水力模型三款常用软件概述：EPANET2.2、EPANET 中文版与 WaterDesk
目录
一、前言
1、水力模型的国内外研究背景
水力模型是水务管理与水利工程领域的核心技术工具，其核心原理基于质量守恒与能量守恒两大基本定律，以圣维南方程组等经典理论为基础，通过数值模拟方法复刻水流运动规律，为工程实践提供科学支撑。从国际研究来看，欧美等发达国家的水力模型研究起步较早，经历了从古典物理试验、图解法到现代数值模拟的渐进式发展，形成了成熟的理论体系与软件工具，美国环境保护署（USEPA）、丹麦水力研究所（DHI）等机构主导开发了多款通用性强、功能完善的水力模型软件，广泛应用于供水管网、河网等场景的精细化管理，核心聚焦于“用好”现有水利设施，实现运行效率优化与安全保障。
国内研究起步相对较晚，但发展迅猛，伴随我国水利基建的快速推进，逐步完成了从“建好”到“用好”的转型，水力模型成为智慧水务建设的核心支撑。目前，国内研究主要围绕本土应用场景适配、模型精度提升、多源数据融合（如GIS、SCADA数据）等方向展开，一方面引进国际成熟软件进行二次开发与应用，另一方面自主研发贴合国内水务需求的模型工具，形成了“引进吸收+自主创新”的发展格局，逐步缩小与国际先进水平的差距，推动水力模型在市政供水、防洪排涝、水环境治理等领域的规模化应用。
2、水力模型的应用场景
水力模型的应用场景覆盖水利工程、市政水务、水环境治理等多个领域，核心是通过模拟水流运动特性，为工程设计、运行管理、应急处置提供科学依据，具体可分为以下几类：
在供水管网领域，水力模型可用于管网拓扑梳理、压力与流量分布模拟、水质安全评估，以及管网泄漏检测、泵站调度优化等，帮助水务企业降低产销差、保障供水安全，是现代供水管网精细化管理的核心工具；
在市政排水与防洪领域，可模拟雨水管网的汇流过程、内涝风险，结合不同降雨情景优化排水系统设计，为城市内涝防治提供技术支撑，同时可根据模拟精细程度（框架模型、分区模型、精细模型），适配城市总体规划、专项研究、详细设计等不同层面的需求；
在水环境治理领域，可结合水质模型，模拟污染物扩散路径、余氯衰减等过程，评估治理方案效果，为流域水环境修复、污水排放管控提供决策支持；
此外，在水利工程规划设计、山区河流水动力模拟、灌区调度等场景中，水力模型也发挥着重要作用，可提前预判工程运行效果，优化设计方案，降低工程成本与运行风险。
3、水力模型的需求
随着智慧水务、精细化水利管理理念的普及，行业对水力模型的需求呈现出多元化、精准化、高效化的趋势。从工程实践角度来看，首先需要模型具备较高的计算精度，能够准确复刻实际水流运动规律，满足不同场景下的模拟需求，如供水管网的稳态与瞬态模拟、山区河流的复杂水动力模拟等，这就要求模型能够精准适配不同的边界条件与参数设置，降低模拟误差；其次，需要模型具备良好的易用性与兼容性，能够适配不同格式的数据（如INP、SHP、Excel等），支持多源数据（GIS、SCADA、远传水表数据）的导入与融合，简化模型构建与维护流程，降低技术门槛，满足不同专业水平使用者的需求；再次，需要模型具备丰富的功能模块，能够覆盖管网构建、在线分析、调度优化、规划模拟等全流程需求，同时支持二次开发，适配个性化应用场景，如自定义模拟算法、扩展功能模块等；最后，针对国内用户，对中文界面、本土化适配的需求日益提升，需要软件能够贴合国内水务管理的实际流程，解决国际软件在中文显示、本土场景适配等方面的不足，提升使用效率与体验感。
4、EPANET模型简介
EPANET模型是目前水力模型领域应用最广泛的开源模型体系之一，由美国环境保护署（USEPA）主导研发与维护，其发展历程贯穿水力模型数值模拟技术的成熟过程，也是后续多款衍生模型、汉化模型的基础原型。该模型核心聚焦于供水管网的水力与水质模拟，以水力学基本定律为核心，整合了稳态、瞬态水力计算与水质模拟功能，能够精准复刻供水管网内水流运动、污染物扩散的基本规律，为供水管网的设计、运行、优化提供科学的数值支撑。
EPANET模型的核心价值在于开源性与通用性，其源代码公开可查，支持全球开发者进行二次开发与功能扩展，逐步形成了完善的模型生态，衍生出多个版本与适配工具，EPANET2.2作为其核心稳定版本，是目前科研、工程实践中应用最广泛的版本。该模型不仅具备基础的管网水力计算功能，还支持余氯衰减、水龄计算、污染物追踪等水质模拟功能，适配不同规模、不同复杂度的供水管网场景，既可以用于小型管网的基础模拟分析，也能够支撑大型市政供水管网的精细化模拟与优化调度。
作为水力模型领域的开源标杆，EPANET模型不仅推动了水力模拟技术的普及与发展，也为国内水力模型的研究与应用提供了重要的技术参考，国内多款汉化版本、适配版本均以EPANET模型为基础，结合本土需求进行优化升级，使其更贴合国内供水管网的管理场景，成为连接国际先进技术与国内工程实践的重要载体。
