基于SWMM的海绵校园径流控制效果评估——以萍乡市北星小学为例

为了研究海绵校园LID措施的径流控制效果,以萍乡市北星小学的改造项目为例,利用萍乡市暴雨强度公式计算各个重现期的设计降雨,借助雨洪管理模型(SWMM),构建LID改造前后的降雨-径流模型,模拟不同设计降雨条件下校园内分别采用组合LID及单独布设LID措施的径流控制效果,以及透水路面堵塞情形下的径流控制效果。结果表明:校园海绵化改造后,年径流总量控制率达到75%,污染物削减率在60%左右,排放口流量峰值时刻延后7～10 min;三种LID措施对校园径流量削减的贡献度排序为透水铺装下沉式树池下沉式绿地,对污染物削减的贡献度排序为下沉式绿地下沉式树池透水铺装;透水路面堵塞对径流控制效果的影响在降雨重现期30a时显著增大。通过对结果分析,设计方案下的海绵校园径流控制效果均达到预期目标,对一般的小范围海绵校园进行LID改造具有一定的参考价值。     

景观雨水设施对城市道路径流削减效果评价

生物滞留带和透水铺装作为城市道路低影响开发重要的景观雨水设施,能有效调控道路雨水径流。以漳州市区某道路为研究区域,通过构建传统开发模式和低影响开发模式的SWMM模型,模拟不同重现期下生物滞留带、透水铺装及两者组合模式对城市道路的径流削减效果,结果表明对降雨历时2 h重现期为2 a、5 a、10 a和20 a的降雨而言,其径流总量削减率均在50%以上,峰值削减率均为45%左右。各种措施的径流削减量和峰值削减量随着重现期的增大而增大,但削减率呈现出下降的趋势,短重现期的降雨条件下削减效果更明显,尤以组合模式的效果最佳。     

基于暴雨洪水管理模型的低影响开发设施应用研究

海绵城市是针对解决我国水危机提出的新理念,而低影响开发(LID)设施是构建海绵城市的关键。为了分析不同降雨重现期、不同降雨历时、占地面积对单项LID设施径流控制能力的影响,以亦庄调节池一期工程为研究区域,利用暴雨洪水管理模型(SWMM)进行模拟计算,研究了不同占地面积下各LID设施对不同降雨过程的径流削减效果,分析了降雨重现期及降雨历时与占地面积影响作用的相关性。结果表明:随着降雨重现期由1年增加至10年,透水铺装径流削减率下降了13%～35%;随占地面积占比由25%增至100%时,其径流削减率增大了4. 8%～23%,且占地面积变化对低重现期降雨径流削减效果影响明显,生物滞留槽和植草沟呈相同规律。相反,下凹绿地占地面积变化对高重现期径流削减效果影响较大。绿色屋顶的径流削减率与土壤层厚度成正比,与降雨重现期成反比,且绿色屋顶厚度对低降雨重现期削减效率影响稍大; LID设施的径流削减率随降雨历时增加而增大(削减率增长区间为1. 7%～7. 7%),且占地面积越大,降雨历时变化对径流削减率的影响就越明显。各LID设施的性价比和适用情况对比计算表明,下凹绿地和透水铺装性价比较高,适于作为主控设施大面积应用,而植草沟、生物滞留池及绿色屋顶适于作为辅助设施部分应用。研究成果为选择效益最优的海绵城市建设模式提供科学参考。     

