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。     

下凹式绿地对地表径流的调节作用研究

下凹式绿地是城市低影响开发建设的手段之一,为评价下凹式绿地对城市地表径流的调节作用,通过对不同暴雨重现期下的下凹式绿地雨水渗蓄率、临界下凹深度、临界面积比例进行计算,设计研究区下凹式绿地建设方案,并对各方案的径流拦蓄效果和减峰效果进行对比分析。结果表明:当暴雨重现期为3、5和10 a时,在研究区实施两种不同下凹深度(0. 15、0. 2 m)和不同下凹式绿地率(20%～45%)的下凹式绿地建设方案,其拦蓄效果和减峰效果均能达到99. 92%以上。下凹式绿地对城市地表径流调控具有显著的调节效果。     

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。     

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。     

基于全生命周期的海绵设施雨洪管理成本与效益模拟研究

针对当前海绵城市建设的成本与效益问题,以江苏省某市的新建医疗中心二期工程为例展开研究。基于场地现状确定不同类型的海绵设施组合,使用SWMM对场地在不同降雨条件与不同海绵设施组合下的雨洪管理效果进行模拟,最后基于全生命周期进行成本与效益评价。结果表明：海绵设施可有效加强城市雨洪管理,可使峰值径流量减小53.32%～70.14%,使出水口流量减小6.67%～53.33%;不同海绵设施的雨洪控制能力和成本效益值与暴雨强度呈反比,其中基于透水下垫面的海绵设施的单位面积径流控制量与成本效益值均高于基于不透水下垫面的海绵设施。研究成果对于场地尺度下的海绵城市规划设计具有参考价值。     

降雨特征对西北地区海绵改造小区径流控制效果的影响

为研究海绵措施对降雨径流的削减效果和不同降雨特征对海绵措施的影响,以宁夏固原市玫瑰苑小区为研究对象,构建暴雨洪水管理模型（Storm Water Management Model,SWMM）,模拟不同重现期下研究区域海绵改造前后径流过程的变化。结果表明：(1)布设低影响措施对排水口1、2、3的径流削减效果明显。(2)重现期为1 a、5 a、10 a时,径流峰值和径流总量削减率分别可达到25%和10%,排水口水位峰值削减率可达到10%,且海绵措施可以适当延后洪峰出现时间;对于较大的降雨,海绵措施对径流的削减作用有限。(3)不同降雨特征的设计暴雨下,海绵措施的径流控制效果存在差异,径流峰值和水位峰值的削减率随着雨峰系数的增大而增大,径流总量的削减率随着降雨历时的增大而减小。     

LID径流控制效果对设计暴雨重现期的响应

为分析不同重现期降雨与径流控制率的变化规律,以西咸新区典型海绵建设小区为例,采用基于GPU加速技术并耦合了管网系统的二维城市雨洪过程模型,对该小区不同重现期设计降雨条件下的径流控制效果变化规律进行量化分析。结果显示:通过与实测资料进行对比验证,模型模拟的流量与实测流量过程吻合度较高;随着降雨重现期的增大,径流控制率逐渐减小;在1年一遇降雨条件下,径流控制率为82.5%,100年一遇条件下,径流控制率降为29.5%;随着重现期的增大,径流控制率的差值逐渐减小,径流控制率减小的趋势逐渐平缓。     

基于SWMM的暴雨模拟与LID效果评价——以西南石油大学为例

文章以西南石油大学成都校区为例,通过研究芝加哥雨型和当地暴雨强度公式构建出不同重现期的降雨过程线。利用SWMM模型,模拟分析在各个重现期降雨情景下增加LID措施前后地表年径流总量的变化,从而为评估海绵城市的建设效果提供参考。     

