超标暴雨下城市雨水管网排水效果——以西安市沣西新城为例

雨水管网是城市降雨径流的重要通道,其排水效果直接关系到城市排水防涝的安全,探明不同降雨下城市管网的排水效果对缓解城市内涝至关重要。采用GAST-SWMM耦合模型,以西安市沣西新城某区域为研究对象,设置1、2、5、10、30年一遇5个常规降雨以及50年一遇和100年一遇两种超标暴雨下区域2 h设计降雨过程,模拟研究区域不同重现期降雨下的管网排水情况,计算管道超载率和管网排水量,对管网排水效果进行量化评估。结果表明:常规降雨下管道超载率为0.00%～51.22%,100年一遇超标暴雨下达到64.63%,在降雨重现期达到30年一遇时管道超载率高于50%; 1年一遇至100年一遇降雨条件下管网排水量占区域总降雨量的3.55%～22.25%,且随着重现期增长,排水量增加呈减缓趋势。大部分排水管网在超标暴雨甚至30年一遇常规降雨下处于超载状态,但在排水口畅通情况下依然具有排水能力,在城市排水除涝过程中作用显著。本研究为城市雨水管网规划、设计和运维提供参考。     

不同降雨情况对武汉市主城区典型区域积水过程影响分析

以武汉市港西片区为研究对象,构建了暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)和Newflood模型的城市地表水文水动力耦合模型,模拟不同重现期设计暴雨情景下研究区内涝积水变化情况,分析了城市内涝对不同强度降雨条件的响应特征。结果表明：构建的耦合模型可较好地模拟研究区内涝积水变化情况,SWMM模型的纳什效率系数在率定和验证环节中均高于0.8,Newflood模型模拟的积水点位置及对应的最大积水深与实际情况较为吻合,模型模拟效果较好;随着设计降雨重现期的增大,研究区的淹没面积、淹没水量及平均水深也随之不断增加,研究区总淹没面积由1.55 km²增加至2.65 km²;在5 a一遇～100 a一遇的所有设计降雨情景下,研究区域的积水情况主要以轻微积水为主,积水深度大于0.15 m的区域占淹没面积的比例随着重现期的增大而增加,重现期为100 a一遇时该比例达到最大。研究成果可为城市内涝防治和管理提供技术支撑和参考。     

城市暴雨内涝对交通的影响及路线优化对策

城市内涝的频频发生严重影响城市交通秩序和出行者的安全.城市暴雨洪涝对交通的影响以及路线的优化选择应得到更多的关注和研究.本文介绍了一种基于城市暴雨内涝管理模型SWMM水动力模拟,结合Dijkstra最短路径算法,对暴雨情境下的城市内涝积水点进行模拟和识别,评估极端降雨对交通网络的影响以及受涝区域最佳交通路径的选择.结果表明,该法可将SWMM模拟的动态内涝信息及时反馈到城市交通网络模型中,评价雨洪情境下管网节点或管段的积水阻断状态,有效求解暴雨情境下的规避路径.此法充分结合内涝模拟系统与交通路线分析,具有空间能力分析强、规划效率高的特点,为研究极端暴雨天气对城市交通的影响以及应急管理和疏通提供支持,具有重要的现实意义.     

基于水文水动力耦合模型的深圳市典型区域城市内涝模拟

以深圳市某典型区域为研究对象,基于暴雨洪水管理模型(storm water management model, SWMM)和二维水动力模型LISFLOOD-FP构建了研究区水文水动力耦合模型,模拟了典型暴雨下研究区的内涝时空演进过程,结合设计暴雨和设计低影响开发(low impact development, LID)情景,探讨了不同重现期设计暴雨情景下研究区内涝积水分布,分析了不同LID布设措施对内涝积水深度的削减效果。结果表明：典型暴雨情况下研究区最大模拟积水深度为0.57 m,与实测内涝验证数据基本相符,模型能较好地适应研究区的内涝模拟。随着设计降雨重现期的增大,研究区的最大内涝积水深度和积水范围也逐渐增大,不同LID设施对内涝积水的削减效果都逐渐减弱,在100 a重现期时仅有约10%的削减率,且组合式LID和绿色屋顶的内涝积水深度削减率大于透水道路和下沉式绿地。     

