基于SWMM的平原感潮地区排涝系统研究

近年来,城市"热岛效应"越发突显,短历时暴雨在我国各地不断侵袭,且随着城市化进程的不断加快,下垫面硬化程度越来越高,降雨期间地表径流不断增加,给城市排涝系统增加了较大的压力。平原感潮地区由于其地理条件的特殊性,排涝系统在排除上游降雨径流的同时,往往会受到下游潮汐的影响,高潮位对河道的顶托作用使得排涝能力大幅下降。在对平原感潮地区排涝系统特点进行详尽阐述的基础上,提出利用雨洪模型对潮位对排涝系统的影响进行分析的方法,并以北方某平原感潮地区排涝系统为例,对该系统在暴雨遭遇潮汐工况下河道水系的排涝能力进行了模拟与校核,根据模拟结果总结出系统存在的主要问题,对排海泵站建设的必要性进行了工况模拟与分析。

平原感潮地区雨型潮型组合对除涝规模的影响

以上海某感潮圩区水系除涝规模计算为例,采用水量平衡法和河网水动力数学模型法,研究了平原感潮地区的雨型潮型组合对圩区除涝规模的影响,并对涉及除涝标准的暴雨历时取值、涝水排除程度确定、起调水位与预降可能性、河道分期实施状况、用地性质变化、水面率控制等影响因素进行了分析。结果表明:在约100 km^2区域内,采用水量平衡法和河网水动力数学模型法计算的河道水力要素和除涝设施规模均可满足工程精度要求;对确定的除涝规模,不同雨型潮型组合情况下,内河最高水位和高水位持续时间不同,"麦莎"雨型潮型组合情况下内河最高水位较高,而"63年"雨型潮型组合情况下高水位持续时间较长,后期河道水位也较高;平原感潮圩区除涝标准的确定涉及设计暴雨重现期、设计暴雨历时、涝水排除时间、涝水排除程度、设计潮位与过程等因素,尤其是雨型潮型组合对除涝规模影响较大。

感潮地区排涝分析计算方法和思路研究

分析了感潮地区的排涝类型和排涝方案,系统研究了排水过程受潮位影响、可以利用闸门抢排下的排涝计算方法和计算思路,并以实例分析。结果表明,只要能利用闸门抢排,则从理论上一定可以通过设置足够宽度的闸门和足够的水面率(以水面率大小来表示调蓄能力的大小)来实行完全自排。最终方案的选择,以及排涝设施规模和涝区水面率的确定,尚需通过方案经济分析比较结合土地开发利用情况以及抗旱、改善水环境条件等多因素综合分析确定。

基于SWMM的感潮地区雨洪模型建立及内涝治理模拟分析

随着城市不透水面积的增加,积水内涝情况不断加剧,而感潮地区的管网同时还会受到潮水顶托的影响,导致排水能力受到限制。基于ArcGIS对SWMM进行辅助建模,利用ArcGIS对研究区域的管网和下垫面进行概化,提出一种面向感潮河网城区潮水顶托下排水系统的高效建模解决方案,并利用该方法以东南沿海某感潮地区临近河道的老城区为研究区域,建立该地区的雨洪模型。采用历史实测降雨数据和多年平均潮水水位曲线进行雨洪模拟,对比自由出流与潮水顶托2种情况下的城市积水内涝情况,针对潮水顶托下的积水内涝特点,进一步提出增设LID设施、增设防潮阀、增设雨水调蓄泵站的综合防洪排涝手段,分析城市管网在不同手段下的积水内涝改善情况。该研究为典型感潮地区提供了针对潮水顶托的内涝治理方案,为城市排水系统的规划建设、运行优化提供了理论基础和数据支持。

南方感潮地区水库的挖潜改造

为有效缓解南方感潮地区严重的内涝灾害和枯水期因受咸潮影响而供水不足的问题,对南方感潮地区的水库进行挖潜改造,使其充分发挥滞洪和避咸蓄淡的功能。以位于广东省中珠联围的田心水库为例,系统介绍水库挖潜改造的思路以及挖潜改造分析过程,其中水库调度运行规则的拟定方法,需要结合研究承泄区水位变化规律、涝区暴雨与承泄区水位的遭遇规律以及区域排涝情势才能分析拟定。实例研究表明,不增加水库汇水面积和坝高时,在溢洪道上设置高4 m的闸门,能滞蓄最大6 h洪水与下游错峰,且增加兴利库容121万m^3;若增加西面山坡地的截流面积,则在溢洪道上设置高6 m的闸门,增加2 m坝高,合理调度,也能滞蓄最大6 h洪水与下游错峰,且增加兴利库容193万m^3。

