GIS及SWMM模型在防洪保护区内涝模拟中的应用

为了研究防洪保护区暴雨内涝积水风险,减少淹没灾害损失,基于GIS技术与SWMM产汇流模型,计算暴雨内涝积水域面积及积水深度值,以此开展积涝风险分析。将该方法应用于茨南淝左片防洪保护区的暴雨内涝计算,利用永幸河闸上、架河闸上、青年闸上2007年实测降水水位验证产汇流模型。结果表明:3个位置计算水位绝对误差分别为0.02、0.10和0.14 m,计算结果较合理,将该模型应用于防洪保护区20年一遇设计暴雨内涝积水风险分析,研究成果对该地区风险管理及决策起着至关重要的作用。     

SWMM模型模拟雨洪原理剖析及应用建议

通过对SWMM模型结构和参数的剖析,证明其对城市雨洪形成过程的描述是符合迄今为止人们对城市产汇流规律的认知的。采用的产流分析方法以水文学为基础,汇流分析方法以水力学为基础,其物理概念清晰。包含的参数大多具有几何意义或物理意义,但有些参数之间存在互补性或相依性,这就要求在率定这些参数时应设法减少"异参同效"的影响。汇水区出口的雨洪过程的复合采用同时刻叠加的方法,表明来自不同部分洪水的相互干扰是被忽略的。     

小城镇低影响开发雨洪控制效果模拟

选择山东营丘镇区为研究对象,运用SWMM软件结合镇区地形地势和土地利用现状对研究区域进行合理概化,参考潍坊市暴雨强度公式设计降雨模型,完成对确定及不确定性参数的设定,并基于径流系数法对不确定性参数进行校准,最后利用多场降雨对校准后的理想解集进行稳定性验证。同时,结合研究区所布设的低影响开发雨水综合蓄集利用系统,完成对其低影响开发(LID)措施参数的设定,最终实现对研究区在不同重现期(1a、3a、10a)下有无LID设施时的水量及水质情况的模拟。结果表明,LID措施对径流总量、径流系数、峰现时间、峰值流量和TSS排放负荷等方面的控制效果显著,且LID措施在重现期较小的降雨情景中对地表径流的滞纳效果更明显。     

基于SWMM和InfoWorks ICM的城市街区洪涝模拟与分析

针对我国城市日益突出的洪涝问题,以福州市主城区某街区为例,基于SWMM与InfoWorks ICM构建了城市街区尺度洪涝模拟模型,基于差分进化算法率定SWMM关键参数,并在不同的降雨情景下,模拟了城市街区地表内涝淹没与危险性分布,并对比评估了模拟结果的可靠性。结果表明：基于差分进化算法率定得到的SWMM参数具有较好的效果,两次洪峰的模拟水位和实测水位误差均在1%以内;10 a、20 a、50 a和100 a 4种重现期降雨驱动下,研究区淹没面积分别为3.14 hm²、3.37 hm²、3.61 hm²和3.72 hm²,重现期从10 a到100 a,总淹没面积占比由27.40%上升到32.46%;基于SWMM与ICM耦合的模拟方式在研究区具有较好的适用性。     

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。     

A new approach to evaluate spatiotemporal dynamics of controlling parameters in distributed environmental models

Distributed environmental models are usually high-dimensional and non-linear. To comprehensively evaluate the spatiotemporal dynamics of model controls, we propose a novel multi-step approach based on Sobol's method to evaluate parameter sensitivity as well as interactions with respect to different model outlet points, using different objective functions to assess different hydrodynamic conditions; all varying through time. This complete sensitivity analysis can be performed for prior and posterior parameter ranges. The difference between them can be used to assess the influence of parameter constraints on the results of sensitivity analyses. We applied this holistic approach to an existing distributed karst watershed model. The results demonstrated that 1) a limited number of spatially-distributed parameters control the varying flow pattern, 2) the model is nonlinear and the influential parameters are highly correlated in the model domain and 3) the spatial patterns of identified parameter sensitivity and interactions are strongly influenced by the specified parameter bounds.     

低影响开发设施组合的水文模拟及不确定性分析

在海绵城市建设中,通过多种低影响开发(LID)设施的组合应用可实现对城市雨水径流的调控。针对LID设施组合的水文模拟存在高维参数估值不确定性分析的难题,以深圳环保产业园LID示范区为例,构建LID组合设施的暴雨洪水管理模型(SWMM),结合Morris筛选法与DREAM算法,对不同降雨条件下模型中不同设施、不同类型参数的灵敏度和不确定性进行分析。结果表明,位于下游的设施参数灵敏度普遍高于上游设施,排水及导水相关参数灵敏度相对较高;下游设施的排水参数后验分布峰值明显,参数不确定性小;中等强度降雨事件模拟结果的不确定性比高强度降雨事件要小。     

基于SWMM的承德避暑山庄水系遗产定量化研究

承德避暑山庄作为历史遗产的大类之一,其水系景观蕴含的雨洪调蓄理念对于缓解园林雨洪灾害有着重要意义。然而,对避暑山庄的定性分析并不能充分认识和挖掘其水系的价值所在。基于此,对承德避暑山庄水系的历史变迁与水系现状进行梳理,以避暑山庄水系现状为研究对象,应用暴雨洪水管理模型(SWMM)模拟其在不同暴雨重现期下的水文过程,通过数据分析对避暑山庄雨洪调蓄能力进行定量化评价。结果显示：避暑山庄水系具有优秀的雨洪调蓄能力,但面对极高强度降雨时存在溢流的现象,需提前防范。数值模拟技术的应用同时也加强了文化遗产研究的深度和广度,加深了对遗产价值的认识,并为遗产保护提供科学数据支持。     

基于SWMM模型分析的高层住区低影响开发实施策略

从低影响开发模式近年来的发展趋势和产生的生态效益出发,指出其当前在我国高层住区中推广应用的价值和难点,并提出相应的实施策略。分析了低影响开发措施在我国的发展现状,同时对其在高层住区中的应用前景和当下面临的困难进行了分析,并通过SWMM软件对典型案例布设不同低影响开发方案的实施效果进行了模拟评估,证明了低影响开发措施在新建高层住区中的实施效果,根据模型的分析和计算的结果进一步提出了有助于低影响开发措施在高层住区中推广应用的策略。     

城市雨洪模型参数不确定性分析及应用

针对分布式城市雨洪模型的研究现状,分析讨论了城市雨洪模型及其模拟结果的不确定性问题,并以深圳市某独立排水片区为例,采用GLUE方法分析SWMM模型参数的不确定性。首先构建排水区的SWMM模型,针对敏感性参数随机生成多个参数方案,通过MATLAB编程调用SWMM动态链接库多次进行参数率定,以Nash-Sutcliffe效率系数(NS)大于0. 8为阈值进行最佳参数方案的筛选,得到置信度为90%的排水区径流量区间。研究结果表明,GLUE方法能够分析出模型敏感性参数的不确定性,此种模型不确定性研究方法可为实际工程提供更加科学的预测。