基于Mike Urban的雨水管网模型分析

老城区在城市化的发展过程中面临越来越严重的内涝问题,城市排水管网模型是研究城市内涝灾害的重要方法。以东莞市谢岗镇中心区为研究对象,建立基于Mike Urban的雨水管网模型,模拟不同重现期设计降雨条件下排水系统的运行情况,提出改造措施使其满足10年一遇的降雨。结果表明现状雨水管网排水能力勉强满足2年一遇降雨,通过增加调蓄池能明显降低管道峰值水位,将现状管网排水能力提高到10年一遇降雨,但想从根本上解决内涝问题还需要LID措施进行源头控制。本研究为老城区管网评估和改造提供了技术支撑。     

基于SWMM模型的沧州市区暴雨积水深度模拟

目前我国许多城市承受着暴雨内涝灾害的困扰,严重影响市民生活质量,威胁着市民生命、财产安全。针对城市防洪排涝需求,为提高城市排水管理效率,最大限度地减少暴雨积水带来的危害,基于沧州市区排水管网现状,利用SWMM模型构建了沧州市暴雨积水计算模型,利用实测降雨、积水资料对模型进行了检验。结果表明,模型精度较高,可为城市排水管网改建、规划设计提供依据。     

基于MIKE FLOOD耦合模型的深圳黄沙河片区内涝风险评估和改造分析

为解决城市内涝问题,以深圳市黄沙河片区排水分区为例,基于MIKE FLOOD平台,耦合城市雨水管网、水系及地形地物,建立城市内涝模型,模拟分析研究区 2 年一遇、10 年一遇、50 年一遇等不同重现期下的排涝情景。结果表明：耦合模型能直观反映受涝区积水深度与积水时间,并随着重现期的增大,溢流点和充满的管道会增多;建立 MIKE FLOOD耦合模型,发现黄沙河片区高风险区域面积 1.6 km2,主要集中在坑塘立交桥、龙岗大道;中风险区域面积3.2 km2,主要集中在同富裕工业区、新联北路;低风险区域面积2.8 km2,主要集中在坑塘立交桥、坪梓路,并分析易涝点的成因,提出改造建议。     

长历时暴雨强度公式的推求方法

近年来,随着极端暴雨事件的出现,导致城市内涝灾害频繁发生,原有降雨历时仅为2h的市政排水设计暴雨强度公式已无法满足城市暴雨设计的需求,因此就要延长暴雨采样历时,推求出长历时（24h）暴雨强度公式。针对以上问题,根据北京市提供的52a（1961-2012）原始降雨资料并进行数字化处理,结合水利的长历时特点,采用兼顾市政排水,水利排涝,内涝防治的采样方法,应用P-Ⅲ分布曲线进行频率分析后采用6种经典方法推求暴雨强度公式的参数值,优选出误差最小且满足规范要求的暴雨强度公式参数值,进而推求长历时暴雨强度公式,在此基础上与短历时暴雨强度公式比较,分析两者的差异,为城市雨水排除规划设计提供科学依据和参考。     

当前我国城市内涝问题归因分析与应对策略

针对频繁发生的暴雨内涝灾害给城市建设和管理带来的严峻挑战,以解决我国当前城市暴雨内涝问题为目标,从我国城市暴雨内涝灾害的发生现状入手,分析了城市暴雨内涝灾害的发生特点和主要诱因。以不同国家和地区城市暴雨内涝的成功案例为启示,结合我国城市暴雨内涝防治的新形势,总结并预测城市雨洪管理技术的发展趋势,提出了我国城市暴雨内涝问题应对的系统构想。该构想针对我国城市当前内涝问题给出以下3点建议:(1)采用先进的城市暴雨内涝治理技术,学习发达国家的经验;(2)充分利用雨洪模型,建立起一整套有效的城市暴雨洪水过程模拟模型;(3)构建一套适合我国城市的雨洪管理体系。通过以上3点实施,可推动我国城市化建设的深入开展,并对城市防汛减灾安全保障能力的提高及城市雨洪应对与应急管理水平的提升具有一定的参考价值。     