感潮地区涝区暴雨与承泄区上游洪水的遭遇规律

感潮地区内涝防治规划设计必须合理确定与设计暴雨相组合的承泄区设计潮位过程,而上游洪水会抬高承泄区潮位,对低潮位的抬高作用尤为显著,导致利用闸门抢排涝水非常不利,故需进行涝区暴雨与承泄区上游洪水的遭遇分析。以中(山)珠(海)联围为例,分别采用定性分析法和概率风险分析法分析中珠联围暴雨与承泄区磨刀门水道的上游西江马口站洪水的遭遇规律。定性分析结果表明,在每年的5—8月,中珠联围发生大暴雨时,有较大可能遭遇到西江洪水,尤其在6—7月遭遇概率特别大。概率风险分析结果表明,当中珠联围发生不低于20年一遇大暴雨和未发生超过20年一遇大暴雨时,马口站发生不低于频率为90%、频率为75%、多年平均、5年一遇、10年一遇年最大洪水的概率分别为15.21%、10.99%、6.58%、4.12%、2.93%和13.62%、9.80%、5.84%、3.65%、2.59%。

感潮地区治涝工程海洋水文分析研究

根据钱塘江河口现有的海洋水文资料和研究成果,结合研究区域内设置的临时潮位站等观测资料,利用相关分析等水文研究方法,研究了慈溪杭州湾潮汐的特性,重点对慈溪感潮地区治涝工程水利计算中设计高、低潮水位进行了分析研究,这是感潮地段治涝工程水利计算的下边界条件。

外江潮位抬升背景下江苏省太湖地区雨潮遭遇分析

研究感潮地区外江潮位的变化对有效发挥区域洪涝体系十分重要。江苏省太湖地区作为典型的感潮区域,在现状防洪体系下进行设计暴雨与设计洪水推算时,并未充分考虑与评估区域暴雨遭遇外江高潮位时对区域防洪的影响。根据沿江3个潮位代表站长系列实测潮位资料,对外江潮位变化趋势进行统计分析。结果表明,各潮位代表站年最高潮位表现出波动上升趋势,其中以镇江(二)潮位站变化趋势最为显著。但在汛期时,平均低潮位在历年变化中变幅不大,且在短历时(最大7 d)降雨发生时期,各区域降雨重现期与潮位重现期之间相关性分析结果也表明二者之间显著不相关。从反映实际情景对区域不利影响的角度考虑,在新一轮《太湖流域防洪规划》修编中,仍建议沿用设计暴雨与实况潮位相组合的方案。

感潮地区暴雨和潮水位遭遇组合的涝灾风险

采用Copula函数建立感潮地区暴雨和外江(海)潮水位遭遇的联合分布,提出了设计组合下涝灾风险的分析方法,并定义和分析了暴雨和潮水位的联合风险率和同现风险率.通过研究中山市坦洲镇涝区的暴雨和潮水位的遭遇表明,AMH Copula函数能够较好地模拟暴雨与潮水位的联合分布;若设计暴雨为20年一遇,则与多年平均潮位或5年一遇潮位组合的排涝风险率分别不超过6.39%、9.58%;若设计暴雨为10年一遇,则与多年平均潮位或5年一遇潮位组合的排涝风险率分别不超过10.39%、7.04%;20年一遇暴雨、10年一遇暴雨分别与多年平均潮位或5年一遇潮位的同现风险率分别为0.086%、0.279%和0.173%、0.56%.

滨海平原感潮河网及湖泊地区排涝闸门规模研究

文章以辽东湾新区水系排涝规划为例,对研究区域内的河网和湖泊分别建立一二维水动力数学模型,并对两者进行耦合发挥各自特色和优势,针对不同排涝闸门尺寸设计方案进行模拟对比,分析计算结果,得出排涝闸门的合理规模和上游节点控制水位,可为区域工程布局提供技术支撑。

江苏省太湖地区沿江潮位特征要素变化分析

感潮地区外江潮位变化对区域洪涝体系的有效发挥非常重要。目前江苏省太湖地区现状防洪规划并未将外江潮位变化纳入区域防洪标准的制定进行考虑。根据江苏省太湖地区沿江3个潮位代表站长系列潮位资料,对沿江潮位变化特征进行分析研究。结果表明,代表站年内最高潮位与汛期排涝设计潮位均表现出整体升高的趋势,其中以镇江(二)站变化最为显著。进入21世纪,沿江潮位特征值均出现由降低转为升高的突变现象,也反映出外部排江环境在变差,在后续地区防洪规划修编时,要增加考虑潮位变化可能产生的影响,特别是在流域上游的湖西地区。

