基于SWMM的城市排涝措施研究及应用

针对南方大多数老城区排涝措施不足、一到汛期就出现积水的问题,为了优选合理经济的排涝措施方案,采用SWMM模型研究某片老城区在不同重现期降雨的影响,分析现有排水管网的排水能力,对超载管道及积水区域提出了两个初步排涝方案。其中方案一为增大溢流段管径20%～50%,方案二为20%汇水面积布设LID措施,模拟结果表明两个方案在降雨重现期P≥10a时,都有部分区域出现积水现象。为此提出两个优化排水方案,即调整溢流区域管径大小、又调整布设LID措施比例的方案。其中方案三将管网管径改造比例调整为方案一的50%,LID措施占研究区域面积比例为方案二的50%;方案四中管网管径改造比例调整为方案一的100%,LID措施占研究区域面积比例为方案二的25%。通过排涝效果和经济效益综合分析,当防涝设计重现期P20a时,应选择方案三,重LID措施比例、轻管道改造比例;当防涝设计重现期P≤20a时,应选择方案四,重管道改造比例、轻LID措施比例。研究区排水防涝设计标准为30a一遇暴雨不成灾,建议选择方案三。研究成果对选择城市进行管网改造比例和LID措施比例有着一定的借鉴和指导意义,但由于受到其他参考指标的影响,最优比例仍有待深入研究。     

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。     

城镇排水管网设计模式系统观

针对现阶段排水管网系统面临的问题(如内涝、合流制溢流、雨水径流污染等),从系统工程角度对现行的排水管网设计模式进行了评述,提出了包括排水管道系统布局优化模型、排水管道参数优化设计模型、基于非恒定流模拟技术的排水管网设计方案系统分析模式和以风险为目标的排水管网设计方案评价模式的排水管网系统设计新模式。     

基于InFoWorks ICM模型的城市片区排水防涝方案优化研究

以天府新区某中央商务区作为研究对象，利用InFoWorks ICM模型模拟100年一遇最不利1 h降雨时，该区域现状城市水系排水能力以及内涝分布情况。根据模拟结果，对区域排水防涝系统进行优化。通过调整“规划待建河道路径+局部区域排水方向”的优化方案实现城市排水防涝的综合性系统解决方案。优化方案减小了规划待建河道的规模和埋深，最大程度地利用现状湖泊的调蓄空间并发挥了现状排水管网的调蓄和排泄能力，使得极端降雨条件下的区域排水防涝风险可控。     

福州晋安河片区海绵改造对城市内涝的影响

为研究海绵改造对城市洪涝的影响,有效提高城市对洪涝问题的韧性,对福州市晋安河片区海绵改造效果进行分析。基于InfoWorks ICM模型对片区管网、地表、河道进行耦合模拟,设计了7种海绵改造方案,对各方案计算结果进行评估,并进一步选择琴亭湖附近典型排水片区,量化分析了海绵城市建设与湖库联合调度协同措施下片区的内涝响应。结果表明：构建的洪涝模拟模型能有效模拟晋安河片区暴雨内涝过程,不同的海绵改造措施对最大淹没面积、溢流节点数、超载管道数以及主河道不同断面水位的影响有所不同;全域海绵改造与管网优化组合的方案作用下,模拟得到的海绵改造综合效益最优。苏迪罗台风降雨驱动下,典型排水片区在无海绵改造措施下的总淹没面积为22.87 hm²,采用可持续的城市排水系统(SUDS)措施后,淹没面积减小为22.48 hm²,进一步加入调度规则,总淹没面积减小为9.83 hm²,仅采用源头海绵改造措施在面对极端降雨时效果有限,结合SUDS与湖库调度可以有效减缓内涝问题。     

