平原河网城市管网排水能力影响因素模拟研究

我国平原河网城市的两级排涝模式常存在标准不衔接问题,致使强降雨发生时,管网系统的水力特性、排水能力受降雨强度和承泄水体水位的双重影响,涝水外排困难。为此,以苏州工业园区的市政排水系统与水利排涝系统为例,基于SWMM模拟多情景洪涝过程,分析得出河道水位在1.70~2.30 m之间时,研究区域积水的主要原因是现状管网系统自身能力不足,河道水位加剧了积水情况;当水位超过2.30 m并不断上涨时,管网系统排水能力骤减,河道水位逐渐成为制约管道过流能力、加重积水程度的主要因素,建议研究区域河道排涝控制最高水位宜在2.30~2.32 m左右。该结论可为城市河道水位调控以提高城市排水防涝能力提供参考。

考虑双层排水系统的城市地下排水管网能力评估

城市雨洪管理模型SWMM最新的5.2版本采用了考虑排水管网和道路的双层排水思想,使城市雨洪模拟与实际情况更为接近。为了分析该版本与以往版本的差异,以广州市东濠涌流域为研究对象,分别构建双层排水系统模型和仅考虑地下排水管网的模型,模拟设计暴雨重现期分别为5 a、10 a、20 a、50 a、100 a情景下的洪涝过程。结果表明,随着设计暴雨重现期增大,两个模型的管道超载个数、节点超载数及节点积水个数也随之增多;在同一重现期暴雨情景下,双层排水系统模型的地下管网承载力比仅考虑地下管网的模型相对较高。将实测内涝点与双层排水系统模型模拟得出的内涝点进行对比,得出模型对于淹没深度较大的内涝点识别情况较好,但对淹没深度较小的内涝点识别情况一般,且对范围和水深的模拟有局限性。

极端暴雨下城市内涝模拟与应急响应能力评估

为探究极端暴雨对城市内涝积水特征和应急响应能力的影响,基于InfoWorks ICM模型构建郑州市金水区的某片区内涝模型,分析极端暴雨情景下的城市管网排水能力和内涝积水特征,基于ArcGIS网络分析模块评估公安、医疗和消防3类应急服务部门在单一和组合情景下的可达范围和响应时间,以此确定城市应急响应能力。结果表明:研究区管网排水能力整体较低,排水能力<3 a一遇的设计暴雨(3 a一遇,下同)的管道占比为50.15%,此类管道多分布于中部和南部,不能满足城市重要地区3~5 a的排水标准;淹没范围与管网排水能力和地表类型有着密切的联系,在较大除涝标准下,如20 a一遇和100 a一遇情景下积水呈现出南多北少的分布特征,而郑州2021年“7·20”特大暴雨情景下,北部和河流附近地区的积水面积较大;应急车辆涉水能力较高的服务部门在极端暴雨下的应急响应能力更高,100 a一遇和“7·20”情景下消防部门的响应能力最高,10 min内可达范围占比分别为78%和36%;多部门联合调度可有效提升应急响应能力,如100 a一遇情景下,5、10、15 min内联合调度的应急响应可达范围比最优部门(同一时间阈值下可达范围占比最大的部门)分别增加了16%、7%、4%。

已建区排水管网评估及多尺度分区改造策略

为评估已建区现状排水管网情况并以问题为导向提出针对性的多尺度分区管网排水能力提升优化策略,以北京市东城区为例,构建基于InfoWorks ICM的城市综合流域排水模型,选用两场实测降雨分别进行参数率定及模型验证,结果表明模型具有较高的精度与可靠性。在此基础上,利用该模型对1a、3a、5a、10a四种不同设计重现期、历时1h降雨情景下的排水管网排水能力进行模拟,分三个尺度对研究区域模拟结果的分析如下:(1)城市尺度的管网排水能力不足1a一遇、1～3a一遇、3～5a一遇、5～10a一遇、10a一遇的管线长度比例分别为52%、10%、4%、6%、29%;(2)地块尺度功能分区排水能力排序为:公园绿地≥居民小区>商务行政办公区>商业区;(3)道路尺度的主次干道管线排水能力不足1a一遇、1～3a一遇、3～5a一遇、5～10a一遇、10a一遇的管线长度比例分别为38%、9%、4%、7%、42%。针对不同尺度下排水管网排水能力的现状评估结果,诊断并分析排水能力不足的问题及成因,以期通过系统性的管网现状评估及优化方案,为国内其他老城区的管网排水能力提升提供一套适用性的优化改造策略。

