SWMM原理解析与应用展望

暴雨径流管理模型(SWMM)已成为目前在城市排水管网设计、城市雨洪模拟、城市水污染模拟及城市低影响开发(low impact development,LID)模拟等方面研究与应用中使用最为广泛的一款模型。剖析SWMM的基本原理,分析其研究现状,展望其发展前景,深入分析SWMM的产流、汇流、管网水动力学模拟、水质模拟等模型机理。基于文献调研和系统分析指出,SWMM的优点是具有较完备的管网水流、LID和水质模拟功能,软件界面友好易于操作,模型开源易于实现二次开发;缺点是未实现立体化水流模拟,未实现与GIS紧密耦合,地表产流模拟过于简化,无法模拟地表二维淹没和城市社会水循环;未来应针对其不足改进和完善相关模块,拓展其应用领域。研究成果有助于不同学科与行业的研究者更加全面地认识和理解SWMM,为SWMM的研究及在海绵城市建设中的运用提供了科学参考。     

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。     

杨梅河流域“海绵型”综合管廊水文效应模拟EI北大核心CSCD

以广州市国家综合管廊试点区域——杨梅河流域为研究对象,利用SWMM和SUSTAIN模型对传统开发情景、传统综合管廊情景、低影响开发情景、低影响开发和综合管廊联合作用的“海绵型”综合管廊情景下的水文效应进行对比评估,结果表明:实测降雨条件下,SWMM模型的模拟结果与流域内涝实际情况相符,证明该模型适用于杨梅河流域水文效应研究;结合SWMM和SUSTAIN模型的优势,将SUSTAIN模型中的低影响开发优化布局方案输入至SWMM模型进行水文模拟,使得低影响开发布局更科学合理;“海绵型”综合管廊情景下,溢流量削减效果最佳,50 a重现期设计降雨条件下溢流总量削减率超过60%,与“快排”模式下的传统综合管廊情景相比,“海绵型”综合管廊使杨梅河出水口峰值流量明显降低,峰现时间也相应延迟。     

城市水管理与海绵城市建设之理论基础—城市水文学研究进展

过去数十年来,我国经济社会快速发展,城市化进程不断加快,但由于不合理的城市规划和建设,自然水循环系统受到无序的干扰和破坏,引发了一系列城市水问题,城市水管理工作面临巨大挑战。城市水管理的理论支撑就是以研究城市水循环为核心的城市水文科学,"海绵城市"建设作为我国现代城市水管理的重大战略,必须以城市水文学理论为依据,深入研究城市水循环机理和规律。本文围绕城市水管理支撑理论,系统梳理了国内外在城市化水文效应、城市产汇流理论、城市雨洪模拟与管理方面的研究进展,指出城市水文观测与预报、城市化水文效应与产汇流理论、城市综合水系统模型研究是当前和未来一段时间研究的重点和难点。提出了我国当前城市水管理和海绵城市建设所面临的城市产汇流基础理论、城市气象水文监测和水文过程模拟技术问题,以及城市水文学研究应对变化环境下城市复杂的综合水问题开展基于多学科理论的全面精细化模拟分析的基本思路。     

城市暴雨洪涝模拟：原理、模型与展望

在气候变化和人类活动的双重影响下,我国城市洪涝问题日趋严重。在对城市水循环规律深入研究的基础上,开发城市水文水动力模型模拟城市洪涝过程,是弄清城市洪涝致灾机理、减轻洪涝灾害和评估海绵城市减灾效果的重要工具。本文从我国城市洪涝现状和海绵城市建设出发,总结了城市洪涝模拟方法,对水文模型、水动力模型以及二者的耦合机理进行了较为深入的分析,并介绍了目前常用的城市洪涝模拟模型。在此基础上,梳理了当前与城市洪涝模拟相关的热点研究领域,并对其未来发展趋势进行了展望。     

SWMM模型在洪水影响评价中的应用与分析

北京市试行建设项目“水影响评价”制度,其中“洪水影响评价”范围和内容改变较大．传统水文模型、经验公式存在诸多不适用性,探讨了城市雨洪管理模型在洪水影响评价中的应用。基于SWMM模型,模拟北京市某小流域在不同频率设计暴雨下的洪水过程．并采用纳西经验公式计算结果进行对比,验证了SWMM模型在该区域具有较好的适用性。在此基础上．探讨SWMM模型在洪水影响评价中的应用。研究结果表明,SWMM模型可以很好地反映出城市地区的产汇流特征．可以更突出地反映建设项目雨水排除、内涝等方面的特性与问题,为建设项目洪水影响评价提供可靠的技术依据。     

城市水文过程与洪涝响应研究进展

揭示区域水循环演变规律是认识区域水文情势和开展水文情报预报的重要基础,是水文学的核心研究课题。高度城市化地区,原有自然水循环过程被破坏,因此亟待开展城市地区水文过程与洪涝响应的研究。从气候变化的城市水文响应、城市水文过程复杂特性定量表征、城市水文过程模拟等三方面对国内外研究现状及发展动态进行了综述。在借鉴国内外研究成果和先进经验的基础上,提出了北京市开展洪涝模拟研究的必要性。结合精细化洪涝模型在北京市应用的成功案例,从城市流域模型构建、验证及应用等三方面进行城市水文模拟和洪涝响应研究,并提出未来的研究重点和难题。     