基于InfoWorks ICM模型的陕西省咸阳市排水系统能力及内涝风险评估

为了评估陕西省咸阳市主城区的排水系统能力和内涝风险,基于InfoWorks ICM模型建立了咸阳市主城区一维、二维耦合水动力学模型,对排水系统现状进行评估,并使用英国洪涝灾害指数评价体系对内涝风险进行评估。结果表明:咸阳市主城区采用平篦雨水口,覆盖程度满足设计要求,但是雨水口存在破损、移位及淤堵等问题,且部分排雨管道被严重堵塞,整体管道达标率较低; 现状排水管网管径较小,在4种降雨强度(设计重现期为0.5、1、3、5年)的模拟中,排水能力小于0.5年一遇、0.5～1年一遇、1～3年一遇、3～5年一遇和大于5年一遇的管网所占比例分别为68.9%、5.8%、3.9%、5.3%和16.1%; 人民路—东风路—渭河—咸通路围成的地块和东风路—河堤路—福银高速公路—金旭路围成的地块为内涝高风险区域。     

城市排水系统非恒定流模拟模型研究

开发研制了城市排水系统非恒定流模拟模型．在暴雨条件下,可用此模型模拟排水管网的溢流、计算积水区的面积和水深．根据对已经建成的排水管网现状进行模拟计算的结果,提出了改造雨水管网系统和合流制管网系统的最佳设计方案．模型在实际应用中已经取得了很好的效果．     

基于D8算法的分布式城市雨洪模拟

为了有效地控制城市雨洪,选取武汉市汤逊湖流域作为研究区,建立一个基于D8算法的分布式城市雨洪模型,实现对城市暴雨积水动态模拟.通过对产汇流和管网排水过程进行简化,建立了流域雨洪模拟模型,并分别利用该流域2013年7月5-7日和2010年7月11-13日降雨径流资料进行模型率定及验证.与实测资料对比,模型率定期的积水总量相对误差为5.4%,典型地段积水深度相对误差均值为9.5%,绝对误差均值为18.9mm,均方根误差(RMSE)为20.0mm;验证期的典型地段积水深度相对误差均值为14.9%,RMSE为49.3mm.模拟结果表明:基于D8算法的分布式城市雨洪模型能够较好地模拟城市雨洪过程,可以进一步用于未来条件下城市雨洪情景分析,为城市雨洪控制提供决策依据.     

SWMM模型在沧州市内涝积水模拟中的应用

随着城市化水平的提高,排水设施建设滞后,城区增雨系数变大,很多城市发生了不同程度的城市内涝,迫切需要开展城市除涝研究。以地下水漏斗、地面沉降相对严重的沧州市为例,通过建立暴雨内涝模型、设计暴雨研究对城市内涝进行了模拟,并提供了提高模型精度的建议。     

奥运中心区超标降雨积水风险分析及对策研究

随着城市的发展,城市积水造成了越来越严重的问题.解决问题的关键就是分析超标降雨下的城市积水风险,以指导近期应急排水预案以及远景城市雨水系统改造方案的制定.由于北京市降雨量年内分配很不均匀,汛期暴雨又多表现为局地短历时的大暴雨甚至特大暴雨,造成城市道路（特别是立交桥区）积水问题频发,严重影响城市交通.在此背景下,从保障奥运安全召开的角度出发,以奥运中心区为研究对象,收集整理奥运中心区雨水系统各组成部分相关资料,建立奥运中心区雨水系统数据库,建立奥运中心区雨水系统模型,对超标降雨条件下奥运中心区的可能积水风险进行了分析,并以此为基础进行对策研究和实施效果评价.     