基于水动力耦合模型的平原地区排涝规划

针对滨海平原感潮河网地区水系流态复杂、受边界条件和工程调度影响显著的特点,遵循充分发掘水系调蓄能力、多闸联调和水闸优先抢排的原则,对感潮河网和湖泊分别构建一维和二维水动力数学模型,利用2种模型模拟水位、流量相等的条件,对一维和二维水动力数学模型进行耦合.以辽东湾新区水系排涝规划为例,对4种设计方案进行了分析对比,得出了河道断面和排涝闸门规模.结果表明:方案一和方案二中,河道断面尺寸不变时,排涝闸门规模偏小,造成上游水位偏高;方案三和方案四中,排涝闸门规模不变时,扩大河道断面尺寸对域内水位影响不大.从排涝能力和经济等角度综合考虑,选取方案四为最优方案.计算结果较好地反映了滨海平原感潮河网地区河道断面尺寸和排涝闸门规模对排涝能力的影响,可为区域工程设计和制定排涝方案提供技术保障.

数字孪生太浦河防洪及供水“四预”业务应用设计与实现

针对太浦河防洪及供水保障数字孪生系统建设要求,基于UE引擎、GIS、无人机航拍数据、监测信息及共享信息等多源异构数据构建平原感潮地区数据底板;通过太浦河模型平台和可视化引擎,形成以事件为驱动的太浦河防洪及供水预报、预警、预演、预案的“四预”孪生系统,并建立太浦河历史水情、雨情、工情、水质等信息与调度预案方案间的映射关系,关联提示方案预案并实现智能推荐应急处置。场景化构建太浦河防洪及供水“四预”全过程,服务太浦河综合调度需要,可为平原感潮地区数字孪生“四预”业务应用建设提供案例参考。

基于水动力河网模型的引江泵站规模论证研究

以江苏省南通市引江供水区为例,建立了水动力河网模型,论证了新建泵站的必要性和泵站规模。研究结果表明:仅靠目前五大引水闸自流引江不能满足规划用水的要求;泵站规模越大,抽水量越大,但泵站规模大于180 m^3/s时,内河最低水位的抬高会导致水闸自流引江时间、引水量相应减小,而自引、抽引总水量增加并不明显。从增加供水量、抬高河网水位和影响水闸自流引江量多个方面进行综合考虑和分析,认为新建规模为150 m^3/s的九圩港泵站经济、合理且可行,满足规划用水要求。计算结果较好地反映了滨海感潮河网地区长江潮位、水闸自引、泵站抽引以及河网输水能力与内河水位之间的复杂关系,可为类似区域供水工程的设计提供技术参考。

平原感潮区除涝标准及规模确定相关讨论

以上海某感潮圩区水系除涝规模计算为例,采用水量平衡方法和河网水动力数学模型方法,对“麦莎”雨型潮型组合和“63年”雨型潮型组合情况,不同除涝设施规模下内河水系水位进行分析计算,并对暴雨历时取值、涝水排出程度确定、起调水位与预降可能性、河道近远期实施、用地性质变化、水面率控制等对除涝规模影响进行探讨。结果表明：1）在约100km^2区域内,水量平衡方法和河网水动力数学模型方法计算的河道水力要素和除涝设施规模均可满足工程精度要求。2）不同雨型潮型组合对内河最高水位和高水位持续时间不同,“麦莎”雨型潮型组合情况下内河最高水位较高,而“63年”雨型潮型组合情况下高水位持续时间较长,后期河道水位也较高。3）设计雨型潮型组合情况下,泵站强排对控制内河水系最高水位影响较大,但为减少运行期能耗,应尽量加大水闸规模,利用水闸自流排涝。4）暴雨前预降内河水位,增加河道调蓄量,对降低除涝设施规模有利,但需考虑河道水位预降可能性及其风险。5）平原感潮圩区除涝标准涉及设计暴雨重现期、设计暴雨历时、涝水排除时间、涝水排出程度、设计潮位与过程,尤其是雨型潮型组合对除涝规模影响较大。

补水活水在城市黑臭水体治理中的应用

在城市黑臭水体治理中,补水活水承担着改善河道水生态、提升水体自净能力等的作用。本文简要介绍了补水活水的基本内容和实施要点,初步分析了补水活水的综合应用情况,并在此基础上,简单讨论了感潮地区补水活水的方案设计,以期为南方感潮地区的城市黑臭河道治理提供参考。