二、水力模型的功能简介
1、供水管网构建
供水管网构建是水力模型的基础功能，核心是通过软件工具复刻实际供水管网的拓扑结构与基础参数，为后续模拟分析提供载体。该功能主要包括管网元素的创建与编辑，可添加管道、节点、泵站、阀门、储水罐等各类供水管网组件，设置组件的基础参数（如管道直径、长度、粗糙度，泵站扬程、流量，储水罐容积等），同时支持管网拓扑检查，自动识别拓扑错误（如节点孤立、管道交叉等），确保管网结构的合理性与准确性。部分先进软件还具备管网简化、数据推断功能，可根据GIS数据自动生成管网模型，支持新旧GIS数据的差分更新，批量处理管网拓扑的新增、删除与更改，大幅提升模型构建与维护的效率，减少人工操作成本，确保模型与实际管网现状保持一致。此外，还支持模型的导入与导出，方便不同软件间的模型共享与二次编辑，适配多场景应用需求。
2、在线分析
在线分析是水力模型的核心应用功能，聚焦于实时监测与动态分析管网运行状态，为运行管理提供即时决策支持。该功能可结合SCADA等实时监测数据，在线跟踪供水管网的水力运行状态，实时计算并展示管道流量、压降、流速，以及节点压力、水质参数等关键指标，直观呈现管网运行现状，及时发现运行异常（如压力过高/过低、流量异常波动等）。同时，支持历史数据查询与对比分析，可追溯不同时段的管网运行状态，分析运行趋势，为管网故障诊断、运行优化提供数据支撑。部分软件还具备水质在线分析功能，可模拟污染物传播路径、水龄变化、消毒副产物生成等过程，实时评估供水水质安全，为水质管控提供技术依据，助力提前预判潜在水质风险并采取应对措施。
3、分析调度
分析调度功能主要用于供水管网的运行优化，通过模拟不同调度方案的运行效果，筛选最优调度策略，实现节能降耗、保障供水安全的目标。该功能可模拟不同工况（如高峰用水、低峰用水、设备故障、应急抢修等）下的管网运行状态，分析不同调度方案（如泵站运行频率调整、阀门开度调节、储水罐供水时序优化等）对管网压力、流量的影响，评估调度方案的可行性与合理性。通过多方案对比，可筛选出最优调度策略，指导实际运行调度，降低泵站能耗，减少管网泄漏风险，确保管网压力稳定、流量均衡，提升供水可靠性。部分软件还引入机器学习算法，基于历史用水数据识别用户用水模式，预测用水需求，为精准调度提供支撑，进一步提升调度优化的科学性与合理性。
ID 水量 模式 分区水量模式 用水比例 类别 节点ID 描述 标签 备注1 备注2 备注3 备注4 备注5 备注6 备注7 备注8 备注9 备注10 M00001 48.1182792261904 医院 1 J00002 医院 M00111 17.804888888889 System_西分区 1 J00004 居民 M00112 17.4911111111111 System_西分区 1 J00004 居民 M00007 31.9552685889525 商场 1 J00004 商场 M00174 14.0657777777778 System_西分区 1 J00006 居民 M00173 14.0711111111111 System_西分区 1 J00007 居民 M00109 18.2706666666667 System_西分区 1 J00007 居民 M00018 20.3208600699049 System_西分区 1 J00007 居民 M00020 19.8352686755237 System_西分区 1 J00007 居民 M00021 19.4077417968571 System_西分区 1 J00007 居民 M00137 16.0937777777778 System_西分区 1 J00008 居民 M00107 18.6657777777778 System_西分区 1 J00008 居民 M00098 20.4075555555556 System_西分区 1 J00008 居民 M00101 19.7235555555556 System_西分区 1 J00008 居民 M00103 19.5195555555556 System_西分区 1 J00009 居民 M00105 18.9382222222222 System_西分区 1 J00009 居民 M00106 18.7155555555556 System_西分区 1 J00009 居民 M00138 22.4323555555556 System_东分区 1 J00010 居民 M00100 27.8369777777778 System_东分区 1 J00010 居民 M00142 