地铁车辆基地低影响开发模式研究

采用分布式水文模型SWMM(storm water management model)作为研究手段,选取西安地铁四号线航天城车辆基地作为研究对象,根据实际的下垫面情况和管网情况建立了SWMM模型,采用Morris筛选法进行模型参数敏感性分析,对模型的敏感性参数进行率定.利用芝加哥雨型及西安市地区暴雨公式,合成不同重现期下的降雨时间序列,并利用所构建模型对1年一遇、5年一遇及10年一遇2小时降雨重现期下,开发前、现状、及添加不同LID (Low Impact Development)措施组合后排水状况分别进行模拟.结果 表明,添加经济合理的LID措施(绿色屋顶+植草沟+渗透铺装)可以控制径流总量与峰值流量同时达到开发前水平.通过模拟最优LID措施模式在不同降雨重现期条件下的径流控制效果,表明在降雨量较小的情况下,设置LID措施对径流总量和峰值流量的控制效果更明显,随着降雨重现期的增大,LID措施对径流总量和峰值的削减有所减少.采用SWMM模型能够有效模拟车辆基地在不同开发模式下的水文状态,研究结果可为地铁车辆基地内海绵建设项目评估提供技术支持和依据.     

大兴机场海绵设施雨洪控制效果模拟

以大兴机场海绵系统为例,根据降雨径流资料,建立暴雨雨水管理模型(storm water management model,SWMM),模拟不同海绵设施组合情景下的水文过程。结果表明:在不同设计暴雨条件下,绿色基础设施、景观湖以及组合方案均能削减洪峰流量、延迟洪峰时刻;组合方案的雨水控制效果最为显著,5 a重现期下,出口处洪峰流量削减率和雨水总量控制率分别达41.5%和79.9%;景观湖的蓄滞作用在不同的重现期下对出口流量的影响时段不同,景观湖在低重现期下蓄积降雨过程中的雨水,削减降雨初期外排出口的流量,而在高重现期下蓄积空间主要用于降雨后期的雨水汇流的收集,在出口段明渠退水过程中减少外排雨水;绿色基础设施在上游区域的溢流量削减率达到10.6%,在洪峰削减、延迟峰值时刻上表现明显;上游连接景观湖后造成的回流会导致退水时长增加,在高重现期下回流雨水占用明渠蓄水空间,可能增加上游管网的溢流风险。     

高渗透下凹绿地对城市降雨径流的削减作用研究

针对下凹绿地的蓄水、渗水能力有限的特点,为了进一步提高其蓄水、渗水能力,对内部结构进行优化改善,开发出水平高渗透、垂直高渗透、组合高渗透3种高渗透下凹绿地。通过模拟降雨产流中试系统,分析不同降雨重现期及降雨历时条件下高渗透下凹绿地径流削减作用及洪峰削减量,并与传统上凸绿地、普通下凹绿地进行比较。结果表明,在降雨重现期1～10年、降雨历时30～120 min的芝加哥设计暴雨雨型条件下,与传统上凸绿地对比,普通下凹绿地径流总量削减率为23. 14%～67. 04%,径流峰值削减率1. 41%～100%,径流系数0. 29～0. 69;组合高渗透下凹绿地径流总量削减率为39. 93%～89. 87%,径流峰值削减率为6. 54%～100%,径流系数0. 05～0. 55。研究成果可为高水平城市绿地以及海绵城市的规划和建设提供参考。     

基于SWMM模型的坡地小区海绵城市改造效果评估

以济南市某坡地小区为例,将小区内"马路行洪"主道路概化为不规则明渠,基于SWMM(stom water management model)模型研究海绵城市改造方案对不同重现期设计降雨水文过程影响。结果表明:SWMM模型可较好地对小区"马路行洪"过程进行模拟,且选用的海绵城市改造方案(低影响开发措施改造及排水系统改造)可有效控制小区内的雨洪径流过程;对小区出流口Out 01和Out 02的5年以内不同重现期(1、3、5年)设计降雨径流总量和洪峰流量削减率分别超过了20%和10%,Out 01的峰值水位削减率超过了15%,显著降低了研究区"马路行洪"灾害的影响。研究结果可为坡地小区"马路行洪"模拟及海绵城市建设与管理提供一定的理论支撑和技术参考。     

