外河对城市排水管网影响的数值模拟研究

针对城市外河道水位与城市排水管网水流相互影响的问题,将外河道纳入城市雨洪系统中,采用水动力学方法进行外河道、管道内的汇流演算,构建了街道、管道、外河道3层结构的城市雨洪模型,模拟不同外河水位条件、不同洪峰遭遇条件对管流运动过程的影响。结果表明,外河水位较高时,会对管网水流有顶托作用,特别是当管道出流处于完全淹没状态时,管网排水能力将大大降低;当外河道洪峰与管道洪峰叠加相遇时,推迟外河道峰现时间,可减少外河水位过高对管网排水产生的不利影响。     

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。     

基于SWMM的南昌青山湖片区内涝积水模拟

对江西省南昌市青山湖区的排水管网、道路和河道水系等进行了概化,采用SWMM软件对重现期为1,2,5,10 a一遇和50 a一遇的暴雨排水情形进行了模拟,得到了积水深度、积水面积和积水时间等因素,在衡量内涝积水严重程度时需综合考虑。结果表明,排水管网淹没出流时的顶托作用是导致内涝积水的重要原因。对于该区域,城市排水管网半淹没出流和自由出流对排水能力影响不大,但淹没出流导致管网排水能力急剧下降。     

行业综合信息

淹没出流流速的确定由于北方平原城市多数雨水管道出口为淹没出流,受河水顶托影响,管道的实际排水能力能否达到设计要求,需要进行校核。可以从能量的角度校核淹没出流排水能力,这需要根据排放水体设计水面坡降线、管道沿程地面标高线、管道计算水力坡降线来计算,在此不再赘述。     

耦合市政排水管网的城区河道洪水过程模拟

文章以滕州高铁新区小洪河为例,在对规划管网、河道、地形分析的基础上,构建了耦合城区内部河道与市政排水管网的水力模型,分析了目标降雨条件下城区河道的洪水过程。耦合城市管网与河道的水力模型能够反映管网汇流对河道流量的影响,也能体现河道水位对管网出流的顶托,能真实的模拟出市政排水管网与河道组合的城市排水过程,为城市排水系统的精细化设计提供依据。     

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。     

稻田控制排水对高邮灌区河道洪水过程的影响

以高邮灌区为例,采用水文-水动力模型,研究稻田控制排水措施对河道洪峰流量、水位和洪水过程的影响。结果表明,雨前通过控制灌溉适当降低田间水位可减轻稻田出流峰值,随着稻田控制水位的增加,稻田径流峰值逐渐降低。通过稻田控制排水,可降低田间出口峰值流量,改变灌区河道洪水过程,降低河道洪峰流量和水位,减轻灌区内部以及附近河道的防洪压力。     

外河水位顶托下雨水管网排水能力变化的SWMM模拟

以沈阳市和平区雨水管网系统为例,选取芝加哥雨型为设计雨型,利用SWMM,模拟分析了不同暴雨重现期和外河设计洪水位下的雨水管网系统排涝过程。结果表明:随着降雨重现期增大,雨水管网排水能力增加,但积水程度加重;雨水管网系统有效排涝系数随着降雨重现期的增大而减小,且在高重现期时变化程度减缓;雨水管网系统总排水能力与外河水位和各节点(雨水井)的平均落差呈显著正相关,相关系数R为0.992,并呈近似线性关系;泵站排水在淹没出流地区至关重要,本例中可提升36.3%的管网系统排水能力,而对于自由出流地区,泵站对系统排水能力基本没有贡献。     

潮汐河口闸下风暴潮特征模拟

潮汐河口闸下风暴潮水位对于河道防洪排水至关重要。以苏北里下河主要入海通道射阳河、黄沙河、新洋河和斗龙河等建闸河口为例,采用模型嵌套的方法,以平面二维数学模型模拟了里下河地区“9711”台风风暴潮期间闸下河段的潮汐水流和风暴潮运动过程,研究了闸下风暴潮水位相对河口风暴潮水位的变化特征。模拟结果显示,底摩擦、浅水变形、边界反射等相互作用影响,闸下风暴潮水位和潮汐水位存在一致的变化特性,即高潮位抬升,低潮位下降,潮差(增水)增加;涨潮历时缩短,落潮历时延长;风暴潮水位的变化幅度大于同时期的潮汐水位,风暴潮过程对于闸下排水具有显著影响。在与闸顶高程一致的上游水位条件下,相比天文潮过程,“9711”风暴潮过程可减少闸门过流流量的20%~25%。     

