一种基于GIS模型数据库的SWMM水力模型输入文件Inp文件生成方法

摘要

一种基于GIS模型数据库的SWMM水力模型输入文件Inp文件生成方法，属于市政工程信息技术与地理信息系统技术交叉领域。首先在GIS平台构建排水管网模型数据库，然后将GIS数据库各字段数据转换到与Inp文件所对应的位置处，快速生成Inp文件，为SWMM水力模型的构建带来的便利。本发明无需在SWMM平台进行复杂的排水管网模型数据处理工作，只需在GIS平台构建排水管网模型各数据层，并将排水管网模型的图形数据和属性数据录入到GIS数据库各数据层的各字段，充分利用了在GIS平台处理模型数据的优点。本发明无需进行复杂的程序编写，只需借助现有的软件即可完成各个步骤，自动生成SWMM模型输入文件Inp文件，操作简易，容易实现。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于GIS模型数据库的SWMM水力模型输入文件Inp文件生成方法， 属于市政工程信息技术与地理信息系统技术交叉领域。

背景技术

排水管网系统是重要的城市基础设施，担负着收集和输送城市污水和城市降雨、融雪 产生的径流的任务，具有保护环境和城市减灾双重功能，被称作城市的“生命线”和“血 脉”，在城市规划和建设中的作用不容忽视。随着国内城市化进行的加快，城市排水管网 建设出现爆炸式增长，管网规模日益扩大，管网数据不断更新，现有的城市排水管网运行 和管理方式已远远落后于城市建设。近年来，我国很多城市遭遇了较为严重的内涝灾害， 在此背景下，2014年2月10日，我国住房和城乡建设部发布公告，批准《室外排水设计 规范》(GB50014—2006)(2014年版)自发布日起正式实施。新版《室外排水设计规范》 的条文3.2.1中要求：采用推理公式法计算雨水设计流量。当汇水面积超过2km²时，宜采 用数学模型法。可见模型的应用已经被提上了日程。

ArcGIS是一个全面的系统，用户可用其来收集、组织、管理、分析、交流和发布地理 信息。作为世界领先的地理信息系统(GIS)构建和应用平台，ArcGIS可供全世界的人们将 地理知识应用到政府、企业、科技、教育和媒体领域。ArcGIS可以发布地理信息，以便所 有人都可以访问和使用。随着水力模型技术的发展，ArcGIS在建立地理空间数据库方面的 独特优势日益突出，在水力模型中的应用越来越多。应用GIS可以进行数据管理和空间分 析，也可以直观、动态地进行建模或可视化管理。GIS数据以点、线、面的形式存储，可 以表现图形的空间分布情况和几何状况，记录图形的属性数据。GIS采用统一的数据库进 行数据的管理，数据形式统一。

SWMM模型是美国环保局为解决日益严重的城市排水问题而推出的暴雨径流管理模 型，此模型可以对单场暴雨或者连续降雨而产生的暴雨径流进行动态模拟，进而解决与城 市排水系统相关的水量与水质问题。目前，该模型在国内外被广泛用于城市水系统的设计、 规划和运行。美国SWMM模型软件是目前世界公认的最好的计算引擎，然而在SWMM 平台直接构建水力模型却存在着很多不足之处。Inp文件是SWMM水力模型的输入文件， 若能快速生成Inp文件，则可以为SWMM水力模型的构建带来便利。

本发明从SWMM水力模型构建的需求出发，提出了一种基于GIS模型数据库的 SWMM水力模型输入文件Inp文件生成方法，首先在GIS平台构建排水管网模型数据库， 然后将GIS数据库各字段数据转换到Inp文件中，快速生成Inp文件，为SWMM水力模 型的构建带来的便利。

