基于SWMM和LISFLOOD-FP的城市内涝耦合模型研究

以柳州市箭盘山流域为例,构建SWMM一维管道模型与LISFLOOD-FP二维地面模型并将其耦合,基于实测降雨“20180818”24 h暴雨资料,将得到的暴雨内涝淹没水深和淹没面积与该场次降雨情况下记录淹没点的范围相比较,验证耦合模型具有较好的适用性。进而基于耦合模型,对柳州市箭盘山流域2、5、10、20年一遇下设计降雨进行模拟,得到不同重现期下研究区的溢流节点、淹没水深和淹没面积,并于ARCGIS平台将结果可视化。结果表明,重现期由2年上升到20年过程中,溢流节点比例从9.03%增加至25.99%,溢流面积从0.473 km^(2)增加至2.114 km^(2);重点淹没区域分布在屏山大道、炮团路、西江路和东堤路。

基于GIS和SWMM的西安市北郊片区排涝模拟与排水系统优化

为解决西安市北郊河道超载风险问题,通过SWMM和GIS技术构建管网-泵站-河道耦合模型,在不同设计降雨重现期(1、2、5、10、20、50年)下对该区域排水系统进行模拟,进而分析下游河道水位变化规律并提出雨水分流调配与调整泵站调度的协同优化措施。结果显示:在5、10、20和50年降雨重现期下,随着降雨峰值的到达,整个系统88%的排口都存在顶托现象,最长持续时间160min。在重现期为1、2、5和10年降雨条件下,协同优化的措施使得河道峰值流量分别下降了17.6%、4.9%、3.7%和2.6%,河道水位平均下降了35cm,排水系统的超载节点分别减少了16.7%、31.4%、34.2%和27.5%,超载管段的数量分别减少了25.0%、28.6%、30.8%和25.3%。

基于GIS和SWMM的城市道路暴雨积水模拟

针对暴雨导致的城市道路积水模拟问题,采用GIS(Geographic Information System,地理信息系统)技术耦合SWMM(Storm Water Management Model,暴雨洪水管理)模型,提出积水扩散算法,以实现对城市道路积水范围和积水深度的模拟。首先利用GIS技术耦合SWMM构建城市雨洪模型;然后提出积水扩散算法,解决了特殊地形的积水扩散处理问题,并提出确定积水区范围问题的算法,解决搜索过程中因重复遍历而进入死循环的问题;最后以成都市某区域为例,进行不同重现期降雨情景下的模型计算。结果表明,积水扩散算法设计合理,计算结果准确,能直观表示城市道路积水范围,且计算速度较其他算法更快,在城市道路雨洪管理和灾后损失评估等方面具有一定的应用价值。

基于SWMM模型的成都市降雨-径流响应研究

随着大型都市城市化进程的不断深入,城市内涝的情形也日益频繁,解析城市降雨-径流响应规律是进行城市雨洪管理的重要手段。文章以成都市二环路以内区域为主要研究对象,利用SWMM模型,通过构建成都市雨洪模型,模拟多种重现期条件下的降雨径流过程。结果表明,同一透水率的子汇水区在不同空间分布下的径流系数和峰现时间未见明显差异,而峰值系数则表现出差异性和随机性。在同一设计降雨条件下,透水率的减小使得径流系数逐渐增加,峰现时间逐渐减少,部分研究结果可为成都市城市防洪提供参考。

基于SWMM的城市暴雨内涝风险分析——以南昌工程学院瑶湖校区为例

为解决城市内涝问题,以南昌工程学院瑶湖校区为研究区,利用SWMM构建了暴雨洪水管理模型,模拟不同重现期暴雨情况下研究区淹没时长和积水深度的空间分布,结合高程分布对研究区进行了暴雨内涝风险区划分,并对研究区内涝成因进行了分析。结果表明:SWMM模型的模拟结果与实测结果接近,模拟效果较好;随着暴雨重现期的增加,研究区内的淹没时长和积水深度增加,遭遇50年一遇暴雨时内涝中高风险区面积相较于5年一遇暴雨时增加了12.51%,其中次高风险区面积增加了9.94%,中等和高风险区面积增加较小。研究结果可为海绵城市建设提供参考。