内河岸线调整长度对顺直河道的行洪影响

针对内河岸线调整长度对顺直河道行洪影响的问题,采用概化非恒定流模拟了河道拓宽比为0.30的顺直河道调整不同长度岸线后的河道行洪情况,从水面线、槽蓄量、分流比和水流流态等方面分析了其对顺直河道行洪的影响。结果表明:(1)岸线调整长度增加,岸线调整区槽蓄量增加,岸线调整区分流比最小值与其极限值越接近;(2)岸线调整区对水面线起到沿程先降低后抬高、再降低再抬高的作用,存在不抬高河道水位的临界岸线调整长度与河宽比;(3)河道水位抬高最大值随着岸线调整长度的增加先增大后减小,存在最大程度抬高河道水位的岸线调整长度与河宽比,河道水位抬高影响范围和水位抬高最大值均很小,主要集中在岸线调整区局部河段;(4)分析河段水流运动受岸线调整区进口"突扩"作用、出口"突缩"作用和岸线调整区槽蓄作用的共同影响。综上,可采用退堤的方式增加河道行洪能力,但需注意其对河道局部水位的抬高影响。     

基于SWMM模型的沿海城市内涝模拟研究

沿海地区台风过境时的短历时强降雨可迅速形成地表径流,易导致城市内涝,造成严重的经济损失和人员伤亡。为缓解该问题,本文以福州晋安河流域为例,构建了基于SWMM管网和地面二维积水的城市内涝模拟模型,以研究该区域城市内涝成因及应对策略。实例研究表明,上游库湖泄水抬高内河水位,下游外江涨潮使内河排水不畅,是形成内涝灾害的主要原因。为此提出库湖闸站联合错峰调度方案,有效防止下游江水倒灌。以苏迪罗台风降雨为例,采用该调度方案可减少管网节点溢流量27.44%,缩小淹没面积29.73%,降低内涝严重区河道最高水位1.02 m,有效缓解地表淹没。本研究成果可为福州城市内涝的科学调度提供技术支撑,同时对其他沿海城市的防洪调度具有参考价值。     

石家庄市暴雨内涝精细化水动力模型应用

近年来石家庄市极端天气逐渐增多,局部短历时强降雨的发生愈加频繁,造成城区大范围积水,损失严重。基于高精度DEM数据,采用小尺寸结构化网格建立石家庄市暴雨内涝精细化水动力模型。模型精确反映了房屋建筑、城市道路、立交系统和排水渠系等典型城市地物;采用分区径流系数和糙率体现不同下垫面的影响;通过将排水分区精细划分至各雨水干管实际控制街区模拟管网实际排水过程,并设置点源模拟城市立交泵站。模型高精度地模拟了该市主城区房屋阻水、庭院雨水出流、地道桥等低洼处汇水积涝、路面行涝、管网排水以及泵站抽排水等具有典型城市特征的水流现象,计算统计了城区积涝面积、积水点及积水路段。将该市内涝危险性等级划分为高、中、低三级,结合模拟结果进行风险分析及等级划分,分析结果为石家庄市防涝减灾工作和内涝风险管理提供信息支持,具有重要实用价值。     

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。     

城市市政排水与区域排涝水动力耦合模型研究

针对有些城市(特别是沿海地区城市)遇大到暴雨容易出现内涝的问题,经分析,主要是没有将城市排涝与城市的自然地理位置及其周边江河洪水的特性结合考虑,城市排水设计方法上的滞后性是城市内涝的原因之一。为解决这一问题,应用圣维南方程组,对明渠、雨水管道及田面汇流等多个排水系统的关键组成部分进行表达,通过彼此之间的联接关系,建立了城市市政排水与区域排涝的水动力耦合模型。实例应用表明,该模型能客观反映承泄区河道水位顶托及长历时暴雨对城市排水的影响,可广泛应用于城市排水的规划设计工作中。     

