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。     

动态径流系数法和基于城市功能区的SWMM参数率定方法研究

城市雨洪模型是研究城市内涝形成规律及演进过程的重要手段,但在我国城市化进程加速、雨水内涝监测能力不足的背景下,模型参数率定和应用面临挑战。为解决缺乏实测雨洪数据条件下城市雨洪模型参数校准的难题,本文提出了根据地理和气候特征计算雨水径流量的动态径流系数法和基于城市功能区的Storm Water Management Model (SWMM)参数率定方法。在福建省三明市的应用表明：动态径流系数法与规范和经验公式结果一致,与传统方法相比则能反映降雨产流随雨强、下渗等因素变化的规律,更符合城市降雨产流的实际过程。基于城市功能区的参数率定方法结果与研究区城市化水平和下垫面特征相符。率定后雨水径流过程NSE值达到0.80,雨水总径流量误差处于6%以内,洪峰时间误差小于3分钟。本文提出的方法可为缺乏实测雨洪数据地区的城市雨洪模拟提供参考。     

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。     

浑河流域下垫面变化对径流系数影响的分析

根据浑江流域内下垫面的变化情况,采用趋势变异识别分析法,分析浑河流域内下垫面变化对径流系数系列的影响,分析出下垫面变化前后径流系数系列变化规律,对浑河流域科学制定水资源长期规划和保护流域水资源等具有重要的参考价值     

基于SWMM的城市洪涝风险管理研究

为了研究城市洪涝风险评估的问题,采用SWMM(Storm Water Management Model)模拟技术进行洪涝风险危险等级量化研究。以涂家营沟流域为例,基于SWMM模型模拟不同重现期降雨下的淹没情况,计算各子汇水区基于淹没深度、淹没面积、土地利用、人口密度和淹没道路等脆弱性参数建立的危险等级,确定洪灾危险区。结果表明:在20年一遇的情景下研究区溢流量为62 350 m~3,淹没面积为0.177 4 km~2,其原因是排水系统不达标且淤积严重;基于淹没深度和淹没面积的高洪灾风险区面积为0.049 km~2,基于土地利用的高洪灾风险区面积为0.516 km~2,基于人口密度和淹没道路的高洪灾风险区面积为0.041 km~2;该研究区内洪灾危险区由低级到高级的面积分别为1.83 km~2、1.00 km~2和1 950 m~2,高危险区主要集中在城市中心、居民区。淹没深度和淹没面积是确定洪涝灾害等级最敏感的参数,为洪涝风险评估提供依据。研究结果可为我国城市发展规划提供参考依据。     

下垫面变化对城市内涝的影响

采用美国农业部提出的SCS水文模型计算产流、二维非恒定流公式计算汇流、概化排水管网计算排水,构建了城市洪涝灾害积水模型。以蚌埠市为例,通过分析2006年与2014年的土壤及下垫面资料,确定产流关键参数,计算20年重现期降雨条件下的城市积水情况,对比分析了下垫面变化对内涝灾害的影响。     

考虑降雨的下垫面变化对径流的影响分析

以下垫面覆被条件变化来表征的人类活动是水文循环研究中的核心问题,对流域发电、水资源管理以及社会经济可持续发展起到至关重要的影响。本文采用趋势分析法分析右江水电站控制流域内的年降雨量以及年径流量的变化特征及趋势,在利用Arc GIS分析流域下垫面变化的基础上,分别采用多元统计模型和考虑降雨的多元统计模型对径流系数进行模拟。结果表明年降雨量与年径流量的总体变化趋势是一致的,对年径流影响最大的要素是年降雨量,将降雨作为自变量放入回归模型后,模型拟合效果明显提高。     

基于SWMM模型的城市内涝成因分析

为探索城市内涝形成原因,研究城市雨洪的形成机理及排水系统的负荷能力,选取杭州西湖区之江新城作为研究对象,以2021年3月19日研究区典型场次降雨为例,采用SWMM模型进行了内涝模拟,并从水量平衡、管道满载和溢流点等方面进行了分析。结果表明：之江新城73.2%的降水量形成了地表径流;进入管道的水量中,48.2%的水量经管道直接排入河道,37.3%的水量从雨水井溢流,剩余的水量保留在管道中;50%的管道已经满管,15.2%井点溢流。研究成果说明城市下垫面的改变会使产流量增加,城市排水系统能力不足会引起城市内涝风险。     

天津城市下垫面降雨损失特性试验研究

城市下垫面降雨损失特性是城市水文学研究最为基础也是最重要的内容,以天津市西青区某高校为研究区域,在测量5种典型下垫面入渗及蒸发这2个重要的降雨损失环节基础上,采用情景分析的方法,选取5场代表性降雨事件分析了城市下垫面的降雨损失特性.结果表明:①绿地、沥青混凝土路面、铺砖路面初始入渗率分别为5.28、1.03、0.61 ...     