小寨区域海绵城市数值模拟研究

近些年伴随极端天气频繁出现,城市内涝"看海"现象突出。文章以西安市小寨区域为例,采用SWMM、Mike Urban、Mike21软件进行现状模型搭建,分析研究小寨区域内涝产生原因及数值模拟在小寨区域海绵城市数值模拟的应用情况。结果表明,小寨区域年径流控制率低,管网排水能力有限,需要结合海绵城市建设,综合考虑蓄排措施解决区域内涝问题。     

河道海绵建设中SWMM-MIKE 11耦合模型的构建及应用思路

为解决我国城市化进程中的水安全和水环境问题,结合海绵城市建设理念和河道综合整治目标,分析暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)和MIKE 11模型的适用范围、具备优势和存在不足。结果表明,SWMM广泛应用于径流总量控制和面源污染削减的模拟,但是无法模拟河道中污染物的对流扩散和生化过程;MIKE 11河网模型广泛应用于城市河道水量和水质模拟,可预测特定条件下的河道水环境变化情况,但是无法反映陆域面源污染对河道水质的冲击影响。构建SWMM-MIKE 11耦合模型,利用SWMM进行海绵设施和雨水管网模拟,将SWMM中管网排口径流作为边界条件导入到MIKE 11模型中,可以实现二者优势互补。     

降雪对乌鲁木齐市海绵城市LID设施的影响

为研究冬季降雪对海绵城市LID(low impact development)设施的影响,以乌鲁木齐市某城市主干道为例,借助SWMM模拟软件建立海绵化改造模型,讨论模型各重要参数的取值方式,进行降雪及融雪模拟,分析降雪在不同模拟环境下对道路海绵化改造的影响。结果显示:在冬季降雪期,蒸发速率对模型的影响较大,在没有当地准确的蒸发速率资料时,推荐使用基于Hargreaves方程的公式法进行模拟分析。利用SWMM模拟冬季融雪期径流过程,各汇水区域的积雪处理方式对模拟结果影响很大,应合理分析并结合当地实际情况进行设定。模拟结果表明:若乌鲁木齐市冬季降雪全部堆积在道路两旁生物滞留设施上,可利用融雪量达10.6万m~3,能够减轻乌市的水资源压力。研究成果对积雪量较大而水资源短缺地区海绵城市的建设具有工程上的参考价值。     

基于SWMM模型的坡地小区海绵城市改造效果评估

以济南市某坡地小区为例,将小区内"马路行洪"主道路概化为不规则明渠,基于SWMM(stom water management model)模型研究海绵城市改造方案对不同重现期设计降雨水文过程影响。结果表明:SWMM模型可较好地对小区"马路行洪"过程进行模拟,且选用的海绵城市改造方案(低影响开发措施改造及排水系统改造)可有效控制小区内的雨洪径流过程;对小区出流口Out 01和Out 02的5年以内不同重现期(1、3、5年)设计降雨径流总量和洪峰流量削减率分别超过了20%和10%,Out 01的峰值水位削减率超过了15%,显著降低了研究区"马路行洪"灾害的影响。研究结果可为坡地小区"马路行洪"模拟及海绵城市建设与管理提供一定的理论支撑和技术参考。     

雨洪管理模型SWMM原理解析及应用进展

SWMM模型近年来已在低影响开发(LID)的雨水控制效果和水质调控模拟、城市暴雨洪水模拟中的参数敏感性分析与识别、城市雨水径流非点源污染特性分析及负荷估算等方面获得成功应用。以SWMM模型原理为出发点,分析总结国内外的应用进展,探讨了SWMM在中国应用中存在的问题和发展前景,以期为解决现阶段实际应用问题提供决策支持。     

基于于SWMM模型模拟的海绵城市建设效果评估——以北京市房山区为例

为定量评估房山区现状海绵建设情况,支撑2020年海绵城市达标考核工作,采用资料收集结合现场调研的方式获取各类海绵建设项目信息并进行校核,借助ArcGIS软件将海绵设施数字化,并以排水分区为单元完成落图。基于暴雨径流管理模型SWMM软件构建全区数值模型,将调研的海绵设施概化到模型中开展模拟评估。结果表明:截至2020年底,房山全区有效海绵项目418个,主要分布在拱辰及西潞街道、长阳镇、良乡镇、窦店镇、阎村镇、城关街道及燕山地区。模拟结果表明城市建成区达标面积为13.73 km2,达标比例20.46%。本项目研究方法可为全市其他区的海绵现状评估提供参考。     