SWMM模型在内涝灾害防治中的应用——以宁波市溪口镇为例

浙江省宁波市溪口镇经常发生内涝灾害现象,造成了严重的经济损失。为解决此问题,采用SWMM(Storm Water Management Model)模型对溪口镇中心城区现状雨水管网系统进行模拟,通过分析模拟结果中检查井的溢流量和溢流位置,找出了造成节点溢流的原因并提出了相应的改造措施。研究结果表明:由于管网淤堵和管径过小的问题,中心城区现状管网系统排水能力较弱,不足以抵御2 a一遇的降雨事件。针对以上问题,提出了清淤和增大管径的改造措施,其中清淤措施可在一定程度上提高管网排水能力,改造措施1(49个管段管径由原来的400 mm增加到800 mm)和措施2(57个管段管径由原来的400 mm增加到800 mm)分别可抵御3 a一遇和5 a一遇的降雨事件。研究结果可为溪口镇中心城区排水系统改造提供参考依据。     

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。     

城镇化进程中山地城市排水防涝设计研究

采用SWMM与MIKE FLOOD模型分别对湖北西北部典型山地城市郧县老城区的排水管网运行状况进行模拟,分析溢流点及内涝区分布,评估内涝风险状况,结果显示城区内涝情况严重。根据模拟结果,厘清内涝原因,在绿色雨水基础设施的基础上,采用灰色雨水基础设施,提升该区域的排水防涝能力,确保郧县老城区在城镇化进程中排水防涝的安全性。通过MIKE FLOOD模型对工程方案进行校核,证实了工程方案具有可行性。     

太湖流域城镇污水处理厂与排水管网优化技术研究与示范

针对太湖流域城镇污水处理厂所面临的水质提标改造、排水管网运行管理急需优化等重大问题,结合河网地区城镇污水处理厂与排水管网的运行过程与特征,对污水处理厂脱氮除磷工艺的优化运行与排水管网的运行管理进行研究,并进行技术的集成与示范.主要成果包括:提出了适合太湖流域污水处理厂提标改造的优化运行方案;建立生物处理系统的协同化学除磷控制技术示范;建立管网系统GIS数据库和优化调度决策支持系统的示范;以及相关的中试研究与设备开发.     

InfoWorks ICM在城市排水系统雨水管网改造中的应用

为解决城市暴雨内涝灾害问题,以宁德市主城区为例,构建了基于Infoworks ICM的城市综合流域排水模型,利用该模型对2、3、5、30a4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。经模型模拟,采取管网改造方案等综合性措施以后,可降低宁德市主城区内涝风险,保障城市安全。     

基于 MIKE UＲBAN 的城市内涝模型应用

针对日益突出的城市内涝问题,为了减少内涝灾害的发生、达到防洪排涝的目的,以成都市某小区为例,基于对小区排水管网的概化处理,雨量分配利用芝加哥雨型,应用 MIKE UＲBAN 软件模拟小区排水管网在不同降雨强度下承压运行情况及管点溢流情况,并通过设置小型调蓄池和扩增管径两种途径改善城市内涝状况。结果表明: 改造后管网设计重现期由 2 年一遇提高到 10 年一遇,管段承压状况得到明显改善。在遭遇 10 年一遇降雨时,管道峰值流量明显降低,典型管道削峰率达62. 5% ,管网过水能力大幅度增加。在今后排水系统改造中,应当使城市管网与雨水调蓄池等海绵措施相结合,实现削减峰值雨量,从源头上防止内涝的发生。该模型具有建模简单、运算精确的特点,对城市防洪排涝相关研究有较好的借鉴意义。     

上海市分片水资源调度方案优化

为提高水资源调度改善水质效果,利用黄浦江水系、崇明岛河网水量水质模型,在分析评估上海市水资源调度现状效果的基础上,从引排水口门配置、水闸开启方式、水位控制条件等方面考虑,研究分片水资源调度优化方案。通过引排水量大小、水质改善效果等多方案分析比较,提出了分片水资源调度优化方案。结果表明：分片COD平均浓度改善3.1%~16.9%;分片NH3-N平均浓度改善3.4%~28.1%。COD浓度为：劣Ⅴ类水的河网面积减少37.1%,Ⅲ类水的河网面积增加33.4%;NH3-N浓度为劣Ⅴ类水的河网面积减少9.4%,Ⅳ~Ⅲ类水的河网面积增加25.9%~31.0%。     