基于多目标进化算法和SWMM的LID设施空间布局优化研究

针对传统算法无法满足低影响开发(LID)设施空间布局优化模型求解的性能要求的问题,以重庆秀山海绵城市建设区为研究区,基于MATLAB软件的platEMO4.0平台,对比分析了NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅲ、MOEAD、PICEA-g、MOEAPSL、CCMO与CAMOEA7种多目标进化算法对LID设施空间布局优化问题的求解结果与性能评价指标,并提出最佳方案。结果表明:新算法大部分性能指标优于传统算法,其中CCMO算法的多样性与收敛性最佳,而MOEAPSL算法的求解速度最快,搜索能力最强,且最优解数量最多;采用CCMO和MOEAPSL算法可获得研究区不同降雨重现期下的Pareto近似前沿,即LID设施空间布局的最优解集;以径流削减为控制目标的最佳方案在降雨重现期为5~100 a时径流总量控制率为67.23%~76.70%,洪峰流量削减率为66.42%~77.86%,LID单位面积建设成本为203.90~245.23元/m 2。

基于SWMM的北京市核心区合流制排水管网清淤方案研究

管道沉积物淤积会影响城市管网排水能力,每年汛前对排水管网开展清淤是北京市内涝防治的重要工作之一。但由于北京市核心区街道狭窄,清淤施工作业条件差,工作效率低,并且多数管道达不到设计标准要求,导致每年淤积管道数量较大,汛前完成所有管道清淤工作难度高,因此如何确定区域内重点清淤管道,快速恢复管网排水能力,对指导北京市核心区排水管网清淤工作十分重要。以北京市核心区某合流区域排水管网为研究对象,基于SWMM模型,从管网淤积风险判断、不同淤积程度的清淤必要性判断以及重点清淤管段选择标准3方面研究。结果表明:在管网整体40%的淤积情况下,暴雨重现期不超过5年时,对总长度25.2%的重点管道进行清淤后,溢流节点数量恢复至无淤积工况,节点最大溢流时间、排口总出流量、排口峰值流量变化值是全部管段清淤变化值的85.0%、76.0%、69.5%以上,表明对重点管道清淤方法可较大范围恢复区域排水能力。

基于SWMM模型与NSGA-Ⅱ多目标优化的LID布局研究

科学的海绵城市设计方案能够在一定程度上缓解由极端暴雨引发的城市内涝。以北京市海淀区老旧小区为研究对象,将雨洪管理模型(SWMM)与非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合,以建设成本费用、总径流削减率以及节点超载时间为优化目标,以各项低影响开发措施(LID)按比例布置的最大面积为约束条件,迭代筛选出Pareto最优曲线,通过分析不同LID措施组合在老旧小区中的雨水排放效率,提出有效的规划建议。研究结果表明:对于单项LID的布置方案,同比例下透水铺装的径流控制效果优于绿色屋顶;LID组合的径流控制效果与建设成本呈正相关,但总径流削减率增长幅度有限,高成本的建设方案并不能达到更优的削减效果,节点超载时间不会持续下降;降雨重现期为10 a时(P=10),该小区LID布局最佳组合为37.12%绿色屋顶+17.7%下沉式绿地+7组雨水罐+9.47%透水铺装。在强降雨条件下耦合SWMM与NSGA-Ⅱ智能算法的多目标优化模型能够为类似社区LID布局设计提供参考。

基于GIS和SWMM的城市雨洪模型构建与业务化

近年城市化进程加快,极端天气频繁出现,各大城市都出现过严重的内涝情况,严重危害人民群众的财产和人身安全。暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)等常用的城市雨洪径流模型已在城市内涝研究中广泛应用且效果显著。但构建SWMM工程文件所需的数据处理相对烦琐且对大多数模型来说,模型的输入和输出数据不直观,使用极不便。针对这一现状,研究如何快速构建城市雨洪模型并实现业务化意义重大。以成都市双流区东升街道为例,基于双流行政区划边界图层、排水(雨水)管网分布图、气象站点实况监测、数字高程模型(digital elevation model,DEM)和土地利用分类等多源数据,利用地理信息系统(geographic information system,GIS)技术,数字化并概化双流区的地下管网,利用水文分析法和泰森多边形法划分东升街道子汇水区,使用表面分析方法和分区统计方法计算处理各子汇水区的不透水占比、平均百分比坡度;利用GIS软件开发技术实现子汇水区特征宽度的求取;最后实现成都市双流区东升街道雨洪模型的程序化构建、自动化运行和结果可视化等一系列业务化研发,并利用历史内涝个例数据对构建的东升街道雨洪模型进行模拟对比验证,结果显示溢流节点与记录发生的汛情一致,效果良好;相应成果也应用到了双流城市内涝预警业务中。

