7.1项目简介
城市排水系统日益复杂化和系统化，“源-网-厂-河”一体化的运行体系已经形成，模型是解决复杂系统问题的关键技术手段。城市水系统控制仿真模型软件（Simuwater）立足于华北院多年水环境治理经验和国内外排水系统模拟发展最新技术和理念开发的分布式水文、水力和水质模拟模型（图4-1），可实现源-网-厂-河耦合模拟，不同模拟原理的混合应用，解决常用模拟软件模拟效率低、耦合程度差、数据需求量大，无法满足排水系统一体化模拟的问题。
经科技成果鉴定，由马军院士为组长的专家组一致认为该科技成果达到国际先进水平。
图1 城市水系统控制仿真模型软件（Simuwater）界面图、总体架构图
7.2主要技术内容
1.创新点
城市水系统控制仿真模型软件（Simuwater）旨在实现“辅助设计+优化控制”两大核心功能，服务于规划设计阶段的建设方案、设施规模方案和运行策略优化比选，以及运行阶段的实时优化策略制定和执行，围绕上述核心功能，Simuwater具备以下创新点：
（1）混合模型搭建：对不同设施或系统自由选择机理或概化模型建模方式
Simuwater通过将多种排水系统设施相关模拟原理（例如非线性水库法、马斯京根法、曼宁公式法、CSTR反应器法等）集成，实现同一模型文件下多种模拟方式及SWMM模型动态耦合应用，平衡模拟速度和精度，使用户能够自由选取模拟原理。
（2）源-网-厂-河耦合模拟：一体化模拟排水系统“源头-过程-末端”全部设施和系统
Simuwater可以模拟包含汇水区、LID、城市雨污水管道、水体、泵站、调蓄池等水循环系统的连续动态仿真模拟，可模拟降雨径流、面源冲刷、管网水力传输、污染物降解等过程，实现“源-网-厂-河 ”水质水量的综合模拟。
（3）实时优化控制：根据实时运行模拟值、目标方程和约束条件，动态高速制定实时优化方案，实现优化运行模拟
Simuwater通过提取所需设施实时状态值，设定泵、堰、管道等可控设施的优化变量，设置设施或系统的限制条件函数，建立多目标优化方程，利用内置耦合的优化算法（遗传算法）求解实时优化值（单步长优化可实现秒级运算），并将优化值返回至运行/模拟系统中，完成控制时间步长内的实时优化控制。
（4）辅助优化设计：分析设计方案的规模（能力）对设计目标的影响，辅助设计人员进行工程方案比选
Simuwater通过内置的优化算法与辅助设计模块，通过根据待优化设施的规模（能力）变化范围，以建设目标为导向，模拟绘制成本效益曲线，帮助设计人员选定最佳方案规模（能力）范围。
2.应用情况
城市水系统控制仿真模型软件（Simuwater）已经在中国市政工程华北设计研究总院有限公司全面应用，同时在廊坊市城乡规划设计院、北京城市排水集团、中山水汇生态环境有限公司的多个项目也进行了应用。目前本项技术设计成果在深圳大沙河、镇江、长春、重庆、昆明、都江堰、咸宁等地水环境治理项目当中都已经开始前期工作，成果推广应用前景良好。
3.经济、社会效益情况
城市水系统控制仿真模型软件（Simuwater）在已应用项目上作用突出，显著地提升了排水系统的设计、运行及控制的智慧化程度，得到了广泛的认可。随着该软件的公开发布、持续性地推广，以及在众多项目中发挥日益重要的作用，其市场需求和经济效益将得到充分地释放。