不同暴雨与城市化程度情景下城区内涝SWMM模拟分析

将郑州市某区域在不同暴雨重现期、不同城市化程度、不同排水管径等情景下应用SWMM模型进行内涝模拟研究。结果表明城市内涝与城市扩张和排水管网布置等有密切关系。其重现期为2年、10年和100年时,开发后82%不透水面积比例的径流总量分别是开发前39%不透水面积比例的2.5倍、1.8倍和1.3倍,该水文效应在短重现期降雨条件下更为明显。研究结果可为城市发展规划与管网布置提供相应的技术支持。     

GIS支持下的城市暴雨积水计算的可视化

利用GIS对空间数据进行处理和分析的功能,建立雨水管网达标规划GIS系统,实现了雨水管网设备的属性数据及空间数据的一体化管理,为城市暴雨积水计算提供可视化分析的手段;同时,建立了汇水区的达标体系,并可以动态划分调整汇水区,计算分析城市各汇水区在不同降雨条件下的积水状况;对不符合要求的管网提出可行性设计建设方案。最后以南京市为例,分析了该市主城区雨水管网系统,为管网的规划及防洪排洪提供了决策支持手段。     

河道边界水位对管道排水能力的影响分析

为保证城市排水安全,缓解城市内涝,针对河道排涝水位对管道排水的动态影响问题,选用宿迁市马陵河排水片区为研究区,基于SWMM模型,模拟2、3和5 a重现期暴雨条件下出水口管道分别为自由出流、半淹没出流和完全淹没出流3种情形的管道相对排水能力变化,并在此基础上探求马陵河各分段控制水位。结果表明:管道水流主要受河道高水位作用,即管道完全淹没出流时,排水能力随水位的升高而不断减小,减小程度与末管道高差和水位动态顶托管道水流有关。此结论可为城市排水管网改造及河道调控水位除涝提供科学参考。     

城市供水管网黄锈水控制技术

为了控制城镇供水管网中黄锈水污染现象,采用 EPANETH 软件对供水管网进行水力、水质模拟,将阀门的开启度变化作为控制供水管网水流流态的主要因素,模拟不同阀门开启度下的黄锈水浊度,并将数据整理为一个数值模拟矩阵,运用非线性映射原理将该数值模拟矩阵转换为低维的点集。以降低管网中黄锈水浊度为目标,依据非线性映射原理对低维的点集进行聚类分组。在分组的点集里分别选出最具代表性的点,所选点的集合即阀门优化调度的组合。对阀门组合每一开启度下的浊度值进行多次采集,得出最佳开启度组合。模拟结果表明: 最佳的阀门号调度组合为: 5,13,60,36,65,41; 对应的开启度分别为: 50% ,50% ,70% ,50% ,80% ,60% ; 对应阀门处黄锈水的浊度分别降低: 6. 86 NTU、5. 00 NTU、6. 38 NTU、2. 07 NTU、8. 01 NTU、2. 59 NTU。研究结果对于控制城镇供水管网中的黄锈水现象具有参考价值。     

武澄锡低片畅流活水方案研究

近年来,太湖流域武澄锡虞区在城市化迅速发展的背景下,河网整体水动力条件差、污染累积。因此,利用一维河网水动力模型,以武澄锡低片区为研究区域,针对此区域河水动力条件弱、水体自净能力差等问题,以畅流活水提升骨干河网水动力条件为主要目标,模拟5种不同引水结构、不同水源地的调水方式,探究不同水源地引水对研究区的影响。结果表明,在引水规模基本一致时,分布式活水方案的综合改善效果明显好于单一工程集中活水。     

瓯飞一期围垦工程排涝规模优化计算

根据排涝标准及闸门调度控制原则,采用平面二维数学模型对瓯飞一期围垦工程进行排涝规模优化计算,针对感潮地区围垦工程排涝布局复杂、计算工况较多等情况,将正交试验法应用到优化计算中,减少了计算组次,提高了效率;根据极差分析法找出了围区最高洪水位影响因素的主次顺序,从而进一步优化了排涝规模组合方案。通过计算推荐两个较优方案,两个方案的排涝宽度均比设计方案总净宽小,减少了工程投资,为设计及工程运行提供了依据。