下垫面变化对流域产汇流影响研究进展

近年来随着人类活动影响的加剧,流域的下垫面条件发生了显著变化,改变了流域入渗、蒸散发、径流等水文过程的特征,对流域的水资源、洪旱都造成了显著影响。为科学合理地开发流域水资源,下垫面变化对流域产汇流影响成为水文科学研究的热点问题。近年来国内外关于下垫面变化对水循环影响方面的相关研究历程可以划分为萌芽阶段、起步阶段和发展阶段,现有研究认为,森林砍伐与草地开垦、农业开发与城镇化建设活动可以增加径流量,而水土保持措施可以减少径流量,流域下垫面通过各种景观变化的耦合作用影响河川径流。下垫面变化的水文效应的研究方法主要有流域对比试验法、特征变量时间序列法、水文模型法等,其中,流域生态水文模型是生态水文研究的前沿和热点。此外,多种综合方法越来越多地应用在下垫面变化影响水文效应的研究中,而"原型观测+数值模型"的研究方法可能会成为一个发展趋势。     

下垫面要素变化对径流影响的多元统计分析

为提高流域径流预报精度,增加水电站运行效益,选取小湾水电站控制流域为研究对象,根据卫星遥感资料提取的研究区域的1986、1995、2000年土地利用资料和小湾水电站多年入库流量资料,以径流系数为因变量,耕地、林地、建筑用地等下垫面要素为自变量,用SPSS回归模型、非线性回归模型分析径流系数和下垫面要素的回归关系;同时考虑到前一年降雨对下一年径流有一定的影响,加入降雨径流方法,采用3种方法分别对径流系数进行模拟。结果表明:非线性回归模型对径流系数模拟程度较好,可应用于径流预测工作中,提高中小流域的水能利用程度。     

基于SWMM模型的城市排水模拟应用研究

城市积水、内涝问题随城镇化进程的不断加快而日益严重。为有效解决这一问题,分析其出现的原因,以武汉市谌家矶片区为例,基于SWMM模型,结合城市DEM数据和雨水管网规划数据构建了城市排水模型,以溢流雨水井数量和超载管段长度为评价指标,模拟了不同雨峰位置系数和径流系数下雨水管的排水能力,并对评估指标做归一化处理,评估了雨峰位置系数和径流系数对城市排水的影响。结果表明：(1)积水雨水井数量、超载管段长度均正相关于径流系数和雨峰位置系数,城市积水内涝情况随径流系数和雨峰位置系数的增大而加剧,且受径流系数的影响更为严重;(2)不同评价指标下的相对敏感度有明显差异,径流系数对地面积水影响较大,雨峰位置系数对管段超载影响较大。     

基于SWMM和ICM模型的城市内涝模拟分析

随着城市化的不断推进,极端水文事件如汛期强降雨、迅猛的暴雨导致的快速涝情,以及涝旱交替等现象,其发生频率和强度正迅速增加。本文以北京市某地区为例,在此基础上建立了城市一维雨水管网模型和城市二维地表淹没模型,进而制作城市内涝淹没图。通过分析内涝的影响因素并进行风险评估,深入了解内涝现象。研究结果显示,北京市的排水情况不容乐观,绝大多数排水管段的排水能力在10 a内仅能满足一次。这一状况不仅涉及管段数量,还包括管线长度,超过90%的管段排水能力均未达到10 a一遇的水平,约50%和40%的管段聚焦在1 a一遇和2 a一遇的降雨情景;伴随着降雨重现期的延长,峰值流量出现的时间变化较小。积水的起始时间和积水持续时间的演变趋势基本相同,在降雨重现期从1 a一遇到3 a一遇时表现出较大的变化,而在3 a一遇到100 a一遇时,变化渐趋稳定;随着降雨重现期的延长,积水深度和积水面积的变化强烈。在重现期为100 a一遇的情况下,积水面积占了总面积的45.22%,而积水深度则高达1.25 m。     

