基于SWMM的城市排水系统改造优化研究

为了解决城市排水系统改造优化时系统淤积的问题,采用SWMM(Storm Water Management Model)模拟技术进行排水系统改造优化研究。以柳州中心城区为例,构建包含淤积设置的排水系统现状模型进行现状评估,并构建清淤工况模型来评估清淤措施的效果。在清淤模型基础上,针对p=5年情景分析系统溢流原因并进行改造,将过水能力不足的管段增加断面尺寸,使得系统能够抵御5年一遇降雨,并运用模型验证其可行性。结果表明:现状排水系统在p=2年情景下溢流量为9 083 m3,排水能力较弱,其原因是设计标准较低且存在一定的淤积现象;将系统进行清淤措施后在p=2年情景下溢流量为2 616 m~3,减少了71.2%,有明显改善但还存在较大的溢流现象;以5年一遇为目标对系统15%的管段进行改造,改造后在p=2年、p=3年情景下均无溢流现象,在p=5年下溢流量为238 m~3,不足以形成内涝灾害。改造方案可以有效地解决城市内涝现象,并为城市排水系统改造优化提供参考依据。     

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。     

城市副中心合流制管网不同截流形式效果模拟研究

针对当前北京城市副中心合流制截流形式不清的问题,通过现场勘探调研,识别了重点合流制排口的截流情况,构建了排水管网数值模型,模拟不同形式截流井的截流效果.研究结果表明:(1)研究区合流制排水管线截流形态以堰式截流为主,截流管尺寸在300～500 mm之间,部分管道的实际截流能力低于设计值;(2)不同形式的截流井在无雨时截流量相同,堰式、槽堰结合式、槽式截流流速依次减小;(3)1年一遇重现期降雨下,3种形式截流均为满流,堰式峰值最高,截流总量最大,其次为槽堰结合式截流;(4)堰式截流井可减小管道埋设深度,增大截流量,槽式截流井可减小实际截流量与设计值的误差,降低上游管道水位及内涝风险.建议在上游排水能力满足要求的区域可采用槽式截流,在排水不畅的区域采用堰式截流.本研究对于合流制溢流治理工作具有一定的参考价值.     

耦合地表水动力过程的管网排水模型研究

现今防洪排涝已成为城市发展亟需解决的重要问题之一,排水管网是支撑城市防洪排涝的重要基础设施,准确模拟其不同条件下的排水过程有助于检验管网排水能力。该文建立了地表水动力和排水管网的耦合模型,并采用了树状和环状两种典型管网结构作为验证算例,探明模型的计算效率及其适用性。模拟结果表明,所开发的模型对树状管网的流量过程模拟效果最好,环状管网次之。树状管网模拟结果与文献值的相关系数R~2为0.99,NSE为0.98,峰值流量计算误差小于1%;环状管网模拟的R~2为0.96,NSE大于0.9,环状管网模拟结果优于文献值。该文同时将模型应用于某小区排口流过程线的计算,模拟的三场降雨排口流量过程NSE值分别为0.79、0.92和0.72,表明该模型能够良好运用于城市管网排水过程的模拟。     

基于SWMM和SCS法的城市内涝模拟及雨水管网系统评估

针对郑州市高新区城市排水特点,应用暴雨洪水管理模型(stom water management model, SWMM)模型建立城市排水模型,其中下渗模型采用径流曲线数(soil conservation service curve number, SCS-CN)法体现城市下垫面对城市内涝的影响。利用该模型对不同重现期实测降雨条件下的超载管段和积水节点进行模拟分析:根据超载时长将超载管段划分为安全超载管段、积水超载管段和内涝超载管段;根据积水时长将积水节点划分为积水点、内涝点和洪涝点;同时根据不同重现期降雨条件下的管网流量与管网最大充满度,将超载管段分为4种情况。研究结果表明:模型能较好地模拟郑州市高新区城市暴雨内涝情况,但高新区雨水管网系统不能很好地应对郑州市排水规范中的设计重现期暴雨;郑州市高新区排水管网超载管段和积水节点产生原因各有不同,但二者具有紧密的正相关关系,超载管段两端的节点更易产生溢流,由此形成4个明显的易涝区。     