基于SWMM的海绵措施对城市下垫面产汇流影响

为解决城市水环境、水生态问题,以低影响开发(Low Impact Development,LID)为理念,选取已建的海绵单元在对透水铺装材料及雨水花园旱溪降雨径流监测的基础上,通过构建城市雨洪模型,研究不同海绵措施对产汇流的影响,并采用实测降雨径流数据对模型进行验证和率定。结果表明:透水铺装路面对大、中、小型降雨的径流控制作用十分显著,透水铺装相对雨水花园旱溪的污染物去除具有较好的效果;基于海绵示范区构建的水文水质模型,模拟了海绵工程措施对单场暴雨的洪峰流量以及总的径流量都具有较好的削减效果,出口洪峰流量减少60%以上,年径流总量控制率大于75%,外排径流量根据不同量级暴雨削减幅度有所不同,随着降雨强度的增大,削减效果有所减弱,较强降雨能减少30%以上,一般量级降雨能削减60%以上。对于外排污染物的量,海绵改造后,研究区单场暴雨的削减率均在50%以上。     

基于SWMM的银川市金凤区雨洪模拟及LID效果评估

针对城市内涝及非点源污染问题,从海绵城市建设的角度出发,以银川市金凤区作为研究区域,采用SWMM建立雨洪模型,选取设计雨峰系数为0.4的5种降雨重现期和降雨重现期为0.5 a的4种雨峰系数共9场降雨,评估研究区在下凹式绿地、透水铺装、雨水花园、下凹式绿地组合透水铺装及雨水花园组合透水铺装5种LID方案下对径流及4种污染物的控制效果。模拟结果表明：随着重现期的增大,5种方案的径流控制率及污染物负荷削减率均有所减小;下凹式绿地组合透水铺装方案的削减效果最为显著,重现期为0.5～5 a时,该方案径流控制率均大于65%,污染物负荷削减率均大于45%;重现期为10 a时,径流控制率及TSS、COD、TP与TN负荷削减率分别为61.38%、42.86%、58.23%、44.03%和55.95%;重现期为0.5 a时,随着雨峰系数的增大,5种LID方案的径流控制率及污染物负荷削减率的变化均不明显。LID方案对中小重现期降雨有较好的控制效果,但因组合方案各措施间受到相互作用及不透水面积等因素的影响,并未达到“1+1>2”的叠加效应,最优方案还需深入研究。     

基于LID的城市道路雨水管控能力分析

低影响开发旨在通过分散、小规模的源头控制来管控降雨所产生的径流,使开发地区尽量接近自然的水文循环。以青岛市中德生态园9号线为研究对象,运用暴雨洪水管理模型(SWMM),模拟低影响开发(LID)前后雨水的管控能力,建立缩尺模型试验对LID技术下的道路情况进行分析。结果表明:以重现期为1,2,5 a的降雨强度为变量,得出3种重现期下地表径流削减率分别为45.34%,43.03%,41.23%,径流峰值削减率分别为68%,67%,66%;径流峰值削减率随着重现期的增大而降低,LID能延缓径流峰值出现时间,有利于雨水的下渗和储存,方便雨水的收集利用。研究结果可为城市道路建设提供参考。     

海绵小区削峰减洪效率对降雨特征的响应

海绵城市建设一定程度上增加了城市下垫面的种类,使得城市降雨径流的非线性关系更加复杂。以分析降雨特征对海绵小区的径流控制能力的影响为研究目标,以厦门市典型海绵小区为例,通过SWMM模型模拟计算,分析了降雨重现期、降雨历时和降雨峰现系数对海绵小区削峰减洪能力的影响,计算了不同设计降雨条件下普通开发小区、海绵小区的洪量削减率和洪峰削减率。结果表明:随着降水重现期由2年增加至100年,总洪量削减率由63.8%降至50.9%,洪峰削减率由66.0%降至37.4%;随着降雨历时从1 h延长至6 h,总洪量削减率由58.3%增至61.8%,洪峰削减率由63.7%降至56.3%;随着峰现系数从0.1增大到0.9,总洪量削减率由58.3%增至61.8%,洪峰削减率由63.7%降至56.3%;海绵小区削减洪峰的能力对降雨过程更为敏感,降雨量越大、峰值越靠后,越不利于洪峰流量的削减;而降雨量越大、历时越短,越不利于总径流量的削减。海绵小区整体在不同雨强下的效用比单一低影响开发措施更为稳定,证明了海绵城市建设中多种工程相结合、注重竖向设计的做法比大量建设某一种设施更为有效。研究成果为海绵城市规划和建设提供参考。     

