平原河网城市雨水系统排水能力及内涝风险评估浅析

以苏州市相城区某圩区为例,采用Mike系列模型建立排水防涝系统耦合模型,同时考虑平原河网地区城市排水防涝特征,将恒定均匀流推理公式法、水量平衡法等传统推理公式法与数学模型法相结合,评估多种情景下的雨水系统排水能力、内涝风险。结果表明,研究区域现阶段排水防涝系统主要问题在于管网排水能力不足导致涝水无法排入河道引起地面积水,排水防涝措施应首先提升管网排水能力,同时也要注意适当提升河网蓄泄能力,使市政排水和水利排涝标准相匹配,最大程度地发挥平原河网区二级排水系统的综合效益。     

基于InfoWorks ICM模型的城市暴雨内涝模拟

为解决城市暴雨内涝灾害问题,以海口市主城区为例,构建了基于InfoWorks ICM的城市综合流域排水模型,选用3场实测暴雨进行模拟分析,发现该模型具有良好的精度和可靠性。在此基础上,利用该模型对1、2、5、10、20年五种不同设计重现期的暴雨情景下研究区域排水管网系统的排水能力和积水深度进行模拟。结果表明,该模型能较好地评估研究区域的排水能力,且随设计暴雨重现期增加,研究区域的积水深度亦呈现出增加趋势,内涝灾害明显加重。     

基于InfoWorks ICM模型的城市暴雨内涝模拟

为解决城市暴雨内涝灾害问题,以海口市主城区为例,构建了基于InfoWorks ICM的城市综合流域排水模型,选用3场实测暴雨进行模拟分析,发现该模型具有良好的精度和可靠性。在此基础上,利用该模型对1、2、5、10、20年五种不同设计重现期的暴雨情景下研究区域排水管网系统的排水能力和积水深度进行模拟。结果表明,该模型能较好地评估研究区域的排水能力,且随设计暴雨重现期增加,研究区域的积水深度亦呈现出增加趋势,内涝灾害明显加重。     

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。     

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。     

极端降雨情景下城市区域积水风险特征研究

由于极端降雨事件频发,城市区域内涝问题日益突出。为探究极端降雨情景下区域积水风险特征,以广州市某居住小区为例,构建区域排涝模型,采用投影寻踪技术分析区域内涝风险。结果表明,除积水时数、最大积水速率和积水总量外,所选指标投影分量值均趋近于0;在设计暴雨重现期为5、10、20、50年时,分别有1、3、4、4个节点具有积水风险,其中积水风险最大的节点为J23,其积水风险值约为1.8;随着降雨重现期的增大,区域受雨洪灾害的影响范围和程度亦随之增大。此外,对排水管网系统积水黑点和区域积水风险的定性定量分析,揭示了不同降雨强度下区域积水风险变化特征,对区域雨洪灾害的治理具有一定的指导意义。     

基于InfoWorks ICM模型的内涝预警降雨量阈值研究

针对池州市当前缺乏精细化内涝预警降雨量阈值的问题,利用城市综合流域排水模型InfoWorks ICM构建了池州市主城区暴雨内涝模型,并选用4场实测排口流量数据和历史内涝积水点对城市内涝模型进行率定和验证,发现该模型具有较高的准确度和可靠性。在此基础上,以内涝积水深度为预警指标,对不同降雨历时,不同雨型的设计降雨情景下研究区域的积水深度进行模拟。结果表明,降雨历时对暴雨内涝预警的降雨量阈值影响显著,而降雨雨型对暴雨内涝预警的降雨量阈值影响不明显。研究得出的降雨量阈值可为池州市主城区暴雨内涝预警和内涝应急管理提供参考依据。     

基于园林城市理念的保定市城区排水蓄水系统改造方案

为解决城市水资源短缺、城市内涝并存问题,以北方典型缺水城市保定市为例,在分析保定市绿地系统现状基础上,指出雨岛效应加剧、城市硬化面积增加、管网淤塞、老城区管网设计标准偏低等因素是城区暴雨期内涝的主要原因,进而提出了基于园林城市理念的排水蓄水系统改造方案。以现有绿地系统为基础,结合城区水系、交通干线、既有排水系统,合理规划下凹式绿地系统以增加城市透水面积,同时加快雨污分流改造并强化管网维护,不仅美化了保定市城区环境,而且有效利用了雨洪资源、缓解了城市缺水危机,也解决了城市内涝问题。     