基于SWMM和InfoWorks ICM模型的大红门排水区暴雨内涝模拟

为探究不同暴雨情景下北京市大红门排水区内涝过程演化规律,构建SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合城市暴雨内涝模型,模拟分析了大红门排水区不同重现期降雨下管网排水能力、地表淹没情况及内涝危险性。结果表明：SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合模型在大红门排水区暴雨内涝模拟中具有较好的适用性;大红门排水区70%以上的管道排水能力不足5年一遇设计标准,随着降雨重现期增大,溢流节点和超载管道数量增多,超载时长增加,但溢流节点超载时长增幅减小;易涝区和中高危险区主要分布在大红门排水区中部和东南部下凹桥区;随着降雨重现期增大,内涝区积水深度增加、积水范围扩大,0.2 m以上水深区域占比增加,低危险区主要向高危险区转化,较少向极高危险区转化。     

截流式合流制排水管网设计新思路

提出了一种以溢流井为分界线,将截流式合流制排水管网分解为一系列小型完全合流制排水管网的设计新思路,并以管网关联矩阵和节点连接特性矩阵为基础,以节点平衡原理和节点递归算法为核心,实现完全合流制排水管网的流量计算和水力计算.该方法能有效减小管网计算模型的规模,降低程序设计难度,提高程序的实用性.     

基于SWMM的城市排水管网优化模拟

通过改变影响排水条件的因素如管径、管道坡度、下垫面性质、检查点埋深等,对不同情景下研究区域排水情况进行模拟,并对模拟结果进行分析评估,确定了影响管网溢流的主要原因。依据模拟结果,针对引起节点溢流的主要影响因素,相应地制定了多种方案对研究区域管网进行优化改造,并对优化后的管网再次进行模拟以检验优化效果,根据模拟结果从多种方案中选取最佳改造方案。研究结果可以对城市雨洪管网的设计和改建提供技术支持,以减少洪涝灾害造成的损失。     

排水管道淤积状况模拟分析

针对排水管道中沉积物淤积状况判断的实际需求,利用上下游检查井的水位测试,并借助排水管网水力模型,可判断管道淤积状况。通过分析淤积特征,提出水位相对变化指标概念;构建小型案例,从管道淤积平均断面面积和淤积平均长度、管长、管径、坡度、流量、管道粗糙系数7个方面分析其对上下游检查井水位的影响。模拟结果表明,开泵后淤积管道上下游水位差变化比无淤积管道明显;淤积平均断面积和淤积平均长度均对管道上下游水位差具有影响;管道淤积程度越大,水位相对变化指标K值越大;当K≥2时,则可判断管道存在淤积,淤积面积为30%以上。     

基于SWMM的城市社区尺度管网排水模拟——以福州市某排水小区为例[H

基于福州市晋安区某典型居民区实测的管道液位数据，利用遗传算法对SWMM（storm water management model）参数进行优化率定，并利用Morris法对影响产汇流计算的主要参数敏感性进行分析。在此基础上，利用不同重现期的降雨驱动模型，比较分析在不同情景下小区排水管网的排水能力。结果表明：基于遗传算法对研究小区SWMM的参数率定取得了较好的效果，模型参数的拟合度较高；20180531场次降雨计算得到纳什效率系数0.82，20180620场次降雨计算得到纳什效率系数为0.81，实测最大水位、峰现时间等参数误差均在2%以内。通过对参数进行Morris敏感性分析，该居民小区SWMM的最大下渗率、最小下渗率、衰减系数以及管道糙率是比较敏感的模型参数。在不同重现期降雨情景下对排水管网排水能力分析可知，在降雨历时增加时，流量、节点平均超载时长、节点溢流数、满管时间等指标受降雨重现期的影响较大，节点超载数、满流管道数受降雨历时影响相对较小。研究结果可以为城市社区尺度下的管网排水系统模拟及评估提供一定的借鉴。     

节点流量和水损系数的不确定性对供水管网水力特性的影响

供水管网的节点用水量和水损系数具有明显的不确定性,为研究节点用水量和水损系数的不确定性对供水管网水力特性的影响,提出了在假定他们的随机变化服从正态分布的条件下,采用蒙特卡罗随机抽样法,对所获的每组节点用水量和水损系数的抽样值,应用稳态的水力模型计算相应的节点测压管水头和管段流量,得出节点测压管水头和管段流量的统计值的计算方法。文中给出了该算法在两管网中的应用。     

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。     

河道治理工程设计探讨 ——以恩平市锦江河为例

锦江河位于恩平市境内,属于潭江恩平段.该治理河段河道淤积严重,排水不畅,每年遇台风、暴雨、洪水时,容易造成较大洪涝灾害.为了保证流域内人民生命财产的安全,亟需对本河段进行治理.工程采用清淤疏浚+生态护岸护坡防冲手段,对堤岸堤坡进行加固抗滑设计.项目完工后,能提高岸坡抗冲刷能力,解决淤积、排洪不畅问题,改善河流生态环境,...     