40.5290666666667 System_东分区 1 J00011 居民 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System_东分区 1 J00078 居民 M00022 19.3509676037143 System_西分区 1 J00080 居民 M00023 19.3002149159049 System_西分区 1 J00080 居民 M00024 18.9612901871428 System_西分区 1 J00080 居民 M00135 16.2066666666667 System_西分区 1 J00081 居民 M00134 16.244 System_西分区 1 J00081 居民 M00133 16.3853333333333 System_西分区 1 J00081 居民 M00131 16.4413333333333 System_西分区 1 J00081 居民 M00034 16.233118163619 System_西分区 1 J00082 居民 M00030 17.6129031 System_西分区 1 J00082 居民 M00031 17.5346235306667 System_西分区 1 J00082 居民 M00032 17.1518278344763 System_西分区 1 J00082 居民 M00033 16.6653762250476 System_西分区 1 J00082 居民 M00132 16.4115555555556 System_西分区 1 J00084 居民 M00171 14.3297777777778 System_西分区 1 J00084 居民 M00006 32 商场 1 J00085 商场 M00110 18.0257777777778 System_西分区 1 J00086 居民 M00108 18.5688888888889 System_西分区 1 J00087 居民 M00009 27.6744084044762 System_西分区 1 J00087 居民 M00010 26.88 System_西分区 1 J00087 居民 M00045 20.2659783498667 System_东分区 1 J00089 居民 M00046 20.1883009310667 System_东分区 1 J00089 居民 M00102 27.5445333333333 System_东分区 1 J00089 居民 M00194 22.4 System_东分区 1 J00090 居民 M00195 22.4 System_东分区 1 J00090 居民 M00196 22.4 System_东分区 1 J00090 居民 M00198 22.4 System_东分区 1 J00090 居民 M00154 85.9960888888892 System_东分区 1 J00091 居民 M00197 44.8 System_东分区 1 J00091 居民 M00055 34.9259352344 System_东分区 1 J00091 居民 M00152 86.6033777777778 System_东分区 1 J00092 居民 M00199 44.8 System_东分区 1 J00092 居民 M00056 69.7555263834667 System_东分区 1 J00092 居民 M00150 86.8597333333333 System_东分区 1 J00093 居民 M00151 86.8572444444444 System_东分区 1 J00093 居民 M00160 84.047288888889 System_东分区 1 J00093 居民 M00062 67.1108812410667 System_东分区 1 J00093 居民 M00063 65.9956984533335 System_东分区 1 J00093 居民 M00064 65.5838274885332 System_东分区 1 J00093 居民 M00200 22.4 System_东分区 1 J00094 居民 M00201 22.4 System_东分区 1 J00094 居民 M00065 32.7268814866667 System_东分区 1 J00094 居民 M00191 89.6 商场 1 J00094 商场 M00094 57.8392888888889 System_东分区 1 J00095 居民 M00147 21.7784 System_东分区 1 J00096 居民 M00104 