排水管网改造与LID径流控制在城市雨洪管理中的应用和组合优化

随着绿色排水建设的推进,在现有城市排水系统基础上,研究排水管网与新型LID调控措施组合优化是一个亟待解决的现实问题。为此,提出了一种雨洪管理措施组合优化方法,基于水动力模拟软件SWMM和多目标优化算法GA进行联合求解,评估不同改造方案情境下的系统溢流量与建造费用之间的关系,研究管网改造和LID径流控制措施的个体作用和组合策略。案例研究表明,管网改造的工程经济性优于LID径流控制,采取适当的径流控制措施可帮助提高组合系统对雨洪的整体调控效果。此外,多目标优化方法的采用为两种改造措施提供了弹性的组合方案,亦对城市雨洪管理系统的建设具有一定的借鉴意义。     

潮水顶托对雨水管网的影响分析

基于SWMM模拟平台,模拟潮汐水位对雨水管网的顶托影响,分析潮汐曲线时刻表下管网排水能力。以某滨海城市小区为例,基于地理信息系统GIS和暴雨洪水管理模型SWMM构建城市排水管网与排放口海水潮汐耦合模型,对比分析潮汐出流和自由出流,比较两种情形下的检查井水位、管道充满度、管道流速。结果表明,潮汐顶托对管网排水能力的影响随潮汐水位变化,潮汐出流造成中下游检查井水位上升,管道充满度增加,流速下降甚至回流,严重影响排水能力,增加内涝风险。     

基于GIS和SWMM的城市暴雨内涝淹没模拟分析

针对暴雨导致的城市内涝淹水问题,利用地理信息系统(GIS)技术,构建了淹没分析模块,结合SWMM模型,实现了对城市暴雨内涝淹没范围和淹水深度的模拟分析。并以华南沿海某城市区域为例,进行了设计和典型暴雨条件下的模型计算。结果表明,基于GIS的淹没分析模块设计合理,计算结果较理想、可靠,能直观表现受涝区淹没范围和淹水深度,在城市排水管网规划、雨洪管理和灾后损失评估等方面具有一定的应用价值。     

城市内涝区改造措施的降雨径流模拟和评估

鉴于气候影响和城市化引起的内涝灾害频发、经济损失加剧,研究、模拟和评估城市内涝区的改造对策刻不容缓。以R市为例,基于地理信息系统QGIS和暴雨雨洪模型SWMM,构建和模拟城市排水管网改造和三种典型低影响开发(LID)措施,合理确定改造标准,结合措施的建设成本核算,综合评估措施的工程性和经济性。结果表明,排水管网的改造相比LID措施,对内涝抵抗能力的提升效果更为显著,尤其10年一遇管网改造在工程性和经济性上最优。     

上海市徐汇区暴雨径流模拟

针对城市地区产汇流特性,构建了暴雨径流分析系统预测评估灾情,并对可能出现的积水受灾做出总体分析,最大限度地降低雨洪灾害所造成的经济损失和社会影响.通过与实际雨洪过程比较验证可知,该模型的模拟精度满足要求,可动态模拟各排水片与街区的地面积水全过程,可为城市防讯决策提供多层次的信息服务和多种支持手段.     

基于LID组合措施的张家港中心城区雨洪控制效果模拟研究

针对城市化发展迅速,单一的灰色基础设施已不能满足现代化城市排水需求而造成城市内涝频频发生的问题,利用SWMM软件构建张家港中心城区排水防涝模型,并选用适合城市排水防涝计算的综合设计雨型作为模型的上边界输入,模拟现状条件和4种LID组合方案下地表径流量、溢流节点个数和超载管道个数的削减情况,分析了研究区雨洪控制效果.结果...     