基于InfoWorks ICM的内涝风险评估与分析

基于InfoWorks ICM构建1D、2D耦合的浙江省某新区内涝排水模型,根据模拟得出的研究区管网负荷状态、地面积水深度、地面积水时间等,分析和评价研究区管网排水能力和内涝风险情况。研究区现状管网系统的排水能力尚未达到3年一遇的排水设计标准,管网排水能力大部分在0.5年一遇之下。且在20年一遇设计暴雨下存在内涝高风险区,内涝风险区主要发生在下垫面硬质化较为严重、地势较低、管网缺失和管径较小的区域。建议完善研究区空白区排水管网系统,并对未达到设计标准的管网进行改造。

基于PCSWMM模型的城市内涝风险评估

构建了基于PCSWMM的海甸岛城市雨洪模型,采用3场次实测暴雨(20081013,20101005和20111005)内涝淹没资料对模型进行验证,结果表明所构建模型具有良好的精度和可靠性。以1 a、2 a、5 a、10 a和20 a 5种设计重现期降雨组合同频率设计潮位进行模拟计算,对海甸岛现状排水能力进行评估,结果表明,海甸岛84.8%管网排水能力低于1年一遇。以5 a、10 a、20 a、50 a降雨组合对应潮位对海甸岛进行内涝风险评估,得到了海甸岛4种不同重现期暴雨的内涝风险等级划分状况。

基于多模型耦合的城市内涝多视角分析

为了系统分析城市内涝发生机理,明确不同情景下的内涝风险和引发内涝积水原因,提出解决城市内涝问题的建议,以北京市清河内典型流域老龙口沟为例,利用InfoWorks ICM软件分别构建降雨-产流、管网汇流、河道汇流与地表漫流模型,并耦合形成精细化综合洪涝模型。在此基础上模拟不同暴雨情景下的管网排水状态、河道行洪与地表漫流过程。结果表明:雨水管网建设标准偏低,低于1年一遇雨水管网不达标率高达79%;河道抵御暴雨洪水能力较强,现状行洪能力高于50年一遇洪水行洪要求;内涝积水点多集中于低洼道路和建筑区低洼处以及河道拐弯处。通过模拟结果分析该流域的内涝积水问题由不透水下垫面比例高、管网排水能力弱、局部地形低洼、局地强降雨易发等多因素综合造成,研究可为内涝问题治理提供技术支撑。

合肥市典型冲沟雨水系统排水防涝能力评估研究

合肥市清Ⅱ冲雨水箱涵(明渠)汇水区域为典型的冲沟雨水系统,在对该区域的地形地貌、气象水文、易涝点以及现状雨水设施进行调研的基础上,采用InfoWorks ICM水力模型进行一维管网水力模拟,通过不同重现期降雨标准下各管段的水力坡降线来评估管段的排水能力,对该区域现状管网排水能力进行了综合评估。同时,对该区域进行了内涝风险评估,采用排水管道一维模型耦合地表二维模型,计算出50年一遇24 h设计雨型工况下的内涝淹没范围、水深、流速、历时等成灾特征,获得了该区域50年一遇的风险程度图。最后,对该区域的内涝成因进行了分析,并提出了降低内涝风险的建议。

基于InfoWorks ICM模型确定排涝泵站规模

采用城市综合流域排水模型(InfoWorks ICM),对宁德市三屿新区进行排水模拟分析计算,对管道负荷情况进行评价分析。基于测绘数据及规划资料构建排水管网模型,利用InfoWorks ICM模拟和分析,合理确定排涝泵站规模。通过模型模拟分析,可全面反映研究区域排水系统的服务性能,可为区域防洪排涝和管网改造与维护提供决策支持。