26.6161777777778 System_东分区 1 J00097 居民 M00143 22.0304 System_东分区 1 J00098 居民 M00144 21.952 System_东分区 1 J00098 居民 M00145 21.7958222222222 System_东分区 1 J00099 居民 M00146 21.7796444444444 System_东分区 1 J00099 居民 M00169 20.1257777777778 System_东分区 1 J00100 居民 M00170 20.1257777777778 System_东分区 1 J00100 居民 M00025 25.9966449756 System_东分区 1 J00100 居民 M00026 25.8166019661333 System_东分区 1 J00100 居民 M00096 28.7317333333333 System_东分区 1 J00100 居民 M00188 13.6222222222222 System_西分区 1 J00101 居民 M00189 13.5617777777778 System_西分区 1 J00101 居民 M00187 13.6404444444444 System_西分区 1 J00101 居民 M00186 13.6488888888889 System_西分区 1 J00101 居民 M00165 20.7567111111111 System_东分区 1 J00102 居民 M00166 20.4406222222222 System_东分区 1 J00102 居民 M00167 20.3591111111111 System_东分区 1 J00102 居民 M00088 59.9200000000001 System_东分区 1 J00103 居民 M00089 59.4595555555556 System_东分区 1 J00103 居民 M00087 60.813511111111 医院 1 J00103 医院 M00090 58.6158222222222 System_东分区 1 J00104 居民 M00130 16.4484444444444 System_西分区 1 J00124 居民 M00053 35.966451356 System_东分区 1 J00137_A 居民 M00054 35.8966018941333 System_东分区 1 J00137_A 居民 M00214 41.216 System_东分区 1 J00139 居民 M00212 22.4 System_东分区 1 J00140_A 居民 M00042 42.3600857189333 System_东分区 1 J00140_A 居民 M00043 20.9831396350667 System_东分区 1 J00140_A 居民 M00148 21.7771555555556 System_东分区 1 J00141_A 居民 M00149 43.4572444444444 System_东分区 1 J00141_A 居民 M00211 22.4 System_东分区 1 J00141_A 居民 M00202 22.4 System_东分区 1 J00141_A 居民 M00041 42.7153545336 System_东分区 1 J00141_A 居民 M00175 14.0453333333333 System_西分区 1 J00150 居民 M00176 14.0017777777778 System_西分区 1 J00150 居民 M00179 13.7906666666667 System_西分区 1 J00151 居民 M00180 13.7524444444445 System_西分区 1 J00151 居民 M00038 22.0194407029333 System_东分区 1 J00158_A 居民 M00039 21.9327310261333 System_东分区 1 J00158_A 居民 M00040 21.7273976942667 System_东分区 1 J00158_A 居民 M00153 86.2947555555556 System_东分区 1 J00165 居民 M00080 66.2952888888889 System_东分区 1 J00170 居民 M00078 67.2572444444444 System_东分区 1 J00170 居民 M00164 37.9319111111112 System_东分区 1 J00171 