SWMM模型在城市排水系统规划建设中的应用

鉴于城市化的飞速发展、极端降雨事件的频繁发生,以及城市地区现状排水设计标准偏低,从而导致城市地区暴雨内涝现象频发,借助ArcGIS数据处理工具,基于SWMM模型,对拟建的开封市运粮河组团项目区的雨水管网系统进行概化,模拟了多种情景下城区规划雨水管网系统运行状况,分析了不同雨型和重现期暴雨情景及不同城市化水平下的暴雨内涝情况,并采取低影响开发(LID)设施对研究区的雨洪控制效果进行模拟与评估。结果表明,SWMM模型可以对规划方案进行初步校核,在规划区具有良好的适用性;低影响开发措施的合理应用可有效控制城市洪水,从而在一定程度上提高城市抵抗大暴雨的能力。     

沿海城市潮、雨遭遇下内涝模型及应用

以海南省海甸岛为例,基于带有地表属性信息的高精度DEM地形网格,依据城市分区精细产流方法计算产流,以分段线性化方式拟合实际雨水管网排水能力曲线,并建立了排水能力与潮位新型函数关系式,将水陆边界条件处理为可双向过水的模型边界,最终将地表产汇流模块、地下管网水动力模块和潮(洪)水漫滩淹没模块三者耦合,建立沿海城市潮、雨遭遇内涝模型,探讨潮、雨遭遇情况下城市水情和涝情特征及差异。结果表明,潮、雨遭遇情景下城市内涝整体情况更加恶化,积水面积剧增;不同区域内涝恶化原因不同,临海区域主要是潮水倒灌引起,城区内部区域恶化主要是高潮位顶托下内水无法外排所致;对比单独降雨下,典型内涝代表点积水深度平均增加0.22 m,积水历时平均增加7.70 h,深度积水持续时间显著延长。     

基于设计流量的两级系统重现期衔接关系研究

城市暴雨径流数据较难实测获取,故水利与市政部门常采用推求设计暴雨计算流量。但因两部门所用规范、计算方法不尽相同,致使两级系统之间往往存在衔接关系问题。为使城市排水排涝系统有效连接,采用设计降雨峰值类比、径流峰值流量对照并结合模型方法,以市政排水与水利排涝衔接关系为研究对象,确定了两级系统衔接的本质为重现期关系衔接,主要影响因素为汇流历时,进而推求出不同汇水面积下两级重现期对应关系。     

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。     

石家庄市不同类型下垫面措施下的空间抗涝效应

针对石家庄市受暴雨内涝灾害影响严重的问题,为分析比较不同透水材料铺装、不同下沉深度绿地、绿化屋顶等下垫面措施和因素对城市抗涝能力的影响,综合考虑城市地表产汇流特性和排涝系统能力,建立暴雨内涝水动力模型,模拟不同下垫面措施方案对应的100年一遇暴雨径流演进过程,并绘制相应的内涝风险等级分布图。结果表明,下沉式绿地对应方案的抗涝效果较好,其高风险区面积相比于现状减小了49.91%,而透水铺装和绿化屋顶方案相应高风险区面积的减小比例分别为21.61%、9.54%。研究成果对下垫面措施的选择和布设具有借鉴意义。     

城市内涝综合设计暴雨研究

随着城市化进程的加快,城市暴雨致灾所导致的社会影响和经济损失越来越大,合理规划城区内排水体系就成为当前的研究难点。针对城市排水体系中区域排涝和市政排水综合设计需求,首先对现行城市排涝和城市排水相关设计暴雨规范进行分析,由此提出城市内涝综合设计暴雨计算与评判方法,并以武汉市汉口区黄孝河地区排水系统为例进行了综合设计暴雨和排涝流量计算。结果表明,考虑降雨强度和降雨总量的综合设计暴雨方法,符合研究区域特性,能较好地将城市排水与排涝设计有机联系起来,满足排水与排涝综合设计需求。该研究成果可应用于城市防洪、排水排涝系统现状评估和城市规划等方面。     

