MIKE URBAN在城市排水系统模拟分析中的应用及进展

城市排水系统的信息化模拟对优化管网设计、监测管网运行以及减少城市内涝至关重要,管网模拟软件应运而生。针对目前工程应用较多的MIKE URBAN软件,总结了目前国内外采用该软件进行管网信息化管理的方案,说明了其模型原理,归纳提炼了其建模步骤,并针对提高模型准确率的多种率定方法进行了分析,对当前MIKE URBAN软件的应用情况进行了分析,并总结了存在的问题和提出了可行的发展方向。

基于MIKE FLOOD的深圳市大空港片区暴雨内涝模拟分析

由于气候变化以及城市化发展,引起强降雨等极端天气事件增多,导致城市内涝现象加剧,给城市交通、居民生活和基础设施造成严重影响。基于MIKE FLOOD平台,通过耦合MIKE 11、MIKE URBAN和MIKE 21三个模型,构建了暴雨内涝模型,对深圳市大空港片区内涝问题进行分析。利用2018年“山竹”台风实测暴雨条件下的实测水位、积水深度数据,对模型进行了参数率定和验证。在不同降雨情景下,内涝高风险区域主要集中位于研究区的中部区域以及河流沿岸附近。另外,根据“8·29”实测暴雨潮水位,模拟可得:大空港片区内涝点积水深度在15 cm以上的总积水面积约为7.11 hm^(2)。研究结果可为区域城市内涝防治提供科学的技术支撑。

基于MIKE模型的湘阴县雨水管网健康度评价

以洋沙湖镇涝溪桥村地区为例,采用MIKE模型分析了岳阳市湘阴县在遭遇暴雨干扰时的雨水管网健康度。在采用一次降雨过程中严重内涝点的实测积水深度对模型进行率定和验证的基础上,利用该模型模拟了重现期为1、3、5、10、20 a的2 h设计降雨,重点分析了重现期为3a的降雨过程,并结合排水能力、管网结构、环境因素、社会因素4项综合指标和15项子指标构建了雨水管网健康度评价指标体系。结果表明:该区域管网的排水能力综合指标的得分为0.48,管网结构综合指标的得分为0.78,环境因素综合指标的得分为1,社会因素综合指标的得分为0.66,综合健康度为0.54,综合健康度等级为较差;重现期越大,积水深度也越大,但最大积水深度到达的时间并不受重现期影响;积水风险较大、积水较深位置均位于健康度较低的管道附近。

基于MIKE21和MIKE Urban耦合的湖区平原城市内涝模拟应用研究

通过构建MIKE21和MIKE Urban耦合模型,将调蓄设施和强排泵站纳入考虑,对岳阳市地下管网与陆面漫流进行耦合计算,得到不同重现期不同历时暴雨产生的共12种情景下的内涝情形。结果表明:岳阳市内涝主要影响范围为内湖周边地势低矮处,模拟出的内涝点与研究区主要积水点分布情况一致;模型模拟结果合理可靠,可为湖区平原城市内涝防治工作提供参考。

基于MIKE URBAN的广州市东濠涌片区暴雨内涝模拟研究

随着城市化的不断发展,城市暴雨内涝灾害趋于严重。为了减少由此带来的经济损失和人员伤亡,对城市内涝灾害开展研究具有重大的实际意义。以广州市越秀区东濠涌排涝片区为研究对象,基于MIKEURBAN构建了能够模拟外江潮汐、内河涨退水、地面积水和管网排水过程的城市暴雨内涝模型,采用2011、2014年2场暴雨对模型模拟效果进行了检验,并以2011年“10·14”暴雨为应用实例,模拟了暴雨与珠江潮水遭遇、河道水位改变、湖泊汛期正常蓄水位改变等不同情况下的内涝积水情况,初步分析了区域内涝成因。研究结果表明该模型能够较好地模拟区域城市内涝积水情况,可有效分析城市暴雨内涝成因,可为城市内涝治理和内涝风险评估提供一定的参考。