基于SWMM的水位和降雨对感潮河段水质影响分析——以佛山五福围片区为例

为探究水位和降雨对河涌水质的影响,以佛山市五福围片区作为研究区域,建立SWMM水动力-水质模型,模拟分析感潮河段在降雨和水位影响下水质的变化规律。模拟结果显示:水位和降雨对河涌水质有着明显的影响。晴天时,闸站向河涌补水使河涌水位升高,从而水质提升;而随着降雨量增加时,冲刷作用导致水质恶化,但降雨径流平均浓度降低,暴雨时降雨径流平均浓度反而升高;在4条重点河涌中,北合围涌排放入河径流量和污染物负荷排放最高,而冲元涌最低。研究结果对于佛山市五福围片区的河涌水质管理和治理具有一定的启示作用。

基于SWMM模型的低影响开发设施雨洪控制效果分析——以南昌工程学院瑶湖校区为例

随着城市化的快速发展,城市内涝问题日益严重。为解决城市内涝问题,以南昌工程学院瑶湖校区为研究区域,利用SWMM(Storm Water Management Model)构建了暴雨洪水管理模型,并加入低影响开发设施(Low Impact Development,LID),分析在LID设施建设前后,不同重现期暴雨情况下LID设施对研究区域降雨径流的控制效果,为海绵校园的建设提供科学依据和参考。结果表明:(1)研究区域内SWMM模型雨洪模拟的结果在参数调整后与实际情况比较吻合,表现出较好的适用性;(2)LID设施对降雨径流有较好的控制效果;(3)LID设施建设后对研究区域排水口峰值流量有较好的削减效果,随着暴雨重现期的减小,削减率基本维持不变,对排水口峰现时刻延迟效果增强;(4)LID设施建设后对研究区域内各子汇水区峰现时刻的径流量减少了约0.02 m^(3)/s,学生宿舍、图书馆等降雨径流较大的区域峰现时刻的径流量可降低至0.05 m^(3)/s左右,减小了降雨径流对师生出行的影响。

基于Morris与正交试验的SWMM模型参数敏感性分析

为研究暴雨洪水模型中参数对模拟结果的影响,提高模型预测的精确性,以宁波市慈城新城为研究区域,基于SWMM模型,模拟了不同重现期及3种单峰雨型的设计降雨,利用修正Morris法和正交试验设计法对比分析了研究区内6个水文参数的局部与全局敏感性及变化趋势。结果表明:研究区流域径流系数的敏感参数为MaxRate、N-Perv和MinRate,三者具有高度显著影响,且敏感性随着降雨重现期的增加而减弱。同一重现期降雨下,雨峰位置不同导致参数敏感性变化规律有所不同。针对后峰雨型,Dstore-Imperv、Dstore-Perv和N-Imperv敏感性随重现期的增加而增强;前峰雨型和对称雨型反之。两种方法均能识别模型主要敏感参数,正交试验设计法更能定量描述参数影响的显著性水平。

基于SWMM模型的城市内涝模拟分析——以芳村围排涝片为例

芳村围排涝片是广州市荔湾区内一重要排涝片,研究其内涝模型对广州市内涝工作具有重要意义。以芳村围排涝片内8个易涝点为例,利用SWMM与GIS技术相结合构建内涝模型,每个内涝点至少用3组实测降雨-积水数据对模型进行参数率定和验证。以此为鉴,基于实测降雨数据对率定后的城市内涝积水深度模拟。结果表明,在实际降雨的情况下,模型可以准确预测出芳村围排涝片内易涝点是否会发生内涝以及内涝等级,并展示出在各易涝点内涝峰值时刻。精准的模拟效果为广州市城市内涝治理提供了重要的依据。

EPANET与SWMM水质模块在河网水循环中的联合应用

对于河网状水体的水质提升工程,无论是内部水循环还是外源补水,如何合理确定补水点的位置和规模,涉及到总体投资规模和净水的效率,都是工程的重点和难点。文章以某市高新区内河河网水环境治理工程为例,先假定总体规模,采用EPANET给水模块建立补水管网模型,选择水泵扬程和流量、分配各补水口水量,再通过SWMM建立河网的水循环模型,验证水质变化,验算循环周期;如不满足需求,再反调补水规模,通过这样的反馈系统,反复试算,即可优化补水管网和补水口的规模,得到合适的规模、流量、管径。本次使用两个简洁免费的软件模块,快速实现河网补水和水循环的优化,可以为类似工程提供有益的借鉴。

基于SWMM的车库顶板虹吸排水收集系统排水性能模拟

为探究车库顶板虹吸排水收集系统的排水性能,以重庆市某住宅小区车库顶板虹吸排水项目为例,提出了一种基于暴雨洪水管理模型(SWMM)的车库顶板虹吸排水模拟方法,结合径流系数法和现场实测数据对模型的可靠性和准确性进行了验证,并模拟分析了研究区的虹吸排水收集系统在不同设计重现期下的下渗与排水过程。结果表明,模型可较好地反映研究区虹吸系统的水力特性与排水能力,且在5年一遇设计重现期下虹吸排水管可较好地实现虹吸状态的启动,并有效排除车库顶板排水层内的滞水而未产生明显积水现象。但其排水槽尺寸设计存在充满度过低的问题,而采用逐渐增大排水槽尺寸的优化设计可显著增加充满度,提升排水利用率。