基于一二维耦合水动力模型的海绵小区建设效果评估

针对在海绵城市规划、建设和管理中SWMM模型无法精确模拟地表积水和淹没过程的问题,将SWMM模型与基于有限体积法的二维水动力学模型进行了耦合,建立了一二维耦合的水动力学模型,基于耦合模型构建了北京市某排水小区的雨洪模型,采用不同重现期的设计暴雨过程对海绵改造方案进行模拟和分析。结果表明,一二维耦合水动力学模型能有效地模拟海绵措施建设前后的效果,可应用于海绵小区建设效果评估中;海绵措施在一定程度上能改善小区内涝积水情况,间接地提高排水标准。     

基于MIKE与GIS的城市洪水风险分析及应用

以开封市城市洪水风险图为背景,基于GIS、MIKE软件,将城市一维排水河网模型、二维地表产汇流模型和实际地下排水管网模型进行动态耦合,精确模拟开封市暴雨内涝积水过程、淹没演进过程、退水过程和泵站排水过程等。结果表明,模型计算得到的积水点位置、积水深度与现场实测数据基本吻合,说明模型构建方法合理,基本资料和计算参数选用可靠。     

黄浦区北部子汇水区划分方法及暴雨内涝情景模拟

近年来,城市地区面临的内涝灾害风险与日俱增。为研究暴雨引发的内涝灾害,以上海市黄浦区北部为研究区,分别使用人工划分法和泰森多边形划分法建立管网模型,并利用InfoWorks ICM模型对不同重现期情景下研究区的淹没情景进行模拟。结果表明,利用泰森多边形划分法构建的城市雨洪模型更适用于研究区的暴雨内涝情景模拟;最大淹没面积和最大积水深度均随着重现期的增大呈现增加趋势,在降雨重现期为5、10、20、50、100年时最大淹没面积分别为1.15、1.63、1.87、2.02、2.06km2,内涝灾害明显加剧。研究结果可用于指导城市内涝灾害防治。     

基于不同破坏率下管网排水标准与水利排涝标准衔接研究

近年来,城市地区管网排水标准与水利排涝标准缺乏有效衔接已成为城市内涝的主要原因,有必要深入探讨两者之间的关系。引入破坏率概念,以江苏省南京站、盐城站、无锡站为雨量代表站,采用年最大值选样方法,深入考虑河道水位顶托对管网排水的影响,研究管网排水与水利排涝之间的重现期衔接关系。结果表明,在破坏率影响下,管网排水设计标准2、3、5年分别对应河道排涝标准10、15、20年,在压力流下可适当提高。研究成果可为城市防洪排涝工作及市政排水管网设计提供参考。     

基于SWMM模型的郑州市运粮河组团区内涝研究

针对以内涝为主要特征的城市洪水问题日趋突出,所造成危害日趋严重的现象,构建了基于地理信息系统(ArcGIS)的城市雨洪模型(SWMM)。以郑州市运粮河组团区为例,模拟分析了不同重现期降雨下规划区域的内涝情况,并选取具有代表性的易涝点进行优化分析。结果表明,该模型的计算结果可以为排水系统设计标准校核及优化设计方案提供一定的技术支持。     

基于MIKE & SWMM的南昌市内涝分析及LID改造研究

老城区内涝问题已成为自然灾害研究领域的关注热点。以南昌市凤凰洲片区为例，建立MIKE FLOOD模型分析内涝风险及其成因，基于分析结果，利用SWMM模型进行LID布置及优化研究，采用层次分析法评估其综合效益，最终得到成本—效益最优方案。结果表明，降雨重现期为5年时，内涝积水点达到16处，部分地区内涝风险等级已达到Ⅳ级。可见进行城市内涝防治刻不容缓。LID组合设施对缓解内涝效果较好，22.5%雨水花园+7.5%透水铺装为最优方案。研究成果可为后续海绵城市的低影响开发建设与设施比例选择提供技术参考。