须功能)。
2、下渗
当前时间步长的下渗量计算需要:
1)当前时间步长的降雨过程;
2)上一时间步长的洼地蓄水深度;
3)上一时间步长的上游集水区或排放口的出水
Horton下渗:修正1处错误,增加1种求解方法。
Green-Ampt下渗:修正1处错误。
CN下渗:修正2处错误。
3、子集水区
子集水区S2的进水除了降雨外,还包括S1的出水以及排放口O1的出水。
这意味着SWMM可以模拟所有的LID设施。
SWMM中地表曼宁粗糙系数可以取0,得到的是理论上最大的径流强度。
4、多线程加速
由于EPASWMM在水文部分代码使用了较多的全局作用域和文件作用域变量,因此不支持多线程加速。
重新调整程序架构后,实现水文过程的多线程演算。
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知识点:SWMM水文原理、算法改进及对排水模型的几点想法