城市排水管网与内部河道耦合模拟研究

基于城市排水管网模拟系统(DigitalWater Simulation),将城市内部河道与排水管网相互关联,分析河道水位与流量控制对城市管网排水能力以及上游区域积水内涝的影响。模拟结果表明,河道在高水位条件下,会对排水管网排水产生顶托作用,造成上游检查井液位上升,雨水管道充满度上升、流速下降,同时地表积水淹没范围扩大,积水深度增加,淹没持续时间增加。因此,应在雨水管网模拟评估时,将排水管网与城市内部河道进行耦合模拟评估,分析不同控制水位对排水系统的影响,确定汛期城市内部河道的合理运行水位,通过河道水工设施的动态调控,增强城市的排水防涝能力。     

城市洪涝仿真模型的改进与应用

已有的城市洪涝仿真模型以一、二维非恒定流水力学模型为基础,采用无结构不规则网格建模技术,在网格形心或特殊型节点处计算水位,在网格周边通道上计算单宽流量,对城市洪涝过程进行模拟。针对该模型对河道型计算单元的断面仅按矩形概化的缺点,对河道型网格水位及特殊型河道通道流量的算法进行了改进,即将原模型中的河道断面相关参数作为变量处理,使模型能反映不同类型河道断面的水位流量变化,提高对河道洪水过程的模拟精度。同时,改进后的算法更有利于模型根据城市河道的实际治理状况进行及时更新和扩展。将改进后的模型应用于济南市,其计算结果与实测资料对比表明,该模型能更合理地模拟济南市城区低洼地积水、街道行洪、铁路立交积水和河道洪水过程,计算可为济南市城区防汛预警决策提供参考信息。     

基于SWMM的高速公路服务区排水系统优化研究

高速公路服务区是为驾乘人员提供休息、加油和维修等服务的场所,对防洪排涝有较高的要求。为了快速分析和解决服务区地表积水问题,首先采用传统单排水系统SWMM模型对某服务区重现期为2,5,20 a的暴雨进行模拟,分析其地下管网排水状况;然后在传统模型基础上利用双排水系统理论完善模型,进而分析出其地表积水情况;最后针对服务区积水情况,采用低影响开发(LID)措施和管径修改对排水系统进行优化。模拟结果表明:对于重现期为5 a的暴雨,存在部分管道超载,无地表积水;对于重现期为20 a的暴雨,服务区多处地表积水,最大积水深度为30 cm;通过优化措施后,服务区可基本解决排水问题。研究结果可为服务区分析和解决积水问题提供技术参考。     

不同重现期下的银川市金凤区暴雨径流模拟研究

可视化地模拟城市暴雨径流可以揭示不同重现期下城市汇水区径流、节点溢流、管网排水和内涝风险的时空规律。以银川市金凤区中部为研究区,基于地理信息系统技术和SWMM模型,模拟了不同重现期下的子汇水区径流、排水管网排水能力和城市内涝风险。结果表明,总降雨量、地表蓄水量、地表径流量、径流系数均随重现期增加而增加,节点积水深度、积水时间、积水面积、内涝高风险区域面积、管网的最大满流深度和满流时长与降雨强度呈正相关关系,节点溢流主要分布在地势低洼、汇流面积较大、人口密集、不透水面积较大的地区。利用地理信息系统和SWMM能可视化地模拟不同重现期下的城市暴雨径流,评估排水管网的排涝能力和城市内涝风险,研究成果可为城市管网维护、内涝灾害防治和海绵城市建设提供借鉴。     

地表径流速度对城市内涝影响规律

为分析地表径流速度对城市内涝的影响,采用一维地下排水管网与二维城区地形的动态耦合模型,选取大连市某排水区块作为研究区域,设置4种地表径流速度10种设计降雨场景,模拟分析在不同重现期设计降雨及不同地表径流速度下研究区的内涝积水特性.结果表明:随着地表径流速度降低,管道排水压力变小,管道排水达标率最高可提升48.05％,且...     

东莞城区内涝仿真模型设计

内涝仿真模型系统是根据城市雨水汇流网络情况及排水管网系统的实际情况,建立东莞市城区内涝仿真计算模型,并为模型设定参数,对城市内涝洪水进行模拟。该程序通过读入各排水区网格、普通通道、特殊通道、特殊通道节点、管道要素、管道节点逻辑拓扑关系及属性数据,进行东莞内涝水深模拟的数值计算。     

基于SWMM的核电基地厂区暴雨积水过程模拟

以某核电基地为例,对可能的暴雨积水状况进行模拟。核电基地厂区排水状况与一般城市地区相比,具有排水标准高、地表透水性差、地下管沟多且复杂、不设雨水泵站等明显特点,建模时也应该有合理的应对方法。利用SWMM模拟计算后可以得到管段内的水位随时间变化的过程线、节点积水状况等结果,进而得到积水节点附近的积水水深变化过程。计算结果表明:设计和校核不仅要注重暴雨重现期,而且要对排放水位设定合理的标准;该案例中上下游管道几乎同时出现洪峰,管道系统内没有调蓄容积;在用推理公式法时,地表汇水时间的取值对结果有较大影响。     