海绵改造对城市内涝过程的时空影响分析

为了分析降雨对海绵改造前后内涝过程在时间和空间上的影响,采用了耦合水文和地表及管网水动力过程的数值模型,以小寨海绵改造二标段为研究区域,对海绵改造前后不同设计暴雨重现期下城市内涝过程进行模拟并在时间和空间上对比分析。结果表明:相对于暴雨峰值时间,在2 a、5 a、10 a、20 a、30 a、50 a设计暴雨重现期下,重现期越小,海绵改造对城市内涝积水总量峰值迟滞时间及内涝积水面积峰值迟滞时间延后作用越显著,且均随着重现期的增大呈递减趋势,前者延后时间最大为0.133 h,最小为0.117 h,后者延后时间最大为0.084 h,最小为-0.016 h;随着重现期的增大,改造后内涝积水总量与面积峰值较改造前的削减量均逐渐增大且趋于稳定,两者相对于改造前的占比随重现期增大均呈递减的趋势,前者最大为71.37%,最小为22.76%;后者最大为68.87%,最小为15.08%。本研究有助于更加精准有效的防治内涝、对城市内涝准确预报预警,为城乡居民出行提供有效信息,减小生命财产损失。     

海绵措施下降雨径流模拟及污染物削减率评价

【目的】为探明海绵措施对降雨径流的削减效果和污染物削减能力,以固原市23 km²海绵试点区为研究对象,模拟不同重现期下海绵措施实施前后降雨径流及污染物的变化规律。【方法】采用高精度地形、GPU加速技术,构建适用于固原市洪涝模拟的水文水动力模型。【结果】结果表明：(1)不同降雨情景下,实施海绵措施后,年径流控制率提高16%～20%,污染物削减率均在98%左右。(2)降雨雨型对径流总量控制率影响明显,小雨量时,大部分降雨被留在当地。(3)模型模拟结果为海绵措施布置提供了指导依据,2号积水点建议布设路旁植草沟和渗井,以减少主干道往该处汇流的水量;3号积水点建议完善排水管网;6号积水点建议布设植草沟及滞留溏;10号积水点建议在西侧主干道布设生态植草沟、透水性路面。【结论】构建了适用于固原市的洪涝模型,可实现海绵措施布置对降雨径流和污染物削减率的模拟,为该城市雨洪管理和城市规划提供了科学依据。     

海绵城市中LID设施对降雨径流及非点源污染的控制研究

低影响开发(LID)以源头控制和延缓冲击负荷为核心理念,强调城镇开发应减小对环境的冲击,是海绵城市建设的重要途径。研究以海绵城市试点区域虹桥港片区为例,采用暴雨洪水管理模型(SWMM模型),对研究区域LID设施实施前后降雨径流以及非点源污染的变化情况进行定量和定性研究。研究结果表明:LID设施对地表径流量峰值削减作用明显,但随着降水重现期的增加,削峰作用降低;同时,对径流污染物总量削减效果明显,在不同降雨强度下,均能有50%以上的削减作用。     

基于XPDrainage模型小区尺度海绵措施径流减控效果评估

针对建筑小区尺度海绵措施的径流减控效果实际应用问题,选取北京城市京水小区为研究区域,应用XPDrainage构建水文水力学模型,通过海绵措施改造情景设置与模拟,系统分析调蓄池、下凹式绿地和透水铺装等3种典型海绵措施的径流减控效果。结果表明:洪峰减控效果为下凹式绿地调蓄池透水铺装,径流量减控效果为调蓄池下凹绿地透水铺装,各类海绵措施对10年一遇以下重现期降雨径流的削减延迟效果较好,当降雨重现期达到10年一遇及以上时,径流量和洪峰流量削减比例不同程度降低,对于高重现期降雨蓄滞效果不显著,研究结果可为北京城市小区海绵措施改造提供重要的参考价值。     