居民 M00213 22.4 System_东分区 1 J00175 居民 M00129 16.4671111111111 System_西分区 1 J00185 居民 M00128 16.6328888888889 System_西分区 1 J00186 居民 M00172 14.1248888888889 System_西分区 1 J00207 居民 M00044 20.6796557662667 System_东分区 1 J00208 居民 M00206 44.8 System_东分区 1 J00210 居民 M00207 44.8 System_东分区 1 J00210 居民 M00091 58.5025777777779 System_东分区 1 J00211 居民 M00047 34.0516126344 System_东分区 1 J00213 居民 M00014 24.1058062794286 System_西分区 1 J00288 居民
4、规划模拟
规划模拟功能主要用于供水管网的规划设计与改造升级，通过模拟不同规划方案的实施效果，为规划决策提供科学依据，避免盲目建设。该功能可模拟管网扩建、改造（如新增管道、更换管道、新增泵站等）、水源调整、用水负荷增长等场景下的管网运行状态，分析规划方案对管网水力特性、供水能力的影响，评估方案的技术可行性与经济合理性，如管网承载能力、投资成本、运行能耗等指标的对比分析。同时，可结合城市发展规划，模拟未来不同时期的管网运行需求，优化规划方案，确保管网建设与城市发展相适配，提升管网的长期运行效益。根据模拟精细程度的不同，可适配框架模型（城市总体规划）、分区模型（专项规划）、精细模型（详细设计）等不同规划层面的需求，为不同阶段的规划工作提供精准支撑。
三、常见水力模型软件
1、EPANET2.2
EPANET2.2是由美国环境保护署（USEPA）开发的开源水力模型软件，主要用于供水管网的水力与水质模拟，是目前国际上应用最广泛的开源水力模型工具之一，具有免费、开源、功能稳定等特点，适用于科研、教学及工程实践等多种场景。该软件基于水力学基本原理，支持供水管网的稳态与瞬态模拟，核心功能涵盖管网构建、水力分析、水质模拟、调度优化等，可精准计算管网节点压力、管道流量、流速等水力参数，同时支持污染物传播、余氯衰减、水龄计算等水质模拟功能，为供水安全评估提供支撑。
EPANET2.2的优势在于开源性强，用户可根据自身需求对源代码进行二次开发，扩展功能模块，适配个性化应用场景；同时，其计算精度较高，能够满足大多数供水管网模拟的需求，且支持多种求解器选项，可根据具体场景选择合适的数值方法，提升计算效率与准确性。此外，该软件支持INP等标准模型格式，兼容性强，可与其他水力模型软件、GIS软件进行数据交互。其不足在于界面为英文，对中文用户的友好度较低，操作流程相对繁琐，需要用户具备一定的水力学基础与软件操作能力；同时，其功能主要聚焦于供水管网模拟，在复杂河网、防洪排涝等场景的适配性较差，且缺乏本土化的功能适配与技术支持。
2、EPANET 中文版
EPANET 中文版是在EPANET开源版本（含2.2版本）的基础上，由国内开发者进行汉化与简单适配后的版本，核心功能与EPANET开源版本保持一致，主要针对中文用户的使用习惯进行了界面汉化与部分操作优化，本质上仍属于EPANET系列软件的衍生版本，无核心功能的新增与重大修改，同样聚焦于供水管网的水力与水质模拟。上海同济大学对此模拟软件进行了翻译和汉化，官网地址如下：
图片来源：同济大学给水排水官网。
功能列表：
EPANETH提供了先进的水力分析引擎，具有以下功能： 1）对管网规模未加限制； 2）可利用 Hazen-Williams, Darcy-Weisbach 或Chezy-Manning 公式计算摩擦水头损失； 3）包含了弯头、附件等处的局部水头损失计算； 4）可模拟恒速和变速水泵； 5）可进行水泵提升能量和成本分析； 6）可模拟各种类型的阀门，包括隔断阀、止回阀、调压阀和流量控制阀； 7）允许包含各种形状的蓄水池（即直径可以随高度变化）； 8）考虑节点多需水量类型，每一节点可具有自己的时变模式； 9）可模拟依赖于压力的流量，例如扩散器（喷头水头）； 10）系统运行能够基于简单水池水位或者计时器控制，以及基于规则的复杂控制。 另外，EPANETH还提供了以下水质模拟能力： 1）模拟管网中非反应性示踪剂随时间的运动； 2）模拟反应物质的运动变化，它可以随时间增长（例如消毒副产物）或者降低（例如余氯）； 3）模拟整个管网的水龄； 4）跟踪从已知节点来的水流百分比； 5）模拟主流水体和管壁处的反应； 6）利用 n 级反应动力学模拟主流水体中的反应； 7）利用零级或者一级反应动力学模拟管壁处的反应； 8）模拟管壁处的反应时可考虑质量转移限值； 9）允许持续达到一个极限浓度的增长或者衰减反应； 10）利用全局反应速率系数，可在单管道基础上纠正； 11）允许管网中任何位置的时间变化浓度或者质量输入； 12）将蓄水池作为完全混合、柱塞流或者双室反应器进行模拟。 通过利用这些特性，EPANETH 能够研究以下水质现象： 1）不同水源来水的混合； 2）整个系统的水龄； 3）余氯的损失； 4）消毒副产物的增长； 5）污染事件跟踪。