基于DRA-SSTFN耦合模型的城市供水管网结构稳定风险评估

针对供水管网结构稳定风险评估过程中部分指标数据缺省和难以量化等特征,构建了城市供水管网结构稳定风险评估的DRA-SSTFN耦合模型。该耦合模型利用模糊语义的11级划分标准定量表征供水管网各指标的风险等级和风险重要对比度,并计算出不同待评节点管段综合风险的95%置信区间范围。经耦合模型对供水节点管段进行模拟试验N=20 000次时,其仿真结果已收敛,并给出不同节点管道的动态风险区间值和正态概率分布图,可为城市基础设施规划提供借鉴。     

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。     

海绵机场低影响开发设施设计及效果评价

根据国内外海绵城市、海绵机场建设理论与成效,探讨了海绵机场建设的原则和目标,针对我国不同分区的实际情况设计了适宜不同地区机场的低影响开发（LID）设施,并以某机场为例,基于SWMM模型验证LID设施的雨洪控制效果。结果表明：建设LID设施后,机场径流总量削减率和峰值流量削减率最大分别为74.0%、51.0%,峰现时间最多延迟16 min;机场飞行区在增设LID设施后溢流节点数减少13.1%,超载管段数量减少20.4%;机场停车场在增设LID设施后溢流节点数减少了6.3%,超载管段数量减少了10.0%;管段最大积水深度减幅为68%,最大流量减幅达63%。机场规划建设LID设施对雨水径流、峰值流量控制效果显著,降低了机场雨水管网系统排水压力的同时,对机场防洪排涝也具有重要意义。     

蛋形截面塑料无压管的水力计算

排水管道的起始管段经常堵塞,因此人们对小流量污水管道淤积的原因进行了研究。谢果林以列宁格勒排水管网的不计算管段为例,证明了当其它条件相同时,只有增加自流管道的充满度,才能保证提高污水水流的输送能力。对这个问题进一步的研究,不但验证了谢果林的结论,而且还定出了排水管道起始管段的设计规定: V_(cp) h/d~(1/2)≥0.6 (1)式中V_(cp)——水流的平均流速,米/秒;h/d——管道充满度(应不小于0.3)。条件式(1)是“建筑物内部给水排水设计规范”“CH-30-76”对排水管道起     

龙岗区市政排水管网内窥检测成果分析

为了查明龙岗区市政排水管网的现状,为下一步工作提供参考依据。采用CCTV、QV方法对龙岗区街道市政排水管网进行内窥检测,目前已检测完成的2472段管涵管段,共发现1318段管涵出现1345处缺陷,建议针对不同等级的缺陷采取不同的修复措施。保证排水管网质量,提高区域排水能力。研究结果可为龙岗区实现排水管网专业化运维全覆盖、确保雨污分流取得实效提供参考。     

统筹兼顾生态治河——通州区全面开展中小河道治理

通州区地处北京市下游,区内流经13条河流,每年城区及上游区县约90％的雨水经通州区温榆河、北运河、通惠河及凉水河等河道排出境外,因此,通州区既要解决自身防洪排水问题,同时要承担全市行洪排水,任务艰巨,责任重大。2013年,为全面推进水务基础设施建设,进一步提高城乡防洪能力,加快“7·21”特大暴雨自然灾害水毁工程修复,按照北京市统一部署,通州区积极开展中小河道治理,汛前完成了北运河清淤整治工程、通惠排干清淤整治工程及通惠河水环境综合整治一期工程等,治理河道总长度39．42km,清淤约280万m3,还有12处浅滩整治、两岸护砌改造及景观绿化等,大大增强了河道行洪排水能力,同时集蓄雨洪水,涵养地下水,形成了水清、岸绿、水系循环的生态景观。     

基于SWMM和PSO-GA的多目标雨水管网优化模型

针对城市雨水管网优化问题,为了提升管网改建后的综合效益,考虑将管网建设经济性、排涝有效性和积涝风险性共同作为优化目标,建立基于SWMM和PSO-GA的多目标优化模型;采用极小-极大法构造多目标优化问题的适应度函数,避免了使用罚函数法带来的不便。将改建管道的数量与管径作为优化变量,通过对SWMM模型的修改,输出30 a暴雨重现期下各个排水井的节点水头和各个溢流井的积水历时,并将其综合作为优化函数的输入变量,着重分析管网优化后的城市内涝情况,求解得出10种改建方案,并对部分方案进行对比。结果表明:适应度值最高的两种方案改建费用约50～60万元,总溢流量、总积水历时、最大淹没水深均减少约20%～30%,模型优化结果较为合理,对城市雨水管网建设具有一定的借鉴意义。