城市构筑物暴雨内涝分层模拟技术及应用

气候变化和城市快速发展,导致我国城市洪涝问题日益突出。城市洪涝模拟是当前城市洪涝灾害风险管理领域研究热点,但国内外依然缺乏针对城市多层构筑物的精细模拟技术和方法。城市立交桥,是一种典型的城市多层构筑物,极易遭受洪涝灾害,并对城市交通造成严重影响。以城市立交桥为代表,在现有全分布式城市暴雨内涝模型基础上,结合城市立交桥的特点,提出一种分层模拟技术,并从网格分层构建、分层产汇流计算、地表与管网分层耦合和上层网格排水等方面详细阐述了分层模拟技术。将该分层模拟技术应用于深圳市罗芳立交桥2018年“8.29”暴雨积水过程模拟,与单层模拟方法相比,多层模拟结果更接近上报积水信息。研究表明,分层模拟技术更能准确表达城市复杂多层建筑物的实际暴雨内涝过程。     

基于GIS和SWMM模型的城市暴雨积水模拟

以海口市海甸岛片区为研究区域,对组成排水系统的排水管网、道路和河道水系等进行合理概化,构建了该片区排水管网水力模型,提出了基于GIS和SWMM的暴雨积水计算方法,采用3场实测暴雨进行模拟分析,所得内涝淹没位置与实际调研情况基本相符,表明本文所提出的方法具有良好的精度和可靠性;分别对重现期为1、2、5、10、20a设计暴雨情形下的管道节点溢流和积水深度进行模拟。结果表明:该模型较好地评估了该片区排水管网排水能力;另外对比了实测暴雨和设计暴雨的积水模拟结果,表明暴雨雨型对模拟结果有重要影响。     

基于复杂高密度管网结构优化技术的银川城区排水过程高效模拟方法

为高效高精度模拟大尺度城区的排水过程,掌握城市地表径流机制和管网排水规律,以银川市约310 km²的城区为研究区域,应用耦合地表径流及城市地下管网排水过程的GAST模型,结合当地污水处理厂、管网、地形和土地利用等特征,基于普适性的数字地形高程DEM数据处理、土地利用类型划分、合流制排水管网和污水处理厂概化等技术,提出了一种基于复杂高密度管网结构优化技术的城区排水过程高效模拟方法。采用理想地形和实际地形对该方法模拟的精度和效率进行了验证,结果表明：对一级支管做删除概化处理对实际的管网排水过程模拟结果影响较小,20.46 km²区域内一二维耦合节点数可削减27.8%,模型计算效率提高12.18%,且研究区域越大,计算效率提升越明显;模拟结果与实测值误差在6%以内,在保证模拟精度的同时大幅提高了计算效率。     

防洪排涝排水一体化模型在洪水风险图编制中的应用

随着城市洪涝灾害频繁发生,编制洪水风险图已成为当前国内外城市防洪减灾工作中重要内容,它可反映区域洪涝成因、量级、特性、危及对象及应急对策等风险信息分布特征。采用水力学方法构建水力学模型模拟研究区域洪水演进情况是洪水风险图编制常用的方法,通过构建考虑河道、城市地下管网、排水系统设施、阻水建筑物、水利工程及调度的防洪排涝排水一体化模型,将城市防洪排涝与排水有机结合,并兼顾流域与区域风险,通过历史降雨对模型进行校核验证,保证模型的可靠性。模拟计算了景德镇市城区因超标准洪水导致防洪墙溃决或城市暴雨可能发生的受淹和积水情况,并根据计算结果绘制洪水风险图,对景德镇市预防外围洪水、降低城市内涝洪水影响及土地利用和城市发展规划等提供决策依据和技术支持。     

基于多类模型耦合的城市洪水风险 分析技术研究

基于城市洪水的特点,提出了简化的城市排水模型,并与SCS水文模型和二维浅水动力模型相耦合,建立了城市洪水风险分析模型。该模型能够模拟城市外洪、内涝或二者的组合,并以蚌埠市为例,开展示范研究,计算结果与实际情况相符,证明了模型的适用性.     

