暴雨管理模型(SWMM)在城市排水系统雨季溢流问题中的应用

该文应用暴雨管理模型(SWMM)对北方某城市小区的合流制排水管网系统进行仿真,模拟重现期为一年的暴雨状况下排水管道和节点在不同时段的工作状态,利用SWMM的模拟结果找出主要的溢流瓶颈点位置,并对造成溢流的可能原因包括地面不透水面积所占比例、管径、管道粗糙度以及管道坡度进行了比较和量化分析,得出造成溢流的最主要原因是下游管道的管径过小以及地面不透水面积所占比例过大,据此结果对管网进行了优化,并对优化后的管道在雨季的工作状况进行了二次模拟。该文的研究方法和研究结果可为新建、改建和扩建城市排水管网提供科学参考和依据,从而帮助减少暴雨给城市带来的涝灾损失。

基于SWMM的市政排水管道泥沙淤积对溢流积水影响的模拟分析

采用SWMM作为研究工具,首次提出以全局管网淤积系数(GSC)作为自变量,排水系统溢流节点数量及节点溢流量作为因变量,对城市排水系统进行模拟计算与分析,并辅以相对溢流节点数比和相对溢流量比两个参数,系统探讨了市政管道泥沙淤积程度对溢流积水及内涝影响的研究方法及步骤。提出控制一定的全局管网淤积系数GSC值,可调控管理研究区域内的溢流节点数和总溢流量,从而减少或避免城市积水和内涝风险。将研究方法成功应用于广州市某排水系统中,结果表明暴雨重现期不超过5年时,控制GSC<0.3是具有较好性价比的降低研究区积水和内涝风险的做法。

低影响开发设施组合下的城市雨洪调控情景模拟研究

【目的】低影响开发(Low Impact Development,LID)作为一种新型雨洪管理方法,包括绿色屋顶、雨水花园、透水铺装等典型措施,对降雨径流有明显的控制作用,能够有效降低城市内涝隐患。【方法】以浙江省海宁市为例,基于暴雨洪水管理模型(Storm Water Management Model,SWMM),模拟不同重现期(1 a、5 a、10 a、30 a、50 a)、不同布设比例(20%,50%,100%)LID组合措施情景下的城市内涝过程,分析海宁市溢流分布情况、程度及其原因,探讨溢流区域LID组合措施对节点溢流、地表径流以及管网负载的影响。【结果】结果表明:在不同设计降雨情景下联合路、海昌路、水月亭西路、西山路以及隆兴港等地管网溢流较为严重;LID组合措施布设比例相同时,随着重现期的增加,LID组合措施对地表径流和节点溢流的削弱作用呈下降趋势,LID措施的作用趋于饱和状态;重现期为30 a和50 a、布设比例为50%时,地表径流的削减为45.92%和44.09%。【结论】LID组合措施对雨洪的控制作用有限,降雨强度对节点溢流、地表径流起主导作用。海宁市部分老旧小区管道年份较长,管径较短,管网溢流情况严峻,建议重点关注区域管网改造和LID措施空间布局。研究成果对于海绵城市建设规划、缓解城市内涝灾害具有一定参考价值。

基于容积法和水文模型法的海绵设施效能评估研究

为了提升海绵设施布设的科学性和合理性,充分发挥海绵设施的效能,提出了基于容积法和水文模型法的海绵设施效能评估方法.以迁安市某海绵型建筑小区为例,借助容积法量化海绵设计方案,利用水文模型设置海绵设施控制雨水的优选路径,分别选用2、5、10 a的短历时(2 h)设计降雨情景对海绵设施建设效能进行评估,结果表明:1)与排水口演算和不透水区演算模式相比,透水区演算模式更契合海绵城市建设理念;2)在2、5、10 a的短历时(2h)设计降雨情景下,相对于海绵设施布设前,布设后场地雨水径流总量削减率分别为86.9%、82.4%、79.6%,径流峰值流量平均削减为94.57%、87.89%、86.45%,雨水管道中最大充满度80%以上的管道长度分别降低了86.55%、85.27%、64.48%;3)在10 a一遇设计降雨重现期下,溢流节点J31在海绵设施布设后,井内最高水位降低了1.332 m,且其他9个溢流风险节点其水位也明显降低.上述研究表明,在低重现期短历时(2h)设计降雨情景下,海绵设施对场地径流总量、峰值流量有很好的削减作用,对雨水管道排水压力有显著减轻作用,对节点溢流风险有很好的控制效果,为今后开展海绵城市源头减排设施的布设提供了有价值的参考.