基于城市水文模型的海绵城市智慧管控

针对海绵城市智慧管控系统的建设,从调蓄设施智慧管控的角度,以萍乡市西门片区为案例,对海绵城市建成后的运行管理方式进行分析,研究基于城市水文模型的海绵城市智慧管控系统的作用,重点阐述了调蓄设施的智慧管控系统的建设和应用。结果表明:在30 a一遇2 h设计暴雨下,不同的调蓄设施起调点设置对地表径流量的控制有较大的影响,随着起调点的设置越靠后,地表径流总量控制率从66.6%减少至8.9%,峰值削减率从47.3%减少至20.8%;在两场雨峰位置不同的实际降雨的模拟情况中,采用不同的起调点策略可以更好的发挥工程效益,地表径流总量控制率分别是64.5%和82.6%,峰值削减率分别为52.1%和70.4%。对基于智慧管控系统的调蓄设施的优点和局限性做进一步的阐述和分析,对海绵城市智慧管控系统的几个关键问题进行初步探讨,包括分布式参数获取与数据库更新、易积水点的远程管控技术和风险预警技术等。研究成果对海绵城市建成后的城市水资源管理具有一定的参考意义。     

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HydroInfo的海绵城市建设效果分析——以天水市为例

合理设定海绵城市建设措施及规模是海绵城市科学规划设计的关键。径流总量控制作为海绵城市的刚性指标,是衡量海绵城市建设效果的关键标尺之一。以分析海绵城市建设预期效果为目标,以天水市为例,采用HydroInfo多维耦合降雨径流模型,将研究区剖分为10 902个三角形网格、5 748个计算节点,采用MUSCL途径提高离散精度,对海绵城市建设的径流总量控制进行定量计算和验证。结果表明:在设计降雨条件下,研究区域现状外排比例为81.2%,增设14%绿地和25%蓄水设施后,下渗、蓄水、外排比例分别为64.9%、20.1%、15%,可以实现渗蓄比例高于85%的径流总量控制目标;在20年一遇暴雨情景下,海绵城市建设后外排系数为43.9%,蓄存比例为12.8%,下渗比例可达30.5%,蓄滞水量由14.14万m~3增加到118.69万m~3;该海绵城市建设方案有效提升了研究区渗、滞、蓄水能力,降低了城市排水压力和内涝风险。研究成果为海绵城市规划和建设提供了实用方法。     

基于水文控制目标的中小尺度海绵城市改造方案评价

为正确评价中小尺度低影响开发(LID)措施改造方案的水文控制效能,以重庆市秀山县海绵城市建设试点为例,将LID措施的生态、经济和社会效应具体量化为径流量控制、径流污染控制、建设成本、维护管理成本和径流利用效益等5个指标,构建了基于水文控制目标的LID措施评价体系,并利用暴雨管理模型(SWMM)对不同LID设施改造方案的暴雨径流水文过程进行了验证模拟。研究结果表明:现有LID措施因其规模占比过小且组合方式不合理而对暴雨径流的水文控制效果不佳,不满足75%年径流总量控制率目标,需进行扩容和组合优化;LID设施改造方案综合评价结果显示综合评分与径流总量控制率、峰值流量削减率等水文控制指标呈显著正相关,可直接作为中小尺度海绵城市改造方案评价。     

高密度老城区海绵城市径流控制研究

针对老城区海绵城市建设缺乏专项治理措施的现状,为了解决老城区海绵城市建设的内涝问题并实现径流控制,基于"老城区以问题为导向,以点带面"的基本思想,同时考虑高密度老城区"人口密度大,改造难度大和遗留问题多"等特点,海绵城市建设需要因地制宜,采取合理有效的技术方案实现对老城区的径流控制。以国家首批海绵城市建设试点城市萍乡试点区中的典型老城区西门内涝区为例,提出针对高密度老城区海绵城市建设的径流控制方案,主要包括源头地表绿色设施的减量控制以及末端地下调蓄设施的二次控制。总结了地表绿色设施组合的技术思路,介绍了地下调蓄设施的计算方法、布设以及抗浮设计等。结果表明:高密度老城区径流控制不能单靠绿色设施进行源头控制,也需要地下调蓄设施进行末端治理,其中单靠绿色设施实现了55.7%的径流控制率,加上地下调蓄设施后完成了75%的径流控制目标。该方案为类似老城区径流控制提供了可借鉴、可复制的成功经验,对老城区海绵城市建设径流控制具有重要的参考意义与实用价值。     

