采用Sobol方法的暴雨径流管理模型参数灵敏度分析

为了定量探究典型城市暴雨径流管理模型(SWMM)中水文水力参数的全局灵敏度,利用基于方差分解的Sobol方法,计算不同雨强下SWMM中各参数对径流量、峰值流量以及峰现时间的灵敏度,简要分析结果的收敛性.研究结果表明,在不同雨强下,SWMM中水文水力模块的灵敏参数及相关排序有所差异.在大雨强条件下,不渗透地区表面的曼宁糙率对3类输出变量都是最灵敏参数,总阶灵敏度均大于0.6;混凝土管段的曼宁糙率系数对峰现时间的灵敏度远大于对其他2类输出变量的灵敏度.在小雨强条件下,无洼地蓄水不渗透性百分比为灵敏参数,不渗透性地面洼地储蓄为最灵敏参数,第1阶灵敏度指数为0.396.在模型前63 000次运行中,计算得到的Sobol指数上下波动,在运行84 000次之后,Sobol指数逐渐趋于收敛.

暴雨径流管理模型与GIS完全集成技术

针对暴雨径流管理模型(SWMM)输入文件的制作效率低及误差较大的问题,提出了将SWMM模型整合到基于ArcEngine(AE)二次开发的管网系统中的方法,系统通过借助地理信息系统(GIS)强大的空间分析能力自动划分汇水区,生成研究区域的子汇水区信息,同时结合数据库中的管网属性数据自动生成SWMM的输入文件,避开了人工制作输入文件的复杂过程。实验结果表明,输入文件的制作效率和误差有很大的改善。系统在城市防洪排涝方面,能有效帮助管理者实现动态模拟、直观展示以及防洪预警。

基于暴雨径流管理模型(SWMM)的海绵城市低影响开发措施控制效果模拟

为解决城市化过程中遇到的水生态、水安全和水环境问题,以低影响开发(LID)为核心理念,我国提出了海绵城市这一新型城市雨洪管理概念.本研究利用芝加哥雨型和沈阳暴雨强度公式构建了不同重现期的降雨过程线,然后利用暴雨径流管理模型(SWMM)模拟分析了城市化前、城市化后和LID措施后3种情景方案的水文水质过程.结果表明:随着降雨重现期的增大,LID措施减少的径流量逐渐增大,研究区径流量基本达到城市化前的水平.LID措施对总悬浮颗粒物(TSS)、化学需氧量(COD)的去除量较大,但TSS和COD排放量仍然远远高于城市化前,总氮(TN)和总磷(TP)的污染物排放量接近于城市化前的自然状态.随着雨强的增大,径流流速增大,LID措施消减的TSS、TP和COD量逐渐减小.

基于暴雨径流管理模型的海绵城市景观格局优化模拟

随着我国城镇化进程加快,城市不透水面积急剧增加,城市内涝问题日益严重.为此我国基于低影响开发理念提出了海绵城市概念.本研究以辽宁省沈抚新城中心城区作为研究区域,利用暴雨强度公式构建不同重现期的降雨过程,基于海绵城市理念对研究区进行景观格局优化,并运用暴雨径流管理模型模拟预规划方案和景观格局优化方案两种情景下的地表径流和雨水调控能力的差异,分析景观格局优化方案对城市地表径流和雨水调控能力的影响.结果表明:随着降雨重现期的增大,研究区内径流总量和径流系数呈上升趋势;在相同降雨重现期下,景观格局优化方案的径流系数明显降低,径流总量的削减量逐渐增加,1年一遇、3年一遇、5年一遇和50年一遇重现期下的削减量分别为2.94、3.58、3.72、4.19 mm;相对应的削减率逐渐降低,分别为23.9%、16.4%、14.3%、9.3%;优化后的方案可满足降雨重现期p=1时设计降雨量20.8 mm、p=3时雨水管网不超载且p=50时河道不溢流的要求.

基于GIS构建SWMM城市排水管网模型

基于地理信息系统(GIS)对SWMM城市排水管网模型进行快速构建,并在澳门某小区进行了应用和案例分析。结果表明,该方法简便快速,可准确提取排水管网的空间结构和属性数据,模拟结果与监测数据达到较好的拟合,为模型的进一步深入应用奠定了基础,对其他分布式水文模型的空间结构和属性数据的获取也有一定的借鉴意义。

广州城区雨水径流非点源污染特性及污染负荷

以广州市新河浦社区部分排水区为研究对象,将研究区域划分为居住区、马路、草地3种典型下垫面,在各典型下垫面分别进行若干场雨水径流水质监测,主要分析雨水径流中的化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD5),以及总悬浮物固体(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮等污染物的浓度,探讨TSS和COD的相关性,揭示污染物的时空变化规律和径流的初期冲刷效应。基于暴雨径流管理模型(SWMM)建立了研究区域降雨径流非点源污染的模型,根据研究区域的水质监测资料率定模型参数,结果表明:水样中TSS和COD的相关性不明显;居住区、马路存在较为明显的初期冲刷效应,草地的初期冲刷效应不如居住区和马路明显;所建立的非点源污染模型具有较高的精度,利用该模型分别模拟不同重现期、不同降雨类型及不同下垫面类型的非点源污染负荷,所得负荷量结果较为合理,可以为城市雨水径流非点源污染的控制提供参考依据.