紫荆关以上流域下垫面条件变化对产汇流影响分析

由于人类活动改变了流域下垫面条件,导致流域入渗、蒸散发、径流等水文要素发生一定的变化,从而引起流域产汇流的变化。针对以上情况,选用紫荆关以上流域历史暴雨洪水资料,分析了流域下垫面变化对流域产汇流影响,为今后洪水预报和水资源分析评价提供资料基础。     

基于 SWMM 的 LID 设施分区布局及减排效益

为探讨低影响开发（low?impact?development,LID）设施对缓解城市洪涝灾害以及削减污染负荷的效果,选取绿色屋顶、雨水花园、透水铺装和雨水罐 4 种 LID 设施,通过构建暴雨洪水管理模型（storm?water?managementmodel,SWMM）,并根据实际地形和管网走向将研究区汇水面分为不同分区,分析 LID 设施组合在 7 种布设方案下对径流控制和雨水污染负荷减排的影响。结果表明：对于 7 种布设方案,LID 设施组合均能有效削减径流量和雨水污染负荷,且分区布设时,LID 设施组合在上中游分区对径流量的控制效果较好;在相同设计降雨重现期下,各布设方案的削减效果依次为全区>上中游分区>中下游分区>上下游分区>下游分区>中游分区>上游分区;LID设施组合布设在下游分区时的径流量削减率较布设在上游分区提升 5.19%～6.82%,布设在上中游分区较布设在上下游分区提升 1.87%～3.62%,较布设在下游分区提升 16.48%~18.97%;LID 设施组合全区布设较布设在下游分区提升 29.60%～31.17%,较布设在上中游分区提升 12.20%～13.12%。因此,在海绵城市规划建设之前建议全区按需布设 LID 设施,在进行老旧小区改造时可着重考虑将 LID 设施布设在上中游分区。     

基于SWMM的城市初雨净化设施布局优化研究

本文基于低影响开发理念及海绵城市建设,以河南省扶沟县城南新区作为研究区域,采用SWMM模型,研究分析了雨水涵养池在不同上下游区域、不同布设密度和不同降雨重现期的情况下,其对雨水径流的调控效果和污染物的削减作用,并通过对比分析后确定空间布局最优方案。结果表明相同降雨重现期和布设密度时,雨水涵养池布设在上游区域对污染物削减效果明显,排放口洪峰削减大;并且相同降雨重现期,涵养池布设在上游区域时,其分布越分散,污染物和洪峰的削减效果越好。     

基于SWMM模型的城市雨洪模拟建模方法研究

针对南京师范大学仙林校区的复合地形特征,提出了综合考虑地表明渠和管网作用的城市雨洪模拟数据建模方法.结合典型降水后的监测数据,选择SWMM对典型降水进行模拟,以径流系数作为校准目标进行了参数校准.结果 表明,文章提出的建模方法能较好地模拟研究区的降水雨洪过程.     

基于SWMM模型的海绵城市径流量控制有效评估方法

当前,我国海绵城市管理出现诸多问题,传统的流量控制方法,难以科学有效的实现流量控制分析,使其流量出现评估不准确的情况。为了解决上述问题,提出了基于SWMM模型下的海绵城市径流量控制效果评估方法,该方法引入SWMM模型,实现实时跟踪模拟,确定SWMM模型在城市排水系统中的组成结构。SWMM模型主要由水文模块、水质模块、水力模块三个部分组成,分别对地面径流量和污染物累积进行计算,并得到水力模块的连续性方程。同时,也考虑到路面工程建设的改建、生物滞留设施、雨水花园、透水铺装几个方面对雨水径流关系的影响,对多个角度进行控制评估。实验结果表明,通过建立基于SWMM模型的连续降雨下的海绵城市径流量控制效果评估方法,针对连续降雨天气进行分析,海绵城市径流量提高了40%以上,对于保证城市维稳和运营有着显著的效果。     

基于SWMM的城市暴雨内涝风险分析——以南昌工程学院瑶湖校区为例

为解决城市内涝问题,以南昌工程学院瑶湖校区为研究区,利用SWMM构建了暴雨洪水管理模型,模拟不同重现期暴雨情况下研究区淹没时长和积水深度的空间分布,结合高程分布对研究区进行了暴雨内涝风险区划分,并对研究区内涝成因进行了分析。结果表明：SWMM模型的模拟结果与实测结果接近,模拟效果较好;随着暴雨重现期的增加,研究区内的淹没时长和积水深度增加,遭遇50年一遇暴雨时内涝中高风险区面积相较于5年一遇暴雨时增加了12.51%,其中次高风险区面积增加了9.94%,中等和高风险区面积增加较小。研究结果可为海绵城市建设提供参考。     

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。