SWMM模型在深圳市民治河流域的应用

以深圳市民治河流域为研究区域,对组成排水系统的排水管网、道路和河道水系进行合理概化,构建了基于ArcGIS的排水系统数据库。利用流域DEM、街区和道路分布图在ArcGIS中对民治河流域进行子汇水区划分。由此基于双层排水系统思想构建民治河流域SWMM模型,并采用6场实测降雨资料对该模型进行验证,所得内涝淹没位置与实际调研情况基本相符,表明所建模型具有良好的精度和可靠性;分别对重现期为1、2、5、10、20年的设计暴雨情形下管道超负荷、节点溢流等情况模拟表明,该模型较好地评估了该流域排水管网的排水能力,为区域防洪排涝管理、调度、规划和雨洪资源利用提供了决策依据。

基于SWMM和SCS法的城市内涝模拟及雨水管网系统评估

针对郑州市高新区城市排水特点,应用暴雨洪水管理模型(stom water management model,SWMM)模型建立城市排水模型,其中下渗模型采用径流曲线数(soil conservation service curve number,SCS-CN)法体现城市下垫面对城市内涝的影响。利用该模型对不同重现期实测降雨条件下的超载管段和积水节点进行模拟分析:根据超载时长将超载管段划分为安全超载管段、积水超载管段和内涝超载管段;根据积水时长将积水节点划分为积水点、内涝点和洪涝点;同时根据不同重现期降雨条件下的管网流量与管网最大充满度,将超载管段分为4种情况。研究结果表明:模型能较好地模拟郑州市高新区城市暴雨内涝情况,但高新区雨水管网系统不能很好地应对郑州市排水规范中的设计重现期暴雨;郑州市高新区排水管网超载管段和积水节点产生原因各有不同,但二者具有紧密的正相关关系,超载管段两端的节点更易产生溢流,由此形成4个明显的易涝区。

模型参数不确定性对排水管网功能状态评价的影响

降雨时空分布的随机性,下垫面的复杂性,以及管网在设计、施工、使用过程中的不确定性,导致排水管网水力模型参数取值存在着不确定性.为了评估参数不确定性对节点和管道功能状态评价的影响,建立了考虑降雨输入、产流、汇流、管网水动力计算各过程不确定性参数的分析模型.根据建模流程的参数要求和文献结论,选择了暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)建模过程中的14个参数作为不确定性参数;基于模型参数的增量对计算结果的影响分析,进行了参数灵敏度排序,选取了5个主要参数进行不确定性分析;基于SWMM求解器,采用Monte Carlo随机模拟方法计算了节点、管道的失效概率和相应的溢流时间、体积、充满度模拟均值、变异系数;通过对比参数取中值的确定性工况计算出的节点、管道的相应结果,分析了不确性与确定性分析结果的差异性.算例分析结果表明:在降雨输入和模型计算过程中均存在影响较大的不确定性参数,有必要考虑模型计算全过程参数的不确定性;相对于确定性工况,不确定性分析模型对高风险概率的节点和管道具有较好的识别效果;不确定性分析识别出的不可靠节点的溢流时间、体积模拟值相对确定性工况全网平均值的变化率分别达到了29.13%、10.41%,各管道充满度的变化率最高可达22.31%.

基于Mike Urban的高度城市化地区内涝交通风险分析

近年来,在高速城市化和气候变化的共同作用下,区域极端降雨造成城市内涝频繁发生,引起了道路积水、交通拥堵等诸多不利影响,及时开展城市内涝预警管理非常必要,而数值模拟则是科学分析内涝特征的重要技术手段。以珠海市香洲区吉大—拱北街区为研究区,基于管网数据和实测积水数据构建了Mike Urban区域排水管网模型;以此为工具,模拟了不同重现期条件下研究区排水管网的溢流情况,在解析易涝路段数量及其积水深度的基础上评价了区域的内涝程度;同时应用速度衰减曲线模型得出不同积水深度下的行车速度衰减程度,进而评价得出区域易涝路段中交通拥堵的高风险区域和受影响的公交线路。研究成果可为城市市政管理部门在强降雨情况下完善公交调度和发布道路行车预警提供技术支撑和决策参考。

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。

基于MIKE URBAN模型研究设计暴雨雨型对城市内涝的影响

以成都市中心城区某内涝频发区为研究区域,应用MIKE URBAN模型研究设计暴雨雨型对城市内涝的影响。通过模拟不同重现期和雨型的设计暴雨条件下城市排水管网的节点溢流情况,并对溢流总量、易涝雨水井溢流时间变化情况和管网溢流空间分布变化情况进行对比分析。结果表明:重现期大于20年,设计暴雨雨峰系数越小,排水管网溢流总量越大;设计暴雨雨峰系数越小,易涝雨水井处溢流程度越严重,其影响程度随重现期增大而减小;设计暴雨雨峰系数越大,管网溢流点数量越多,相应的内涝灾害等级越高,内涝积水影响的空间范围越大。本文在揭示暴雨雨型与城市排水管网溢流规律的同时,验证了四川省水文手册中成都市中心城区设计暴雨雨型的合理性,对城市排水防涝工作具有一定指导意义。