利用双排水系统理论对城市下穿隧道进行雨水内涝模拟分析

城市下穿隧道是城市防涝的重点部位。传统城市排水系统规划设计只考虑雨水沿地下雨水管网汇流,而忽略了超设计标准雨水的排水出路。双排水理论考虑城市道路雨水漫流和地下管网协同排水的方式,可以模拟在强降雨条件下雨水的真实汇流路径。本文以2011年7月3日某下穿隧道内涝灾害为例,在SWMM软件平台上运用双排水理论对该隧道的排水系统建模分析,模拟结果与当时观察到的积水情况吻合较好,并分析出隧道积水的原因。     

城市雨洪综合模拟方法及应用

为综合模拟城市雨洪和分析其对区域内涝的影响,在Open MI异构模型集成平台上动态耦合河网水文水动力模型和城市排水管网水力模型,以上海14个水利分片之一的淀北片为例,建立了淀北片雨洪耦合模型,并应用此模型分析了不同雨潮组合对淀北片区域内涝的影响。淀北片雨洪综合模拟计算结果表明,雨洪综合模拟较真实地反映了感潮河网城市地区的内涝情况,可为城市防洪除涝工作提供参考。     

A Cellular Automata Based Rainfall-Runoff Model for Urban Inundation Analysis Under Different Land Uses

Recently many runoff models based on cellular automaton (CA) have been developed to simulate floods; however, the existing models cannot be readily applied to complex urban environments. This study proposes a novel rainfall-runoff model based on CA (RRCA) to simulate inundation. Its main contributions include a fine runoff generation process that considers 12 urban scenarios rather than a single land use type and the confluence process determined by the new transition rules considering water supply and demand (WS-WD transition rules). RRCA was compared with another CA based flood model (E2DCA). With the benchmark model, the results showed that there was good agreement, with an R-squared greater than 0.9, and that RRCA was more sensitive to waterlogging levels than E2DCA. Furthermore, the simulated vegetation interception, infiltration and drainage processes had varying degrees of impact on waterlogging. Corresponding measures can be taken in urban flood management according to the identification of areas experiencing drainage difficulties.

     

基于GIS和SWMM的山地临海城市内涝模拟分析——以象山县为例

山地临海城市四周环山、地势较低,在遭遇暴雨事件时,地面径流量较大,对内河行洪能力构成威胁,容易发生内涝灾害。为解决以上问题,以象山县中心城区为例,运用SWMM进行模拟计算,并结合Arc GIS分析功能,模拟了5年一遇和20年一遇暴雨条件下城区的内涝灾害情况并分析了受灾区域的内涝成因。研究表明:在关键位置加设排水泵站辅助排水,可以解决内涝灾害问题,有效缓解城区排水压力、降低内涝损失。通过模拟验证措施的可行性,为城市内涝防洪研究提供参考。     

基于城市雨洪模型的市政排水与水利排涝标准衔接研究

针对目前存在的市政排水与水利排涝两个标准的衔接仍无规范统一方法的问题,以广州市东濠涌流域为研究区域,采用城市综合流域排水模型Info Works ICM建立东濠涌流域管道、河道及地面二维耦合模型,分析计算市政排水1年一遇与水利排涝5年一遇以及市政排水1年一遇与水利排涝10年一遇两种情况下的标准衔接关系,为城市排水防涝规划设计提供技术支撑。结果表明:1年一遇市政排水标准与10年一遇水利排涝标准的组合能够满足流域涝水顺利排除的要求,但管道排水口底高程距河底高程的距离过短也会对管道的水位顶托产生一定影响,故建议城市排水管网的规划建设应至少保证排水口底高程高于河道底高程0.5 m以上。     

排水体系建设对城市洪涝灾害的影响

地下管网、水系等是城市重要的排水体系,直接决定着城市的洪涝安全。以武汉市光谷中心城为研究区域,采用一、二维耦合的水动力数学模型,进行了不同排水体系组合条件下的多方案城市雨洪模拟,量化分析了地下管网、规划水系建设对城市洪涝灾害的消减效果。结果表明:光谷中心城现状未形成成熟排水体系时,其内涝范围、淹没面积及受灾损失均最大,规划排水体系建设后,区域洪涝淹没面积和受灾损失消减率分别达56.58%,63.74%。由于作用范围及作用方式不同,单独建设水系对区域排涝的作用低于单独建设地下管网的作用。对不同土地利用类型比较,住宅用地减灾效果对城市排水体系的建设最为敏感。当下游湖泊水位较高时,湖泊对水系存在顶托作用,其对区域洪涝灾害影响的程度与河道纵向比降、河堤高程,以及地下管网和河道的连接状况有关。     

基于“内涝点”的城市防洪排涝模式研究

为探究新的城市防洪排涝理念及防洪排涝模式,基于前人积水计算模型研究及城市洪涝灾害特点分析,在对"内涝点"重点治理的城市防洪排涝理念的基础上,建立基于"内涝点"的城市防洪排涝模式。以太原理工大学迎西校区为试验区域,以太原市某次典型降雨为算例,对所建积水计算模型进行验算。结果表明:使用模型计算得到的"内涝点"积水深度和积水历时均与实测资料符合,由此验证了模型的合理性。