相比于EPANET，同济大学的汉化版软件其核心优势在于界面为中文，操作提示、参数设置等均为中文显示，大幅降低了中文用户的学习门槛与操作难度，无需熟悉英文界面即可快速上手，更贴合国内用户的使用习惯；同时，保留了EPANET开源版本的全部核心功能，如管网构建、水力分析、水质模拟、二次开发等，可满足大多数中文用户的工程实践与科研需求，且同样具备免费、开源的特点，无需支付软件费用。其不足在于未针对国内供水管网的实际场景进行深度适配，在多源数据融合、本土化调度优化等方面的功能较为薄弱，且缺乏专业的技术支持与版本更新维护，相较于国际开源版本，功能迭代速度较慢。
3、WaterDesk
WaterDesk是一款聚焦国内水务应用场景的国产桌面端水力模型软件，由上海慧水科技有限公司开发的一款桌面端离线水力模型构建软件，waterdesk介绍地址，核心定位为供水管网模型的构建、维护与分析，相较于EPANET系列软件，更贴合国内水务管理的实际需求，具备较强的本土化适配能力，适用于国内水务企业、工程设计单位的日常运行管理与规划设计工作。该软件集成了强大的建模工具，核心功能涵盖管网构建、拓扑更新、水力分析、调度优化、模型管理等，支持多源数据（GIS、SCADA、Excel、远传水表数据等）的导入与融合，能够实现管网模型的快速构建与高效维护。
WaterDesk的核心优势在于本土化适配性强，界面为中文，操作流程贴合国内水务管理习惯，且针对国内管网模型维护的痛点，开发了管网拓扑更新、水量分配更新等特色功能，可实现GIS数据的差分更新，批量处理管网拓扑变更，结合远传水表、DMA分区数据优化水量分配，大幅提升模型维护效率与精度，解决了传统模型与实际管网数据偏差过大的问题。同时，该软件支持调度运行评估优化、水质分析等功能，引入智能AI助手，可实时解答用户操作疑问，降低学习门槛；此外，具备完善的模型管理功能，采用高强度加密技术，保障模型数据安全，支持模型的上传、下载与协同维护，适配企业级应用需求。其不足在于，该软件为商业软件，需要支付一定的使用费用，相较于EPANET系列的开源软件，成本较高；同时，其应用范围主要聚焦于供水管网，在复杂河网、水环境治理等场景的应用较为有限，功能覆盖范围不如国际成熟商业软件全面。
四、总结
水力模型作为智慧水务、精细化水利管理的核心工具，在供水管网、水环境治理、水利工程规划等领域发挥着不可替代的作用，其功能覆盖管网构建、在线分析、调度优化、规划模拟等全流程，能够为工程实践提供科学、精准的决策支持，推动水利工程从“经验管理”向“科学管理”转型，助力实现节能降耗、保障供水安全、提升工程效益的目标。
本文重点介绍的三款常用水力模型软件——EPANET2.2、EPANET 中文版与WaterDesk，各有优劣，适配不同的用户需求与应用场景。EPANET2.2作为开源标杆软件，功能稳定、计算精度高、可二次开发，适合具备一定水力学基础与编程能力的科研人员、工程技术人员，用于科研、教学及复杂供水管网的深度分析；EPANET 中文版依托EPANET的核心功能，通过界面汉化降低了中文用户的使用门槛，适合对软件操作要求不高、需要快速上手的中文用户，用于日常工程实践中的基础模拟分析；WaterDesk作为国产商业软件，本土化适配性强、操作便捷、特色功能突出，适合国内水务企业、工程设计单位，用于供水管网的日常运行管理、模型维护与规划设计，能够有效解决国内管网模型维护的核心痛点。
在实际应用中，用户应根据自身的技术水平、应用场景（如科研、工程实践、企业管理）、预算成本等因素，合理选择合适的水力模型软件；同时，随着智慧水利技术的不断发展，水力模型软件正朝着多源数据融合、智能化、本土化的方向发展，未来将进一步提升模型精度与易用性，拓展应用场景，为水利工程的高质量发展提供更加强有力的技术支撑。此外，无论选择哪款软件，都需要结合水力学基本原理与实际工程场景，合理设置模型参数、校核模型精度，才能确保模拟结果的科学性与可靠性，真正发挥水力模型的应用价值。行文仓促，定有不足之处，欢迎各位朋友在评论区批评指正，不胜感激。
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