基于MIKE URBAN模型的管道排水能力评估

雨水管道是城市排水系统重要环节,其排水能力关乎城市内涝严重程度,因此,快速而准确地对雨水的管道疏水能力进行评估,精确定位溢水节点、超载管网,掌握内涝风险情况显得尤为重要。文中通过建立MIKE URBAN一维管网模型,在不同重现期下模拟,利用模拟结果对研究区进行排水能力评估。结果表明,研究区雨水管网整体排水能力较弱,绝大部分管段不能满足1 a暴雨重现期要求,难以抵御强降雨威胁,易形成内涝点,城市雨水管网亟待改造。该评估结果为后期雨水管网改造等工程提供理论基础。

基于Mike Urban模型的排涝模数复核计算分析

洪涝灾害是人类社会发展的重大威胁。在社会经济快速发展的城市地区,暴雨径流难以自排,往往需要修建排涝泵站辅助排涝。排涝模数是确定排涝流量的主要因素,因此,合理确定排涝模数对于降低涝灾损失有重要意义。以江西省景德镇市新厂排涝泵站为例,先用逐时水量平衡法计算该泵站的排涝流量,再应用城市管网模型Mike Urban对其进行复核,两种方法计算所得到的排涝模数非常接近,可以相互佐证,工程最终采用了Mike Urban模型计算结果。采用的计算方法可为城市地区排涝泵站排涝模数的计算提供参考。

基于MIKE FLOOD耦合模型的城市内涝模拟

基于MIKE FLOOD平台,将MIKE URBAN和MIKE 21模型耦合,建立城市内涝模型,对湖南省新化县典型区域的排涝情景进行模拟,结果表明该模型适用于城市内涝风险评估管理。评价结果表明,新化县目前建成的城市管网仍存在部分不合理的管段,水量难以立即排入资江或花山渔场,使老城区的整体排水能力受限,部分区域达不到设计规划的排水标准;城内主要的调蓄湖泊及暗渠均能满足20年一遇的设计标准;虽然现有的泵站系统能满足排水的需要,但区域内的5处易涝点仍需要采用对应的处理方案。

MIKE 21模型及其在城市内涝模拟中的应用

随着城市化水平的不断提高,下垫面发生巨大变化,城市内涝问题频现,严重制约着城市的健康发展。以北京市朝阳区某规划小区为例,应用DHI开发的MIKE软件,建立了MIKE 21的二维水动力模型,在典型降雨情况下模拟了研究区域内的积水过程。采用城市内涝ArcGIS模型的计算结果对比分析。结果表明:MIKE 21模型的计算结果满足规范要求,较好地模拟了区域积水分布位置、深度、历时等,较ArcGIS模型的精度更高。研究成果为城市内涝灾害的治理提供了技术支撑,对城市小区规划、道路设计、海绵城市建设等方面具有重要的应用价值。

基于MIKE FLOOD模型的鹰潭市内涝弹性分析

针对近年来日益严重的城市内涝问题,利用MIKE FLOOD模型模拟了鹰潭市月湖新区在遭遇1 a、3 a、5 a、10 a及20 a重现期降雨时的内涝淹没状态,研究了在不同重现期降雨下城市内涝形成及恢复的完整过程。根据模拟结果统计研究区在各个重现期降雨后的淹没网格数变化,基于系统性能分析研究鹰潭市月湖新区排水内涝弹性,进一步分析研究区对各重现期降雨灾害的防御与恢复能力。结果表明:在不同重现期降雨下,研究区积水面积基本都在65 min左右达到最大;在遭遇1~3 a低重现期降雨时,研究区排水系统性能变化更为敏感;降雨重现期越低,系统性能恢复越快、越好。