基于MIKE URBAN的西安市中心城区雨洪过程模拟

城市排水管网的分布与建设是城市基础设施建设的重要组成部分,城市的排水能力关系到城市服务功能的正常运转。通过城市雨洪过程的分析,可以评价城市洪涝灾害。以西安市中心城区为研究对象,利用MIKE URBAN构建排水管网模型,根据模拟结果对研究区管网排水能力进行评估,分析易涝成因。结果表明:MIKE URBAN能够较好地模拟城市管网水位、流量变化及易涝点的分布情况。根据西安市暴雨强度公式,设计不同重现期(1、2、3、5a)的降雨过程,在1a降雨过程下,研究区90%以上管道处于满流状态,60%以上的检查井发生溢流,满流管段数和溢流井个数会随着降雨频率的增加而增加,但增幅相对减少;管道设计标准普遍偏低、下垫面不透水率增大、地形等因素是导致地面积水的主要原因。研究成果可为城市内涝防治及海绵城市建设提供理论基础和技术支撑。     

综合管廊雨水舱缓解城市内涝的效果分析

为了探究综合管廊雨水舱缓解内涝的效果,以广州市杨梅河为例,建立了杨梅河区域现状排水系统、现状排水系统结合综合管廊雨水舱两种工况的暴雨洪水管理模型(SWMM),计算了4种降雨重现期下各工况杨梅河出口流量和典型内涝点溢流量。结果表明:雨水舱较优断面为宽4 m、高3.3 m,此时各降雨重现期下雨水舱对研究区总溢流量的缓解效果已达上限;综合管廊雨水舱可缓解杨梅河下游内涝,对下游两处典型内涝点的溢流量平均削减率分别为86.5%和42.2%,但对杨梅河上游内涝几乎不起作用;综合管廊雨水舱会增大杨梅河出口的峰值流量,在20年一遇降雨条件下杨梅河出口达到最大出流能力。     

城市不同排水除涝标准衔接方法的探讨

为了有效解决城市内涝问题,需要对管道排水标准和河道排涝标准的合理衔接做进一步的探讨。破坏率分析法及相融性分析法都是现阶段管道排水标准与河道排涝标准衔接研究中较为常用的两种方法,选择江苏省宿迁市作为研究区域,运用这两种方法从河道顶托和平衡降雨强度两个角度对宿迁市排水与排涝的重现期衔接问题进行研究,发现两种重现期分析方法得到的衔接结果总体相近,仅在管道重现期为2 a的低重现期下有一定偏差。建议两种重现期分析法在实际运用中可以相互比对验证,为城市排水防涝系统的建设与完善提供科学参考。     

南方平原河网区城市内涝的全过程监测与特征分析

南方平原河网区中普遍存在由堤防、闸坝以及泵站形成的高度城镇化圩区,圩区内受降雨过程和泵站启闭影响的城市内涝特征和模拟方法仍有待探索。本文以常州市城市产汇流与内涝实验基地为对象进行了降雨、管道及河道水位流量等全过程长期监测,并通过布设水位计和视频监控设备进行城市内涝积水深度和范围自动监测。监测数据表明圩区内管网和河道流动性很差,管网长期处于淹没状态,监测期间管道水深有75%时间大于0.76 m;在检查井未发生溢流冒水现象时,仍然会发生内涝积水且主要集中在雨篦子周围道路低洼处,其深度和范围主要受到降雨过程、地形、雨篦子收水能力和泵站启闭的影响;开启泵站在增大管网排水能力的同时也在一定程度上削减了内涝积水范围。因此,根据降雨预报与内涝积水实时监测信息及时调控圩区水位可以有效缓解内涝积水情况,在模拟城市内涝时也不应忽略雨篦子收水能力和泵站启闭对内涝过程的影响;本研究可为构建城市内涝全过程在线监测平台提供参考,也能为城市内涝过程的概化模拟方法提供依据。