萍乡市西门片区海绵城市建设水文响应与成本效益分析

海绵城市是当前国家大力推行的城市水问题综合治理理念,目前已从三年试点期转入大规模建设阶段。针对当前海绵城市建设的效果评价问题,为了对海绵城市建设成效进行综合评估,以萍乡市西门片区为例开展了研究。基于SWMM构建了西门片区城市水文模型,将原始情景和海绵情景进行对比,分析海绵城市建设的水文响应和成本效益。结果表明:对于设计面积下的组合海绵措施情景,在2～100a一遇的设计暴雨情景下,西门片区径流峰值减控率为18.34%～14.93%,径流总量减控率为17.91%～14.90%,海绵措施的径流减控率随着设计暴雨重现期的增加而减小。不同海绵措施的"经济-有效性"均随着设计暴雨重现期的增加而减小,其中,下沉式绿地的成本效益值在各不同设计暴雨情景下均最高。研究成果对于丰水地区海绵城市绿色基础设施建设具有参考价值。     

基于SWMM的建筑小区海绵改造水文效应评估

基于城市化前后水文特征,理论探讨海绵城市建设水文效应,确定特征因子;根据西安市暴雨公式,采用芝加哥雨型设计短历时暴雨;利用SWMM模拟重现期1、3、5、10、30、50 a条件下城市化前后、海绵改造前后雨洪过程;计算统计特征因子,分析海绵改造水文效应。研究区域海绵改造后径流总量控制率稳定达70%以上,洪峰削减率稳定达30%以上,区域下垫面自然渗透性得到有效恢复;针对湿陷性黄土下垫面特征,增加不渗透底部,在区域出口设置滞蓄装置,增大区域调蓄容积,控制峰现时间。     

单位LID措施缓解城市内涝效益分析计算——以固原市为例

通过对固原市内涝严重区域资料进行线性处理,得到不同降雨重现期内涝点积水资料,结合暴雨强度公式与下垫面资料,在区域降雨径流总量与内涝点峰值积水量之间建立关系;分析海绵设施建造后不同设计降雨量下,内涝点峰值积水量的削减量,结合在内涝峰值积水总量与居民室内财产损失之间建立的关系,分析源头径流截蓄量对减少居民室内财产损失的影响...     

基于SWMM模型的透水路面径流削减模拟分析

作为海绵城市建设的重要实现手段,透水路面铺装的设计与实施将极大地减轻城市洪涝灾害影响,因此对不同暴雨强度下透水路面径流削减特征的模拟分析具有重要意义。利用SWMM5.0软件对某研究区域内透水路面径流削减效率特征进行模拟,分析不同暴雨强度下的透水路面径流削减特征演化。研究结果表明：（1）随着重现期增加,暴雨强度会逐渐增大并在降雨末期趋于缓和,但雨型变化不明显;（2）本研究范围内,透水路面的铺装将极大地提高地表径流削减,但随着暴雨强度的提高,路面径流削减效率随之降低。研究结果对城市排水系统规划中不同暴雨强度下的透水路面径流削减工艺的选定提供了重要的理论指导。     

城市雨水径流污染及LID控制效果模拟

采用SWMM(storm water management model)模型对城市雨水经流及水质进行模拟,分析不同降雨条件下,LID(low impact development)控制措施对城市雨水径流及污染物的削减效果。结果发现:LID控制措施对城市雨水径流量、污染物总负荷以及径流峰值均有明显削减作用,对径流峰现时间有延迟作用;雨水径流量、污染物总负荷以及径流峰值的削减率随雨峰系数的增大呈先增大、后较小的变化趋势,随重现期的增大而减小;峰现时间的延迟效果与雨峰系数和重现期均呈负相关;相对雨峰系数,重现期对雨水径流量、污染物负荷的削减率、径流峰值以及峰现时间的影响更显著。