基于MIKE耦合模型的绿化率对城市内涝影响研究

为了进一步了解强降雨条件下城市内涝的形成过程及地表淹没情况,以西安市新城区为研究对象,设定不同比例的绿地面积,建立了城市洪水的MIKE FLOOD耦合模型,对比了不同情景下城市绿化对地面积水和内涝风险的削减效果。结果表明:随着城市绿化面积比例的增加,3、5、10、20年一遇降雨下的积水淹没范围得到了有效控制,其中绿化面积比例为35%时削减效果最为明显。研究区0.05 m以上水深的淹没面积比现状分别减少了20.64%、20.83%、18.42%、18.40%;积水历时20 min以上的淹没面积比现状分别减少了31.18%、24.40%、24.55%、23.33%;内涝风险总淹没面积比现状分别减少了30.26%、23.98%、23.25%、23.07%。随着降雨重现期的增加,城市绿化对内涝的削减效应会减弱。

城市内湖藻源污染及生态风险控制研究

针对城市内湖富营养化频发,导致水体生态安全遭到严重危害的问题,以西安市汉城湖为例,通过水动力和富营养化模型,借助边界条件的情景模拟,分析水质恶化原因并提出水质改善方案。结果表明:参数率定后模型拟合度高于0.8,较好地模拟了湖体水质的演变规律,湖体藻类生长受外界环境和营养物质影响,且无机磷对其生长起到重要作用;对水质改善措施效果较好的分别为净化补水水质、加大补水量、增加大型植物种植和浮游动物对藻类的捕获。结合实际情况,可通过调节补水水量、采取引水渠道的生态净化措施和生物操纵组合方案,保障汉城湖水质目标。当补水量不充足时,可将其水力停留时间控制在35 d为最优。

MIKE模型在城市及流域水文——环境模拟中的应用进展

MIKE模型可对城市及流域水环境、水资源、水安全及水生态等方面进行模拟,软件因功能强大、界面友好而在国内外现实工程中获得了广泛应用。文中归纳了MIKE11、MIKE21、MIKE FLOOD、MIKE URBAN、MIKE BASIN和MIKE SHE模型的基本原理、特点及应用范围。对比了主要模型的功能,总结了各模型及其不同组合方式在实际工程中的应用情况,提出了MIKE模型存在的局限性并对该模型未来发展方向进行展望,以期为MIKE模型更好地应用于实际问题提供参考。

基于MIKE建模的城市生态公园行洪能力分析

[目的]预测并分析工程对河道行洪能力变化的影响,为城市生态公园工程防洪影响评价提供研究技术方法。[方法]基于MIKE 21建立城市生态公园工程河段的平面二维水流数学模型,以渭河宝鸡段为例,选取1954型洪水过程验证模型合理性,模拟3种典型流量下河道流场和水位的变化特征,讨论城市生态公园修建后对河道行洪能力的安全影响。[结果]3种典型流量洪水下沿线水位均低于堤顶高程,对城市行洪安全不构成威胁,因此行洪安全可以保证。但由于河道行洪宽度变窄左岸流速增大,加剧了对岸堤的冲刷,采取岸堤加固措施是极为必要的。[结论]河道形状的改变会影响水的流态,水流速度过大会影响河堤结构稳定性,最终影响河道的行洪能力。

基于MIKE模型对学校场地雨水系统内涝风险评估的案例分析

近年来海绵城市提出并得到快速发展,内涝灾害治理是海绵城市建设中的一个重要内容。文中介绍内涝模拟软件—MIKE模型的相关内容及运行中易出现的问题,以苏州某学校为例,运用MIKE相关模型模拟园区的雨水运行情况。结果显示,园区在5年以内的降雨重现期下不会出现管道溢流现象,可以抵御20年一遇的内涝风险。最后对模型的运用提出了展望。

基于MIKE FLOOD模型的城市洪涝灾害场景推演研究

城市洪涝场景推演是城市防洪排涝工作的基础。以洛阳市中心城区为研究区域,综合考虑城市管网、内河、地形等复杂下垫面因素,构建基于MIKE FLOOD的一维河道-一维管网-二维地表耦合城市洪涝仿真模型,采用两场降雨调研积水深、河道实测流量对模型进行了校准检验,积水点模拟合格率达到了81.25%和93.75%,模拟流量过程的纳什系数在0.79~0.96之间。模拟分析了不同历时、不同重现期情景下的淹没过程。结果表明:设计暴雨重现期小于20 a时,暴雨所产生的淹没范围较小,多集中在建筑密集的中心城区;设计暴雨重现期大于20 a时,暴雨所产生的淹没范围明显增大;重现期小于10 a时,淹没面积随着重现期增大明显增大;重现期大于10 a时,淹没面积增长趋于平缓。

