国外给水管网建模软件简介

　　从表1可看出，建模软件最重要的性能包括：
　　·能连接到GIS
　　·Windows 环境
　　·图形能力
　　·分析能力
　　以这些性能为准则，再结合用户的实际需求，可对市场上多种建模软件进行比较、选择。

2 国外建模软件简介

　　在1984年的调查中，AWWA统计用户使用的管网分析软件超过25种。从那时起， 出现了一些比早期版本更流行，且易于使用的新软件。例如：
　　·EPANET
　　·WaterCAD
　　·Cybernet
　　·H2ONET
　　·SynerGEE water
　　·AquaCAD
　　·InfoWorks WS
　　·Mike Urban
2.1 EPANET(版本1.1)
　　EPANET是由美国环保署开发的免费软件，最初是作为评价配水系统水质的工具。EPANET运行在Windows 环境下，结果显示与操作都基于Windows 环境。尽管EPANET仅能进行延时模拟，但是它能模拟诸如水体反应和管壁反应这样的管网水质变化。这个软件的求解过程非常快。通过混合算法，初步解决了因节点法引起的低流量收敛问题。与商业的建模软件相比，EPANET最主要的缺陷在于使用文本编辑进行数据输入。尽管EPANET缺乏图形输入能力，但是它能提供吸引人的、彩色显示的输出图形。如果不考虑这些缺陷，EPANET作为建模软件，在预测配水管网水头损失、水压和水质方面做得非常好。
2.2 WaterCAD（版本3.1）
　　WaterCAD是位于美国康涅狄格州沃特伯里的海思德公司的产品。作为一个独立的水力模拟软件，它包含自己的图形编辑器和强大的建模能力，并保留了基于Windows 界面的EPANET的特色。WaterCAD能产生与实际管网成比例的管网图或简图，能在管网图下面衬DXF格式的背景图。模拟后的管网通过彩色显示反映出模拟结果。WaterCAD还具有强大的注释能力。
　　 WaterCAD的一些特性包括模拟方案管理工具、消防流量分析和水质分析、模拟结果图形输出。WaterCAD也能产生等压线图来说明高压区、低消防流量区域、等水压区域和其它相关的系统特性。WaterCAD既能提供恒定流分析，也能提供延时模拟分析。
2.3 Cybernet(版本3.1)
　　Cybernet也是海思德公司的产品，它如同WaterCAD一样包含水力建模的能力，但是它能运行在AutoCAD环境下。Cybernet基本上是运行在AutoCAD环境下的WaterCAD。这种运行模式给用户提供了能利用AutoCAD R14的所有功能的便利，因此它与其它图形有良好的兼容性。在产生高质量的图形输出和模拟结果方面，AutoCAD环境给了这个软件更多的灵活性。
2.4 H2ONET (版本3.0)
　　H2ONET是MW软件有限公司的建模软件。与EPANET相比，它以基于Windows的AutoCAD界面为特征。像Cybernet一样，H2ONET使用AutoCAD R14环境并利用其所有功能创建管网图；然而，H2ONET需要与AutoCAD绑定, 不能作为一个单独的软件运行。
　　 H2ONET提供了许多建模功能，包括模拟方案管理、消防流量模拟和消火栓分析与水质分析。H2ONET特有的一些性能包括与SCADA系统能进行连接，它允许从SCADA系统直接提取建模数据用于模型校验和运行应急预案；能量管理模块用于确定能效高、费用低的运行策略。
　　 H2ONET对于管网的变化以颜色变化区分，提供“所见即所得”的注释，包含产生等压线图的功能。H2ONET提供一个报表工具用于定制报表，可通过用户选择变量、期望的单位、列的格式和相应的水力时间段。
2.5 SynerGEE Water (版本3.0)
　　SynerGEE Water是美国STONER公司新的建模软件。它没有使用混合法求解管网方程，SynerGEE使用的是牛顿－拉夫森法节点法。因为SynerGEE有能力求解大规模、复杂的超过100,000根管道的管网，所以它过去主要被拥有大规模配水管网的用户使用。然而，SynerGEE的高级版本使得它对任何规模的管网都适用。
　　 SynerGEE运行在Windows 环境下，有一个独立的图形界面。因为Access 是目前SynerGEE唯一接受的数据库格式，所以为了充分利用数据库，SynerGEE需要微软的Access支持。它强大的图形功能包括颜色区分，等压线绘制，抓图，并允许各种各样的光栅图，矢量图（例如AutoCAD、ESRI、Microstation文件）作为背景图。
　　 SynerGEE有多种模块能增强基本的水力建模功能。这些模块包括：
　　·子系统管理模块――允许用户在大的详细的管网模型或简化的模型下工作。这个模块能对模型进行提取、整合、简化和削减。