城市暴雨下的排水系统脆弱性分析：以积水指数为指标

采用MIKE FLOOD模型研究分析了深圳市龙岗区中心城区在遭遇暴雨干扰时的脆弱性。通过一场降雨过程中的7处严重内涝点的实测积水深度对模型进行率定和验证,得出模型在研究区域具有良好的适应性和较高的可信度。通过模拟1、3、5、10、20 a重现期2 h设计降雨和10 a一遇2 h设计降雨后的36 h恢复期,得到各个时刻的内涝积水量,通过计算每一个时刻的积水指数来评价排水系统的脆弱性。得出如下结论：1）在2 h的设计降雨中,重现期越大,积水指数越高,排水系统越脆弱;2）在36 h的恢复期内,降雨后的前12 h恢复时间是排水系统降低脆弱性的最佳时期,随着恢复时间的延长,积水指数的下降幅度逐渐减小,系统的脆弱性无法完全消除。     

基于雷达外推的城市内涝实时预警

为提高城市内涝实时预警的预见期,提出一种基于雷达技术的城市内涝实时预警模拟方法.该方法通过雷达外推预测未来时刻雷达基本反射率,并将降雨量与雷达基本反射率的相关公式(Z-R关系)优化后用于降雨定量估算,获得未来时刻降雨量,最终以预测降雨为输入运用水力模型实时模拟得到未来时刻的内涝积水分布,进而实现城市内涝的实时预警.结果表明:基于雷达技术的城市内涝实时预警可以获得较为精确的内涝积水分布,并且保留了50 min以上预见期.与传统雨量计实时模拟方法相比,预见期可提高5～25 min,为防汛部门预留了更长的调度指挥时间.该方法以雷达预测的降雨空间分布为输入进行模拟,与雨量计的单点输入方式相比,充分考虑了降雨空间分布这一因素.     

基于Mike水力模型的城市防涝规划风险分析

以安徽省Y城市排水防涝项目为背景,根据该城市雨水汇流和排水管网情况,以GIS地理信息系统为平台,通过MIKE水力模型构建城市内涝仿真计算模型,对不同降雨条件下内涝灾害进行模拟.根据模拟结果提出有针对性的易涝点缓解措施及治理方案,为该城市做出更为科学的内涝风险分析,为防涝减灾抢险预案的制定提供理论依据.     

东莞市内涝预报模型研究

东莞市近年来城市内涝发生的频度和烈度均居全国前列.在深入分析东莞市城市内涝形成规律及城市空间特征、综合考虑国内外现有城市洪水模型中有效方法的基础上,建立了东莞市内涝预报模型,其包括5个独立的功能模块:排水分区与网格划分模块根据一级河涌分布对整个城市进行排水分区划分,并采用无结构化不规则网格技术对排水分区内的地表进行单元网格划分;雨量同化模块处理与计算各单元网格上的面雨量,作为模型的输入量,可以是通过雨量计测量的降雨或是多普勒雷达估算的降雨;产流计算模块将地面分为透水地面和不透水地面,并采用不同的方法进行单元网格上的产流计算;地表汇流计算模块进行城市地面水流运动及内涝积水情况计算,其中,单元网格型通道上的汇流按平面二维非恒定流进行计算,地面通道和特殊通道上的汇流按一维非恒定流进行计算;管网汇流计算模块采用一维非恒定流方程,按Priessmann"明窄缝"方法进行管网汇流计算.采用该模型对东莞曾经发生过的两场最为严重的内涝进行了模拟,取得了良好的效果.     

改进SWMM的下凹式立交桥内涝灾害模拟方法

为了解决下凹式立交桥经常发生内涝积水现象和暴雨洪水管理模型无法模拟积水按地形扩散问题,提出一种改进SWMM的下凹式立交桥内涝灾害模拟方法.该方法通过构建高精度立交桥数字高程模型模型得到桥区地形,同时将SWMM模拟节点溢流的方式进行改进,使溢流水体依据桥区地势进行平面流动.解决了SWMM传统模拟中节点积水无地表扩散的问题,实现了下凹式立交桥的内涝灾害过程模拟,为立交桥的内涝防治研究提供参考依据.     

城市积涝气象预报业务服务系统

以数字化南昌市城市排水管网及排水设施资料为基础,建立南昌市城市暴雨积涝仿真模型,利用市区历史强降水分布资料,应用该模型再现南昌市城市强降水形成的积涝灾害演进进程。根据雨水的进出平衡原理,利用定点、定量、定时降水预报技术,建立南昌市城市积涝气象预报业务服务系统,实时监视和预报短时强降水造成的积水情况,并基于GIS软件平台,建立了业务服务系统。