基于Mike耦合模型的城市超标准洪涝灾害影响分析

为制定大连市超标准洪水防御方案,利用Mike系列模型将一维地下排水管网模型与地表二维模型耦合,模拟分析标准内50年一遇、超标准100年一遇两种暴雨情景下研究区的洪水淹没特性。结果表明,与标准内暴雨相比,超标准暴雨下研究区充满管道数量显著增加,主要内涝积水点的空间分布基本不变,平均淹没水深由0.37m增加到0.56m;研究区低风险面积减少,高风险面积显著增加,且高风险平均淹没水深超过1m;应对超标准洪涝灾害时,常规应急抢险难以为继,应侧重于防御,重点高风险区域应提前做好人员转移、沙袋布置等防御措施,最大限度地减少人民生命财产损失。

基于Mike Urban的山地城市管网水质模型构建与率定

山地城市在空间环境上较为独特,与平原城市相比,其管网模型有较大不同。针对山地城市特点,以重庆市李家沱污水厂服务片区为例,运用Mike Urban建立管网水力模型,结合不同降雨事件全过程的水质实测数据,构建水力水质耦合模型。采用正交试验法率定,研究各因素对模型质量的影响,并得到较优参数组合。率定后模型对COD、总氮、氨氮、总磷模拟结果的纳什效率系数(NSE)分别达到0.7288、0.6271、0.6601和0.6959,模型质量显著提高,证明了该率定方法的可行性,对试验区域的污水厂运营有建设性的意义。

深圳市石岩街道洪涝风险分析

基于MIKE flood平台,进行MIKE 11、MIKE URBAN和MIKE 21三模型耦合,构建城市洪涝模型,对深圳市石岩街道洪涝问题进行分析,包括河道防洪能力评估、管道排水能力评估、内涝风险分析及内涝发生的降雨量阈值确定。模拟结果表明:水田支流防洪能力不足2年一遇,上排河防洪能力不足5年一遇。石岩街道管道排水能力不到1年一遇的占比34.24%,满足1年一遇至5年一遇的管道占比17.59%,超5年一遇的占比48.17%,当管网标准提升至3年一遇以上就可大大提升城市排涝能力。历史上报易涝点内涝形成原因主要有:局部为低洼区,汇流面积大;管道自身排水能力不足,主要有大管接小管问题、倒坡问题、管径太小等问题;受下游河水水位顶托。分析石岩街道已上报易涝点内涝风险降雨量阈值,当3 h降雨量达20 mm时,石龙大道龙大高速出口为低风险点,降雨量达40 mm时,则变为高风险点;降雨量达60 mm时,祝龙田路龙大高速桥涵为高风险点;降雨量达70 mm时,青年路为高风险点;降雨量达80 mm时,光明路与爱群路交会口为高风险点。

再生水补给型城市河流水质改善效果模拟

再生水是干旱和半干旱地区河流重要生态水源之一,但其高营养盐含量极易导致河流发生富营养化,严重影响河流水生态安全。以再生水补给型城市河流北京市凉水河为例,构建基于MIKE11的水动力水质耦合模型,应用实测水文水质数据率定和验证河流水质模型参数。结合区域污染源特征设定不同情境方案,并通过模型模拟分析不同方案下水质改善效果响应关系。结果表明:点源污染截流是改善凉水河水质的关键,可降低大红门闸断面氨氮浓度51.8%、TP浓度43.3%,其次为污水处理厂系统完善、生态河道建设和降雨面源控制。该研究提出在包括上述4项在内综合治理措施下,水质改善效果最为显著,大红门闸断面氨氮和TP年均浓度分别为0.969 mg/L和0.214 mg/L,满足地表水Ⅳ类水体标准。