萍乡市西门片区海绵城市建设水文响应与成本效益分析

海绵城市是当前国家大力推行的城市水问题综合治理理念,目前已从三年试点期转入大规模建设阶段。针对当前海绵城市建设的效果评价问题,为了对海绵城市建设成效进行综合评估,以萍乡市西门片区为例开展了研究。基于SWMM构建了西门片区城市水文模型,将原始情景和海绵情景进行对比,分析海绵城市建设的水文响应和成本效益。结果表明:对于设计面积下的组合海绵措施情景,在2～100a一遇的设计暴雨情景下,西门片区径流峰值减控率为18.34%～14.93%,径流总量减控率为17.91%～14.90%,海绵措施的径流减控率随着设计暴雨重现期的增加而减小。不同海绵措施的"经济-有效性"均随着设计暴雨重现期的增加而减小,其中,下沉式绿地的成本效益值在各不同设计暴雨情景下均最高。研究成果对于丰水地区海绵城市绿色基础设施建设具有参考价值。     

基于“生动、生态、生机”理念的海绵城市规划实践——以上海张家浜楔形绿地规划设计为例

针对海绵城市建设面临的问题和挑战,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规划管理联系为一体的概念与规划方法在国内外各地都有所应用。综合考虑区域防洪排涝、面源污染负荷削减与生态景观,编制了张家浜楔形绿地海绵城市专项规划,提出以生动社区、生态绿地、生机河流为海绵城市建设目标,因地制宜将多种LID措施进行组合,对单个地块都实现了指标的管理与控制,并用SWMM模型预估该地区海绵城市的建设效果,结果表明该规划预计可取得较好成效,年径流总量控制率由61.2%上升至80.4%,进入河道的洪水峰值削减量27.1%。     

基于SWMM模型模拟的海绵城市建设效果评估——以北京市房山区为例

为定量评估房山区现状海绵建设情况,支撑2020年海绵城市达标考核工作,采用资料收集结合现场调研的方式获取各类海绵建设项目信息并进行校核,借助ArcGIS软件将海绵设施数字化,并以排水分区为单元完成落图.基于暴雨径流管理模型SWMM软件构建全区数值模型,将调研的海绵设施概化到模型中开展模拟评估.结果表明:截至2020年底,房山全区有效海绵项目418个,主要分布在拱辰及西潞街道、长阳镇、良乡镇、窦店镇、阎村镇、城关街道及燕山地区.模拟结果表明城市建成区达标面积为13.73 km2,达标比例20.46％.本项目研究方法可为全市其他区的海绵现状评估提供参考.     

寒区水循环与寒区水资源演变

阐述了寒区水循环与寒区水资源演变在变化环境的研究中的意义及作用。分别从国内外的研究中综述了变化环境下寒区水循环与寒区水资源演变研究现状与进展,并归纳了寒区水文模型在寒区水循环研究中研究进展。此外,还分析了寒区水循环和寒区水资源演变研究中的难题和局限,强调了应用水文模型在研究寒区水循环与寒区水资源演变的进展。认为完善寒区水循环物理机制的研究,开发基于寒区水循环机制的分布式水文模型以及寒区水循环和水资源演变的归因分析是未来寒区水循环和水资源演变研究中的发展趋势。     

基于二元水循环的灌区分布式水文模型的应用研究

针对中国北方灌区的水文特点,在二元水循环理论的指导下,对自然流域水文模型SWAT进行了改进,构建了灌区分布式水文模型,改进了SWAT模型的灌溉水运动模块、稻田水分循环模块、稻田水量平衡各要素和产量模拟的计算方法,增加了渠系渗漏模拟模块等.以河南省人民胜利渠灌区为例,利用改进的SWAT模型对该灌区的水循环过程进行了模拟.为验证模型的有效性,选用Nash-Suttclife效率系数(纳西效率系数)E、线性回归系数R2来评估模型在校准和验证过程中的模拟效果.结果表明:该模型适合灌区水分循环的模拟.模型的构建和改进,对分布式水文模型在高强度人类活动影响区域的水资源、水环境研究和管理起到积极的作用,为灌溉水文学提供了新的研究方法.     

基于文献计量学对流域产汇流研究的热点分析

目前CiteSpace在水文领域的分析和应用较少,且与其他类型数据分析软件相比能更易进行大数据分析并生成直观的可视化网络图谱。基于此,使用该软件分析流域产汇流的前沿热点可为流域产汇流的研究提供参考。通过CNKI数据库,以"产汇流""模型""洪水"为主题词,检索得到1999—2020年1 046篇可进行分析的学术论文。通过CNKI及CiteSpace的分析功能可以得出以下结论:由关键词共现图谱探索国内在流域产汇流影响领域研究的热点,结果包括"洪水预报""分布式水文模型""新安江模型""城市化""SWMM模型""下垫面"等。利用聚类功能得到的结果为"洪水预报""城市防洪""地理信息系统""洪涝灾害"等类别。根据聚类的时间线图,得出结论"水文循环中产汇流模拟"和"运用低影响开发理念和SWMM模型模拟对城市的雨水防洪建设进行研究"是当前的研究热点,最后分别对2个研究热点展开具体分析。     

水文模型在济南市海绵城市建设中的应用

简要分析了水文模型的建设内容与技术路线,探讨了水文模型在济南海绵城市建设中的应用效果。