SWMM模型在城市排水系统中的应用

通过分析GIS在暴雨径流管理模型建模中的作用,以武汉市东湖流域为例,研究基于GIS的暴雨径流管理模型的应用和方法。结果表明,模拟结果与检测数拟合度很高,为模型的进一步深入应用奠定了基础。

基于SWMM模型自动建模的桥梁排水系统模拟与优化

桥面雨水若不能及时排走,会对行车安全造成极大隐患。利用模型定量研究桥面径流汇水规律,分析确定影响桥面径流量变化的关键因素对于科学制订桥梁排水策略具有极为重要的意义。基于此,提出了针对公路桥梁排水系统的快速自动建模方法,以我国西北城市西安市为例,对当地的典型桥梁径流量变化规律及其关键影响因素进行了模拟分析。结果表明,桥面径流量大小主要受桥面面积、降雨重现期、降雨历时的影响,随三者增加而增大,而桥面纵坡对其影响相对较小。对于桥梁纵向排水管管径的确定,首次提出结合模型模拟计算管道流速和管内水深变化进行综合判定的思路,并与传统公式法对比。模拟探究了桥面汇流宽度对桥面典型径流污染物浓度变化的影响,当桥面汇流宽度较大时,更有利于径流污染物及时排走。研究成果可为公路桥梁排水系统优化设计和桥面径流污染物防控提供技术与数据支持。

不同LID设施组合对区域雨洪控制效果的影响模拟

为研究不同LID设施组合对区域雨洪控制效果的影响,以南京市雨花台区一区域为研究区构建了暴雨径流管理模型,在模型中分别设定4种LID设施组合来模拟分析研究区2年一遇、3年一遇、5年一遇、10年一遇降雨条件下的地表径流、排水管网溢流及污染物排放情况。结果表明:不同LID设施组合对研究区均有减小径流量、缓解节点溢流和削减污染物排放量的作用,但随着降雨重现期的增大,对雨洪控制效果降低;以绿色屋顶和透水铺装为主,加以适当比例生物滞留设施和雨水花园的LID设施组合对研究区的雨洪控制效果较好。

初期弃流后板房屋面雨水污染物质量浓度衰减规律

为研究初期雨水弃流后不同降雨重现期条件下屋面雨水的污染物质量浓度变化规律,以板房屋面为例,采用3 mm的初期雨水弃流深度,基于暴雨径流管理模型(SWMM),构建了板房屋面径流模型,在采用雨水收集箱中污染物质量浓度实测值对模型验证后,模拟分析了不同降雨重现期板房屋面雨水的污染物质量浓度衰减规律。结果表明:雨水收集箱中污染物质量浓度衰减过程可分为骤降段、过渡段和稳定段3个阶段;衰减曲线符合一阶衰减指数函数分布,决定系数超过0.93;对于同一种污染物,雨水收集箱中污染物稳定质量浓度随降雨重现期增大而减小。

城市雨洪模拟与年径流总量控制目标评估——以北京市未来科技城为例

伴随城市化进程加快,硬化地表面积的增加,城市降雨径流过程已发生明显变化,导致洪涝问题突出。城市雨洪模拟是当前城市水文学研究热点和难点之一,也是城市洪涝防治、海绵城市建设评估的关键技术手段。本文选取北京市未来科技城为研究区,利用SWMM模型构建城市雨洪模型,模拟不同降雨条件下地表和管网径流过程;依据不同场次雨型设计年径流总量控制目标对应的降雨过程,并驱动已构建的雨洪模型,评估现状地块下年径流总量控制目标实现情况;据此,提出不同海绵措施的空间布局以实现年径流总量控制目标。结果表明:城市雨洪模型模拟精度较高,洪峰流量误差在8～26%之间,而峰现时间误差为-8%,-1%和0。现状地块条件未达到北京市年径流总量控制目标(80%);采用在道路、建筑和绿地分别增设透水铺装、绿色屋顶和下沉式绿地,并分别按20%,40%和40%的方案比例分配时研究区90%的地块均可达到年径流总量控制目标,还增加1.79万m^3可利用水量。本文既可为海绵城市年径流总量控制目标的评估提供参考借鉴,也可为城市海绵措施布局优化等提供决策依据。