基于 CORDEX 数据集的碧流河流域径流预估

为了研究气候变化对碧流河流域径流的影响,基于CORDEX联合区域降尺度试验,采用区域气候模式对GCM所涉及的两个全球气候模式进行降尺度,获得三种情景下的气象数据集,并利用气象数据集驱动率定好的SWAT水文模型,预测未来气候变化条件下碧流河流域的径流过程,分别分析年、月平均径流相对于基准期的变化特征,以及各情景模式下设计丰水年(P=10%)、设计平水年(P=50%)、设计枯水年(P=90%)的设计年径流年内分配过程相对于基准期的变化。结果表明:气候变化对碧流河流域径流的影响主要体现在汛期;C1、C3情景在RCP4.5排放路径下汛期平均径流量相对于基准期增加17.65%、0.14%,多年平均径流量增加18.17%、5.58%;其余各情景下径流量皆呈减小趋势,其中汛期减幅(-7.22%～-0.75%);多年平均减幅(-10.25%～-10.58%)。设计年径流分配过程显示,未来时期设计丰水年,平水年的年径流最大值主要出现(5—10月),较基准期汛期(6—9月)而言范围较大,设计枯水年年内分配不均匀,碧流河水库在未来时期兴利防洪调度将面临一定的挑战。     

深圳民治河流域低影响开发措施水文效应评估

低影响开发措施为一类较为有效的城市雨洪管理方法,在海绵城市建设中应用较为广泛。为评估其水文效应,以深圳民治河流域为研究区域,构建SWMM城市雨洪模型,设计3种LID措施方案,分别计算不同重现期降雨情形下3种LID措施实施前后的径流过程。结果表明:透水铺装和下凹式绿地等LID措施均对峰现时间有一定的延迟作用,对洪峰流量和径流量均有不同程度的削减效果,且洪峰流量和径流量的削减率均随着降雨重现期增大而减少,透水铺装和下凹式绿地两者的组合实施可以更好地发挥控制径流作用。     

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。     

海绵城市建设中若干水文学问题的研讨

针对海绵城市建设面临的问题和挑战,提出了以水循环为纽带、将城市暴雨-径流、水污染治理和城市生态绿地、湿地建设与市政建设(排水、排污)规划管理联系为一体的"城市水系统"的概念与方法。基于水文学原理,分析了目前海绵城市建设中最为关键、也是质疑较多的年径流总量控制率概念,指出现行的年径流总量控制率的计算实质是年降水总量控制率。如果回归到水文学概念,年径流总量控制率就必须与水文系统响应的增益因子,即径流系数建立内在的联系;需要研究径流系数并非常数,而是与土壤湿度、降水强度和下垫面组合的时变非线性理论问题。此外,对比分析了现行海绵城市建设低影响开发措施和改进后的年径流总量控制率之间的关系,深入剖析了"城市看海"发生的条件与风险。最后就海绵城市建设与规划的水文学基础亟待改进的方面:径流系数非线性、区分自然条件和城市化后的蓄水量变化的差别、考虑河湖水系调蓄和陆地蒸散发、与流域大海绵调控结合、风险管理等,进行了研讨,并提出了未来我国海绵城市建设的若干建议。     

低影响开发模式下城市雨洪控制效果模拟研究

由于贵安新区作为国家第一批海绵城市试点,对我国西南地区的其他城市有非常好的借鉴作用。本文以贵安新区示范区为研究对象,构建暴雨洪水管理模型(SWMM),并根据贵安新区海绵城市建设相关规划,结合研究区下垫面特征,在不同重现期降水情景下设计7种LID措施组合情景并进行相应的模拟与分析,评估不同LID措施组合对雨洪控制的效果,寻求最优LID措施组合。结果表明:LID措施组合方案的雨洪控制效果均优于单一LID措施,其中下凹式绿地+透水铺装组合措施对高频暴雨和低频暴雨的洪峰流量削减率高达67.2%和44.5%,延缓洪水峰现时间,可以很好地发挥雨洪控制作用,增加雨洪资源的利用量。结合径流系数控制效果,下凹式绿地+透水铺装组合的造价可以降低60.3%,综合考虑水文效应与经济效应,得到贵安新区LID措施的最优配置为:下凹式绿地+透水铺装。以上结果可为贵安新区的城市雨洪管理及海绵城市建设提供相应的理论支撑。