　　·在线模块－－能自动转换成运行模式或从SCADA系统中引用数据。
　　·随时间变化的模块――能进行恒定流、延时模拟和水质模拟。
　　·区域隔离模块――使建模者能快速评价管网中切断某个干管产生的影响。为隔离某个区域，区域隔离模块可通知建模者，哪些阀门需要关闭。
2.6 AquaCAD
　　AquaCAD由位于加拿大魁北克的水力建模咨询公司Aqua数据公司开发和销售。尽管Aqua数据公司在佛罗里达州开始扩展它的业务，但是这个公司办公地点主要在美国以外。
　　 AquaCAD的建模理论与传统的建模理论不同，因为AquaCAD把消火栓作为管网模型的一部分，这个功能使模型管网能更精确地代表实际管网。
　　 AquaCAD是基于Windows 的，独立运行的软件。它在自己的图形界面下运行。此外，AquaCAD拥有数字化功能和DXF格式文件作为背景输入的功能。AquaCAD主要的特性包括开放的数据库连接（ODBC）、模拟结果的彩色显示、在线帮助和“孤立节点”（意味着这些节点与管网不相连）特性。AquaCAD与标准的GIS和SCADA系统格式兼容，但是并不能与任何GIS软件进行直接的数据输入连接。为了使GIS和SCADA文件与AquaCAD结合，必须首先将GIS和SCADA文件输入到Access中。
AquaCAD的一些模块包括：
　　·非定向冲洗模块――这个模块根据非定向冲洗先后顺序产生冲洗规划。冲洗规划是依据对配水管网的诊断和评价建立的，它包括对正在运行的消火栓进行评价，和模型校验中每一个消火栓的水力评价。冲洗规划产生详细的报告和冲洗先后顺序。
　　·水龄和供水区域模块――尽管AquaCAD不能进行水质分析，但是水龄和原水影响区域可通过这两个模块计算。
　　·消防模块――这个模块使用户在消防流量工况下能检查每一个消火栓的状况。
　　AquaCAD对管段数量和节点数量没有限制，使用节点法求解管网方程。
2.7 InfoWorks WS（版本4.0）
　　InfoWorks WS是英国Wallingford 软件公司的产品。它提供了有效的建模方法反映出管网的工作状况。利用InfoWorks WS，可以建立管网水力模型，并能持续维护所建立的模型。可以进行新建区域的管网规划、现状管网局限性分析、生成不同季节的调度方案、应急预案，进行水质分析、寻求较优的工程解决方案。
　　 InfoWorks WS为用户提供了一种可靠、安全、易调用的数据结构，简化了数据管理。其完整的开放式数据交换工具提供了一套易用的数据输入、输出和转换功能，保持了数据库的开放性和完整性。InfoWorks WS实现了GIS和水力模型的结合，实现了与GIS的无缝连接，与具有前沿水平的GIS产品可共享模型数据，展现和操作模型模拟结果。主要功能有：
　　·供水系统投资规划
　　·分析供水系统的局限性
　　·管网规划和消防分析
　　·突发污染事件和应急对策研究
　　·多水源混合评估
　　·泵站系统优化
　　·水质和余氯分析
　　·管道沉积物分析和管网冲洗计划
·面向小区和单个用户的水力分析
2.8 Mike Urban
　　Mike Urban 是丹麦DHI公司经过整合的城市GIS和管网建模软件。其给水管网建模部分的早期软件为Mike Net。Mike Urban包括Mike Urban Model Manager、Mike Urban WD和Mike Urban CS等。Mike Urban的给水管网水力计算内核为EPANET，并能进行水质模拟；Mike Urban引进了ESRI的地理数据库技术，把GIS与建模环境整合在一起；Mike Urban与SCADA系统、实时控制系统（RTC）和决策支持系统(DSS)能达到较好的连接。主要功能有：
　　·对配水系统模型进行自动校验
　　·消防流量分析
　　·不同调度方案的模拟，比较
　　·变速泵模拟
　　·对压力管道瞬变流进行分析（能模拟泵的启闭，断电事件和判断是否存在汽蚀的风险）

3 建模软件评价

　　由上面的介绍可看出，国外给水管网建模软件具有相似的功能和特性。对于简单的仅有几个压力区的配水管网，当处理相似的问题时，所有的软件都会得出相似的结果。因此，对建模软件的评价最终要比较模拟结果的表达，图形或文本显示的效果，额外功能或特性的不同；并且选择的建模软件应便于使用。
　　 表2和表3对建模软件的评价进行了全面地总结。表2使用有关的准则，对每一种建模软件进行了比较。表3概括了每一种建模软件的优缺点。

表2 根据有关准则对建模软件的比较

注：Y——具有此项功能； N——不具有此项功能； Y-——具有此项功能，但功能有限

表3 建模软件的优缺点

作者简介：侯煜堃（1973－ ），男，河南郑州人，工程师
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