发明内容

本发明的目的是提出一种SWMM水力模型输入文件Inp文件的生成方法，以实现GIS 模型数据库到SWMM水力模型的快速转换，为构建SWMM水力模型提供便利。

本发明的技术方案如下：

基于GIS模型数据库的SWMM水力模型输入文件Inp文件生成方法，所述方法依次 包含以下步骤：

(1)创建排水管网模型各数据层(shapefile)文件；

根据构建SWMM水力模型的需求，首先在ArcGIS中创建排水管网模型各数据层的文 件Shapfile文件，包括检查井、管段、泵、水池、出水口、和汇水区，其中检查井、水池 和出水口数据层为点层数据，管段和泵数据层为线层数据，汇水区为面层数据。然后在各 数据层中添加对应的属性字段，检查井数据层字段有X坐标、Y坐标、编号、井底高程、 井深、初始水深、入流、超载深度、积水面积；管段数据层字段有InX、InY、OutX、OutY、 编号、进水节点、出水节点、长度、形状、直径、渠宽、粗糙系数、进水偏移、出水偏移 初始流量、最大流量；泵数据层字段有InX、InY、OutX、OutY、编号、进水节点、出水 节点、曲线编号、初始状态、开启深度、关闭深度；水池数据层字段有X坐标、Y坐标、 编号、底部高程、最大水深、初始水深、积水面积、曲线类型、曲线编号；出水口数据层 字段有X坐标、Y坐标、编号、地面高程、底部高程、排放类型、防潮门；汇水区数据层 字段有编号、雨量计编号、出水口、面积、人口密度、不透水区百分比、宽度、坡度。

(2)录入排水管网模型数据；

在GIS中将排水管网模型的图形数据和属性数据录入到第一步所创建的各排水管网模 型数据层中。

(3)生成Inp文件

通过本专利构建GIS模型数据库与Inp文件之间的对应关系，自动生成Inp文件。其 对应关系为在Inp文件中的[SUBCATCHMENTS]栏中的Name、Raingage、Outlet、Total Area、Pcnt.Imperv、Width、Pcnt.Slope、分别对应GIS数据库汇水面积数据层的编号、雨 量计编号、出水口、面积、不透水区百分比、宽度、坡度字段；在[SUBAREAS]栏中的 Subcatchment对应GIS数据库汇水面积数据层的编号字段，N-Imperv、N-Perv、S-Imperv、 S-Perv、PctZero和RouteTo均设定为SWMM模型默认值0.04、0.10、0.05、0.05、25和 OUTLET；在[INFILTRATION]栏中的Subcatchment对应GIS数据库汇水面积数据层的编 号字段，MaxRate、MinRate、Decay、DryTime和MaxInfil均设定为默认值0.7、0.3、4.14、 0.50和0；在[JUNCTIONS]栏中的Name、InvertElev.、Max.Depth、Init.Depth、Surcharge Depth、和PondedArea分别对应GIS数据库检查井数据层的编号、井底高程、井深、初始 水深、超载深度和积水面积字段；在[OUTFALLS]栏中的Name、InvertElev.、OutfallType、 TideGate分别对应GIS数据库出水口数据层的编号、底部高程、排放类型、防潮门字段； 在[STORAGE]栏中的Name、InvertElev.、Max.Depth、Init.Depth、StorageCurve、Curve Params和PondedArea分别对应GIS数据库水池数据层的编号、底部高程、最大水深、初 始水深、曲线类型、曲线编号和积水面积字段；在[CONDUITS]栏中的Name、InletNode、 OutletNode、Length、ManningN、InletOffset、OutletOffset、Init.Flow和Max.Flow分别 对应GIS数据库管段数据层的编号、进水节点、出水节点、长度、粗糙系数、进水偏移、 出水偏移、初始流量和最大流量字段；在[PUMPS]栏中的Name、InletNode、OutletNode、 PumpCurve、Init.Status、StartupDepth和ShutoffDepth分别对应GIS数据库泵数据层的 编号、进水节点、出水节点、曲线编号、初始状态、开启深度和关闭深度字段；在[XSECTIONS] 栏中的Link、Shape、Geom1和Geom2分别对应GIS数据库管段数据层的编号、形状、直 径和渠宽，Geom3、Geom4和Barrels分别设为默认值0、0和1；在[COORDINATES]栏 中的Node、X-Coord和Y-Coord分别对应GIS数据库检查井数据层的编号、X坐标和Y 坐标。

本发明所述基于GIS模型数据库的SWMM水力模型输入文件Inp文件生成方法的有 益效果主要体现在：

1.采用本发明所述的方法，无需在SWMM平台进行复杂的排水管网模型数据处理工 作，只需在GIS平台构建排水管网模型各数据层，并将排水管网模型的图形数据和属性数 据录入到GIS数据库各数据层的各字段，充分利用了在GIS平台处理模型数据的优点。

2.本专利所述方法具有可操作性，无需进行复杂的程序编写，只需借助现有的软件 即可完成各个步骤，通过本专利所构建GIS模型数据库与Inp文件之间的对应关系，自动 生成SWMM模型输入文件Inp文件，操作简易，容易实现，保证了本专利的可实施性。