基于SWMM的老旧小区海绵化改造适用技术研究

为了解决老旧小区内涝问题,针对不同类型的老旧小区提出了海绵化改造的适用技术,以萧山区某老旧小区为例,利用SWMM建立雨洪径流模型验证了该技术的可行性和有效性。针对该小区基础设施差、下垫面硬化率高等特点,选择适用的LID设施对其进行海绵化改造并模拟其在不同降雨重现期下的雨洪调控效果。结果表明,超载节点数量得到有效控制,可保证在最大20年一遇的降雨强度下该小区不发生长时间积水。应用该技术选用LID组合设施进行改造后,研究区域径流总量显著降低,区域排涝能力得到极大提升。

基于SWMM模型的雨水径流模拟与LID改造研究

随着城市化进程的加快,城市雨水径流问题日益严重,不仅对城市生态环境造成负面影响,还可能对城市排水系统造成巨大压力。本文以昆明理工大学呈贡校区憬园为例,采用SWMM模型对雨水径流进行模拟,并针对低影响发展(LID)技术进行改造研究。首先,通过对研究区域进行实地调查和资料收集,建立SWMM模型,然后对现有排水系统进行模拟,分析其存在的问题。其次,在其基础上引入LID技术对排水系统进行改造,通过增加雨水花园、植草沟、透水铺装等绿色设施,降低雨水径流对城市的影响。最后,通过模拟分析,验证了改造后的排水系统在减轻雨水径流、降低洪峰流量等方面取得了良好的效果,为校园雨水管理和雨水花园景观设计提供了理论支持和实践借鉴。

基于SWMM耦合HEC-RAS的人工建设水网防洪排涝模拟研究

对新建城区的水文、水动力过程进行准确模拟分析是人工水网规划建设及新建城区内涝防治的关键。应用SWMM分布式水文模型耦合HEC-RAS二维水动力SWE-ELW模型,对安徽省阜阳市城南水网进行模型模拟及防洪排涝分析。结果表明,SWMM模型中计算参数更多,排涝模数随汇水分区面积增大而减小,且与规划泵站排涝模数接近,计算结果更为合理。城南水网排涝标准30年一遇工况下,城南水网水系汛期最高水位为27.89 m,满足排涝方案要求;各闸门过流流量与其河道底宽成正比,各闸门各过程线波动程度与其河道底宽成反比;水网先蓄后排削峰57.21 m^(3)/s,错峰2.83 h,调蓄洪量169万m^(3),削峰率42.45%,防洪排涝效益显著。该方法具备一定的模拟效果及精度,可为相关人工建设水网的防洪排涝研究提供借鉴和指导。

基于SWMM模型的重庆某工业园区海绵城市设计验证分析

为评估工业园区典型海绵城市设计对年径流总量控制率、径流峰值、节点积水的控制效果,以重庆某工业园区作为研究区域,运用SWMM模型对该区域海绵城市设计进行建模,并进行改进Horton下渗模型计算。研究表明:工业园区年径流控制率主要通过源头LID设施实现,在难以实现时可采用末端调蓄设施;削峰效果仅在重现期P≤1a时可主要通过源头LID设施实现;应合理设计洼地地形及面积,以解决源头LID设施无法吸收的局部积水问题;末端调蓄设施是应对连续降雨产流影响的有效措施。验证分析结果旨在探寻工业园区源头LID设施及末端调蓄设施在满足不同功能时的海绵性能以及两者的搭配原则,以为工业园区海绵城市设计提供技术参考。

基于LSTM-SWMM混合模型的滃江洪水过程模拟

以广东省滃江流域为典型研究对象,旨在通过先进的数据驱动方法改进传统的水文模型,从而提高洪水过程模拟准确性。文章提出一种新型LSTM-SWMM混合模型,其综合了SWMM物理模型和LSTM神经网络的优点。结果表明,LSTM-SWMM模型模拟的洪水过程与实际观测流量具有良好一致性,模型的R^(2)值为0.97,MAE和RMSE依次为81.3m^(3)/s、148.6m^(3)/s;而LSTM对照模型的R^(2)值为0.91,MAE和RMSE依次为100.8m^(3)/s、192.4m^(3)/s。LSTM-SWMM网络因其独特的设计,在预测洪水序列过程中上表现出显著优势。