基于SWMM模型的雨水管网改造方案优化研究

基于雨洪模型SWMM模拟某老城区雨水管网现状,分析检查井节点溢流与管网荷载状况,分别提出传统改造方案(改变管径(方案1)、改变下垫面性质(方案2))及与海绵理念相结合方案(改变管径+LID即方案3)。在2年降雨重现期下,基于3种方案对管网节点溢流状态进行定量分析。结果表明,3种改造方案均能不同程度地改善区域内涝,其中海绵理念方案缓解节点溢流效果最优。进一步模拟高降雨重现期下(P=5、10年)管网优化效果,发现改变管径+LID方案(方案3)持续有效,较为理想。

基于InfoWorks ICM模型的城市暴雨内涝模拟

为解决城市暴雨内涝灾害问题,以海口市主城区为例,构建了基于InfoWorks ICM的城市综合流域排水模型,选用3场实测暴雨进行模拟分析,发现该模型具有良好的精度和可靠性。在此基础上,利用该模型对1、2、5、10、20年五种不同设计重现期的暴雨情景下研究区域排水管网系统的排水能力和积水深度进行模拟。结果表明,该模型能较好地评估研究区域的排水能力,且随设计暴雨重现期增加,研究区域的积水深度亦呈现出增加趋势,内涝灾害明显加重。

SWMM模型在内涝灾害防治中的应用——以宁波市溪口镇为例

浙江省宁波市溪口镇经常发生内涝灾害现象,造成了严重的经济损失。为解决此问题,采用SWMM(Storm Water Management Model)模型对溪口镇中心城区现状雨水管网系统进行模拟,通过分析模拟结果中检查井的溢流量和溢流位置,找出了造成节点溢流的原因并提出了相应的改造措施。研究结果表明:由于管网淤堵和管径过小的问题,中心城区现状管网系统排水能力较弱,不足以抵御2 a一遇的降雨事件。针对以上问题,提出了清淤和增大管径的改造措施,其中清淤措施可在一定程度上提高管网排水能力,改造措施1(49个管段管径由原来的400 mm增加到800 mm)和措施2(57个管段管径由原来的400 mm增加到800 mm)分别可抵御3 a一遇和5 a一遇的降雨事件。研究结果可为溪口镇中心城区排水系统改造提供参考依据。

郑州“7·20”极端降雨的城市内涝模拟及风险评估

为科学认识和有效评估极端降雨对城市内涝风险的影响,构建了基于InfoWorks ICM的郑州市金水区老城区内涝模型,以郑州“7•20”极端降雨为例,评估了城市管道排水能力,模拟分析了城市内涝淹没情况,改进了英国基于行人安全的内涝风险评估公式中的部分参数。结果表明:郑州市金水区老城区58.54%的排水管道不能满足郑州市城市规划管理技术规定;在郑州“7•20”极端降雨中,排水能力较低的管道首先被充满,地面积水来时快、退时缓,最大满管率高达98.69%,发生时刻为当日18:00前后;由改进后的内涝风险等级评估方法计算可知,郑州市金水区老城区高风险以上区域占70.43%。该方法更适用于极端降雨下内涝风险等级的评估,可为城市极端降雨防控提供一定的技术参考。

基于DHI MIKE模型的城市内涝模型应用研究

为解决城市内涝带来的问题,选择降雨丰富且频繁的岳阳市岳阳楼区,拟定4个重现期降雨,基于DHI MIKE构建内涝模型,从满管状态和现象等方面评估管网的输水能力。结果显示,岳阳楼区设计排水能力偏低,满管现象严重,其中2年重现期降雨满管高达50%,表明此研究区域设计标准未达标。由此提出改进建议,为岳阳楼区未来的排洪防涝建设提供科学理性的依据。

基于SWMM的城市洪水内涝模型研究

城市化程度的提高,直接改变了城市暴雨径流形成条件,使其雨洪运动特性发生了较大变化,城市防洪排涝问题日益严峻。文章以SWMM模型为基础,结合澳门大学横琴岛校区的实际资料模拟地面的溢流过程,并对造成溢流的可能原因地面不透水面积所占比例、管道粗糙度和管径进行量化分析比较,为城市土地规划利用和排水管网设计提供依据,有效减轻城市洪水内涝灾害。

城市排水系统水力分析与改造策略——以秀山县为例

以秀山县城区一独立排水系统为例,运用暴雨管理模型(SWMM)模拟分析不同设计暴雨重现期下检查井溢流与管道输水超载情况,系统地评估研究区域的排水能力。针对现状排水管网输水能力的不足,提出了"透水铺装+植草沟"和"透水铺装+植草沟+蓄水池"两种低影响开发(LID)改造方案,并进行对比分析。结果表明:在暴雨条件下,两种LID改造方案较传统排水系统能更显著地削减雨水径流量,可有效控制溢流节点数与管道超载负荷;随着重现期的增加,"透水铺装+植草沟+蓄水池"改造方案对雨水径流的控制效果更佳。