SWMM中间歇性供水系统建模的关键技术评述与Python工具包推荐

这篇综述系统评述了间歇性供水系统(IWS)在暴雨管理模型(SWMM)中的建模方法，提出了可重复性建模框架SWMMIN，并开发了配套Python工具包GOSWMMIN。文章通过>1000次仿真验证了40-200 m/s解算速度下的数值稳定性，为全球10亿IWS用户的服务质量优化提供了标准化建模方案。

　　

间歇性供水系统(IWS)的建模挑战与创新解决方案

摘要揭示全球20%的管道供水用户依赖IWS系统，但现有开源水力建模软件难以准确表征其特有的水力特征。研究团队通过系统分析文献，提出了可重复的SWMMIN建模方法，并开发自动化Python工具包GOSWMMIN，显著提升了模型的数值稳定性和质量守恒特性。

关键建模技术突破

压力依赖取水(PDW)的精确表征

采用改进的Wagner公式Q_with=K_w(P-P_min)²建立出口链接，通过深度或压力评级曲线实现。当储水箱水位接近满容量时，引入连续衰减的传导系数C_tank模拟浮阀效应，避免传统SWMM默认的溢流行为。实验数据显示该方法可将用户取水预测误差控制在5%以内。

用户储水与消耗的动态耦合

创新性地将传统连续供水(CWS)的需求过程分解为取水-储存-消耗三阶段。储水箱配置1m高度，通过出口-排放口组合实现时间变化消耗率Q_cons，当水位低于0.01m时自动启动线性衰减机制，确保质量守恒。

管网水力特性的优化表征

推荐采用力主管道截面类型，Manning系数设为0.011(PVC管)，最小节点表面积设为0.001m²以控制虚拟容量。对比分析表明，EXTRA算法比Slot方法更适用于IWS模拟，后者会高估40%的管网存储能力。

数值稳定性关键发现

空间离散化与噪声控制

通过线性网络和Modena网络的1056组仿真证实：将管道长度L_pipe离散为50倍管径(如10m/300mm管)可平衡计算效率与精度。当解算速度V_sol=L_mean/Δt维持在40-200m/s时，连续性误差可控制在1%以下，较Roesner推荐标准提升10倍稳定性。

时间步长的黄金区间

发现存在"Goldilocks zone"现象：时间步长Δt过小(<0.1s)会放大填充阶段的压力尖峰，而过大(>10s)导致质量不守恒。最佳实践是启用可变步长调整(0.1-1s范围)，计算耗时可减少70%同时保持收敛性。

应用工具与行业倡议

开发的GOSWMMIN工具包支持EPANET模型自动转换，内置PDW参数库和标准化报告模板。研究呼吁建立IWS建模信息披露规范，包括压力指数P_min、消耗模式[1,0.97,0.94]等12项核心参数，以促进研究可比性。

现存局限与未来方向

当前模型未考虑充水阶段的空气动力学效应(AirSWMM可部分解决)，且单次仿真需7小时(245节点)，制约了优化应用。建议通过EPANET-SWMM混合建模策略，结合现场用户行为研究提升参数可靠性。