附图说明：

图1为本发明工作的流程示意图。

具体实施方式：

本发明的具体实施流程如图1所示，包括以下步骤：

(1)创建排水管网模型各数据层(shapefile)文件；

根据构建水力模型的需求，在ArcGIS中创建排水管网模型各数据层的文件Shapfile 文件，包括检查井、管段、泵、水池、出水口、和汇水区，其中检查井、水池、出水口数 据层为点层数据，管段、泵数据层为线层数据，汇水区为面层数据。

(2)添加各数据层属性字段；

在各数据层中添加对应的属性字段，检查井数据层字段有X坐标、Y坐标、编号、井 底高程、井深、初始水深、入流、超载深度、积水面积；管段数据层字段有InX、InY、 OutX、OutY、编号、进水节点、出水节点、长度、形状、直径、渠宽、粗糙系数、进水偏 移、出水偏移初始流量、最大流量；泵数据层字段有InX、InY、OutX、OutY、编号、进 水节点、出水节点、曲线编号、初始状态、开启深度、关闭深度；水池数据层字段有X坐 标、Y坐标、编号、底部高程、最大水深、初始水深、积水面积、曲线类型、曲线编号； 出水口数据层字段有X坐标、Y坐标、编号、地面高程、底部高程、排放类型、防潮门； 汇水区数据层字段有编号、雨量计编号、出水口、面积、人口密度、不透水区百分比、宽 度、坡度。

(3)录入排水管网模型数据；

将排水管网模型数据录入到上述步骤所构建的GIS数据层中，包括图形数据和属性数 据。

(3)生成Inp文件

按照GIS模型数据库与Inp文件之间的对应关系自动构建SWMM模型输入文件Inp 文件。其对应关系具体为在Inp文件中的[SUBCATCHMENTS]栏中的Name、Raingage、 Outlet、TotalArea、Pcnt.Imperv、Width、Pcnt.Slope、分别对应GIS数据库汇水面积数据 层的编号、雨量计编号、出水口、面积、不透水区百分比、宽度、坡度字段；在[SUBAREAS] 栏中的Subcatchment对应GIS数据库汇水面积数据层的编号字段，N-Imperv、N-Perv、 S-Imperv、S-Perv、PctZero和RouteTo均设定为SWMM模型默认值0.04、0.10、0.05、0.05、 25和OUTLET；在[INFILTRATION]栏中的Subcatchment对应GIS数据库汇水面积数据层 的编号字段，MaxRate、MinRate、Decay、DryTime和MaxInfil均设定为默认值0.7、0.3、 4.14、0.50和0；在[JUNCTIONS]栏中的Name、InvertElev.、Max.Depth、Init.Depth、Surcharge Depth、和PondedArea分别对应GIS数据库检查井数据层的编号、井底高程、井深、初始 水深、超载深度和积水面积字段；在[OUTFALLS]栏中的Name、InvertElev.、OutfallType、 TideGate分别对应GIS数据库出水口数据层的编号、底部高程、排放类型、防潮门字段； 在[STORAGE]栏中的Name、InvertElev.、Max.Depth、Init.Depth、StorageCurve、Curve Params和PondedArea分别对应GIS数据库水池数据层的编号、底部高程、最大水深、初 始水深、曲线类型、曲线编号和积水面积字段；在[CONDUITS]栏中的Name、InletNode、 OutletNode、Length、ManningN、InletOffset、OutletOffset、Init.Flow和Max.Flow分别 对应GIS数据库管段数据层的编号、进水节点、出水节点、长度、粗糙系数、进水偏移、 出水偏移、初始流量和最大流量字段；在[PUMPS]栏中的Name、InletNode、OutletNode、 PumpCurve、Init.Status、StartupDepth和ShutoffDepth分别对应GIS数据库泵数据层的 编号、进水节点、出水节点、曲线编号、初始状态、开启深度和关闭深度字段；在[XSECTIONS] 栏中的Link、Shape、Geom1和Geom2分别对应GIS数据库管段数据层的编号、形状、直 径和渠宽，Geom3、Geom4和Barrels分别设为默认值0、0和1；在[COORDINATES]栏 的Node、X-Coord和Y-Coord分别对应GIS数据库检查井数据层的编号、X坐标和Y坐 标。