城市化地区内涝风险模拟与分析

以青岛市黄岛区为例,构建SWMM城市雨洪模型,划分11个排水子区,模拟分析现状管网在不同重现期暴雨(1、5、10、20、30年一遇)下的排水过程,以积水时长、体积等为指标评估城市化地区内涝风险空间分布。结果表明,随着暴雨加剧,下垫面下渗截留对地表直接径流影响越来越小,管网排水负荷明显增加且显著影响排水效率,管网超载率越来越大;1年一遇暴雨时内涝风险相对较小,仅灵山卫、峄山排水区小范围积水;5年一遇时大量节点溢流,灵山卫、峄山、铁山、长安河、大卢河排水区为相对高危险区;10、20、30年一遇时约1/2节点溢流,以灵山卫、峄山、铁山、长安河、大卢河、豆金河排水区最严重,整体管网不能满足城市排涝。     

数学排水模型在管网养护中的应用

针对城市排水管网养护不当造成的管网排水不畅、节点溢流、管段超负荷运行得不到有效缓解等问题,以南方城市A区为研究对象,运用物联网在线监测技术对管网过载和漫溢风险问题进行分析和识别,利用数学排水模型软件模拟运算了不同设计降雨情景下管网系统运行状况,并基于监测数据和模型模拟结果制定相应的养护措施。研究结果表明,随着降雨强度的增大和降雨时间的加长,超负荷运行管段长度、节点溢流数量及溢流总量等随之增多,最初主要发生于上游的管道过载和节点溢流情况逐渐向中下游扩展;总溢流量偏大的节点和过载排水时间偏长的管段均属于重点养护对象,应在雨峰出现前后加强对各节点和管段的巡查。     

P&C雨型在城市排水计算中的适用性分析

为了分析PilgrimCordery雨型在城市排水计算中的适用性,选用江苏省沭阳县中心城区连续35年的降雨资料,分别采用PilgrimCordery法、芝加哥法推求短历时设计暴雨雨型。在分析两种雨型雨峰位置和形状差异的基础上,选用某小区作为典型区域,构建基于SWMM的小区排水模型,采用不同雨型计算小区排水流量,由模拟结果可知不同重现期下小区出水口PilgrimCordery雨型与芝加哥雨型的峰值流量和水量均相差不大,因此认为PilgrimCordery雨型与芝加哥雨型一样在城市排水计算中具有适用性,并可为其他城市短历时设计暴雨雨型分析提供参考和借鉴。     

平原河网城市管网排水能力影响因素模拟研究

我国平原河网城市的两级排涝模式常存在标准不衔接问题,致使强降雨发生时,管网系统的水力特性、排水能力受降雨强度和承泄水体水位的双重影响,涝水外排困难。为此,以苏州工业园区的市政排水系统与水利排涝系统为例,基于SWMM模拟多情景洪涝过程,分析得出河道水位在1.70～2.30 m之间时,研究区域积水的主要原因是现状管网系统自身能力不足,河道水位加剧了积水情况;当水位超过2.30 m并不断上涨时,管网系统排水能力骤减,河道水位逐渐成为制约管道过流能力、加重积水程度的主要因素,建议研究区域河道排涝控制最高水位宜在2.30～2.32 m左右。该结论可为城市河道水位调控以提高城市排水防涝能力提供参考。     

一维—二维耦合的水库下游地区洪水演进数学模型及应用

针对水库下游地区河道洪水与漫堤洪水模拟需求,建立了一维—二维耦合的洪水演进数学模型。一维模型采用Pressimann格式离散求解,二维模型采用能够适应复杂几何形状和多种流态的Osher格式求解,一维—二维连接处采用堰流公式实现水流交互。应用该模型模拟白溪流域2015年"苏迪罗"台风实际洪水,可得到洪水在计算区域的演进过程和淹没情况。对比模拟结果与实际情况可知,该模型计算合理、准确,计算结果可为防汛部门防洪预案制定、防汛调度决策提供技术支撑。     

城市内涝积水点分布模拟及治理策略初探

基于二维表面水流模型(MIKE21)结构和原理,将MIKE21模型应用于淮安市青浦区京杭大运河与里运河所包围地区,模拟特定降雨在该区域的淹没状况,基本反映出了研究区域的真实淹没情况。在此基础上,分析了城市洪涝区域淹没原因并做了治理初探,发现个别淹没区通过提高排水管网的排水能力和在淹没区附近设置合理的蓄水池均能减小淹没范围及淹没水深。     

基于SWMM模型的山前平原城市水系排涝规划

基于山前平原城市的自然地理、地貌及水系条件,运用SWMM模型,在规划土地利用条件下进行水系排涝模拟演算,计算雨量资料频率,推求5、10、20年一遇设计雨量以及时程分配。并根据下垫面情况及地形地貌对计算分区和模型进行概化,即山丘区由设计暴雨推求水库入流过程;城区和郊区产汇流及河道排涝计算采用SWMM模型。实例应用中针对各种频率的设计暴雨,通过水文水利计算,模拟城区河道流域可能的涝情,分析现状水系存在的主要问题,提出建设性对策和建议。模拟结果满足10年一遇河道排涝要求,可以为水系排涝规划和治理提供相应依据,对其他城区水系的排涝模拟也具有一定的参考价值。     

基于最大熵法的雨水排水系统灾害损失不确定性研究

快速城市化进程和全球气候变化加重了排水系统压力,导致城市内涝频繁发生,严重威胁社会经济发展和公众生命安全。为有效评估现有排水系统灾害损失,充分考虑各种不确定性因子对评估结果的影响,采用蒙特卡洛法随机生成致灾因子集,并基于SWMM模型计算其对应的灾害损失,结合最大熵法得到最小无偏概率估计的特征,构建灾害损失的概率密度分布函数,对安徽省合肥市某区域雨水排水系统进行灾害损失评估。结果表明,该方法可有效提高随机模拟的收敛速度,计算结果客观合理,在城市排水系统灾害损失及风险分析中具有推广应用价值。     

流化床密相区流动特性的数值模拟

流化床内气固两相流动一直是实验研究和数值模拟的热点。基于Eulerian双流体模型,本文建立了流化床内的气固两相流动模型,采用FLUENT软件对流化床密相区两相流动特性、床内气泡的产生运动和爆裂等特性进行了数值模拟。模型中,将颗粒相看作是连续介质,建立与气相相同形式的数学模型;采用了离散介质动力理论,引入颗粒温度来描述固相粘性应力,并用气固曳力进行气固两相耦合。模拟得到了气泡产生、运动和爆裂的变化过程,与实验结果相一致。采用不同的曳力模型对流化床稠密两相流动进行了模拟,与Kuipers实验对比,结果表明采用Gidaspow曳力模型描述流化床稠密两相流动特性更准确。     

基于G4模型的汾河流域洪水风险分析

为了快速地进行洪水风险分析、准确地评估出流域存在的防洪问题,以汾河流域为例,采用二维G4洪水模型进行洪水淹没分析,绘制了相应的汾河流域洪水风险图,并在风险图的基础上,结合GIS空间分析功能建立了受灾损失模型,对研究区主要防洪工程进行了相应的受灾损失评价。结果表明,在现状堤防条件下,流域内城市防洪标准偏低;在规划堤防条件下,洪水淹没面积明显缩小,受灾人口和经济损失也显著减少。     

柘林水库第二溢洪道行洪区洪水风险分析

第二溢洪道是柘林水库重要的泄水工程,其泄水能力占整个枢纽的70%,但下游行洪区内人口密集,且有大量建房,一旦启用泄洪,保障区内人民生命财产安全将是重点关注的问题。利用MIKE21 FM非结构化网格模型对下游行洪区进行洪水风险分析,验证对比表明,利用MIKE21 FM构建的二维水动力学模型计算得出的淹没范围较为合理,可为当地防汛部门制定转移措施提供依据,保障区内人民生命财产安全,具有较好的应用价值。     

SWMM模型在感潮河网城市排水防涝计算中的应用

针对感潮河网城市地区产汇流特性,考虑河道排涝和管道排水的相互影响,采用SWMM模型对某研究区域内管渠系统进行概化。利用无因次潮位单位线法确定该区域沿江潮位过程,将区域防洪计算结果作为外河水位计算边界条件,输入经过同频率缩放的短历时设计暴雨过程,模拟计算了城市排水防涝过程。结果表明,水闸工程可有效控制各防洪分区的水位,河网水面率对防洪高水位具有一定的调节作用,管道排水和地面积水会因河道初始水位过高而受到影响。