SWMM暴雨模型软件在城市排水防涝工程设计中的应用研究

随着现代城市的快速发展,导致城市排水防涝等问题变得越来越重要,引起了相关政府职能部门以及研究学者们的高度关注。本文针对SWMM暴雨模型软件在城市排水防涝工程设计中的应用展开研究,介绍了排水防涝工程实施的重要现实意义,给出了SWMM暴雨模型软件的基本构架以及其在现实应用中的注意事项,论证了其在城市排水防涝工程中的实用性。

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模型的暴雨洪水模拟研究——以郑州大学新校区为例

随着气候变化和人类活动影响加剧,城市化水平进一步提高,城市区域面积急剧扩大,城市化所带来的水文效应使城市洪涝灾害出现频率不断增大。以郑州大学新校区为研究区域,应用SWMM模型对该区域在不同暴雨重现期、不同峰值比例、不同城市化程度和LID情境下进行暴雨洪水模拟。结果表明:暴雨雨型对模拟结果有重要的影响,该模型较好的预测了研究区域排水管网的排水能力,以及在不同情境下的模拟结果。

基于SWMM模型的西北坡地校园海绵化改造方案研究

受全球气候变暖的影响,我国西北干旱半干旱地区夏季暴雨发生的频率和强度逐年提高。选取该地区排水系统完善但具有洪涝风险的坡地校园,应用暴雨洪水管理模型(Storm Water Management Model,SWMM)分析暴雨情景下校园淹没情况,并据此制定海绵化改造方案。研究发现,暴雨情景下学校地表径流主要分布在3条南北干道上。根据模型分析结果可知,设计长历时降雨情景下,超载管段数量为52个;设计短历时降雨情景下,超载管段数量最多为194个,潜在洪涝风险很大。秉持“源头控制、客水引流、中途滞蓄、末端排放”的基本思路制定海绵化改造方案,包括设计屋顶花园21处、雨水花园19处、植草沟14处、透水铺装34处和下沉式绿地38处。海绵化改造方案在长历时降雨情景下能够达到83.02%的年径流总量控制率,预期降低洪涝危害显著。研究结果可为西北坡地校园海绵化改造实践与雨水生态景观构建提供参考。

昆明市明通河流域降雨径流水量水质SWMM模型模拟

选取昆明市明通河流域为研究区域,在暴雨管理模型(SWMM模型)参数敏感性分析、模型率定的基础上,对明通河流域进行了降雨径流水量水质模拟。结果表明:SWMM模型水文水力模块中最灵敏参数为不透水率,水质模块中污染物最大累积量、污染物累积速率均为灵敏参数,而冲刷系数和冲刷指数的灵敏度受降雨强度影响波动较大。水量水质模拟结果与实测结果较为吻合,模型率定取得了满意的结果。模拟结果显示,研究区降雨径流总氮、总磷、化学需氧量单位面积负荷率分别为75.6、8.5、697.8 kg hm-2a-1,城市降雨径流污染在滇池流域面源污染中占有较大份额。

不同暴雨与城市化程度情景下城区内涝SWMM模拟分析

将郑州市某区域在不同暴雨重现期、不同城市化程度、不同排水管径等情景下应用SWMM模型进行内涝模拟研究。结果表明城市内涝与城市扩张和排水管网布置等有密切关系。其重现期为2年、10年和100年时,开发后82%不透水面积比例的径流总量分别是开发前39%不透水面积比例的2.5倍、1.8倍和1.3倍,该水文效应在短重现期降雨条件下更为明显。研究结果可为城市发展规划与管网布置提供相应的技术支持。

SWMM模型在城市排水系统规划建设中的应用

鉴于城市化的飞速发展、极端降雨事件的频繁发生,以及城市地区现状排水设计标准偏低,从而导致城市地区暴雨内涝现象频发,借助ArcGIS数据处理工具,基于SWMM模型,对拟建的开封市运粮河组团项目区的雨水管网系统进行概化,模拟了多种情景下城区规划雨水管网系统运行状况,分析了不同雨型和重现期暴雨情景及不同城市化水平下的暴雨内涝情况,并采取低影响开发(LID)设施对研究区的雨洪控制效果进行模拟与评估。结果表明,SWMM模型可以对规划方案进行初步校核,在规划区具有良好的适用性;低影响开发措施的合理应用可有效控制城市洪水,从而在一定程度上提高城市抵抗大暴雨的能力。

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.

基于SWMM的干旱区小城镇雨洪系统研究构想

随着中国城镇化程度不断提高,形成了大面积低渗透率的地表。与此同时,干旱区小城镇的雨洪设施陈旧,导致了雨季时地表径流迅速形成峰值的流量也在加大,造成越来越多的洪涝灾害。利用SWMM模型来模拟干旱区小城镇雨洪系统,不但有助于解决镇北堡镇的雨洪问题,而且对于身处干旱区的小城镇也有借鉴意义。

基于SWMM-EFDC耦合模拟的新凤河流域水环境治理工程效应评估

科学评估水环境治理工程的环境效应,对于制定和优化河湖治理方案、推动科学治污具有重要意义。新凤河流域为北京城市副中心水安全重要保障区,水污染(黑臭)问题突出,为科学评估新凤河水环境综合治理工程效应,构建了基于暴雨洪水管理模型(SWMM)与环境流体动力学模型(EFDC)水陆一体化耦合模拟的工程环境效应评估技术方法,开展流域截污治污、湿地建设、引水补水和初期雨水调蓄工程的环境效应定量模拟评估。结果表明:影响治理工程效果的主要因子包括截污率、湿地处理标准、补水水质和初期雨水调蓄能力;综合工程及各单项工程对水质改善均有积极贡献,以水质污染物浓度平均降低率评价工程贡献结构为综合工程(69.8%)>截污(63.1%)>补水(51.7%)>湿地(50.5%)>调蓄(3.8%),以平均达标率评价工程贡献结构为综合工程(96.7%)>截污(85.2%)>湿地(32.6%)>补水(32.5%)>调蓄(0.9%),以负荷减排评价工程贡献结构为截污(512.4 t/a)>综合工程(319.3 t/a)>湿地(89.9 t/a)>调蓄(21.9 t/a)>补水(-62.6 t/a)。基于SWMM和EFDC构建的水陆一体化耦合模型在水环境治理工程效应评估中具有较好的适用性,对于城市河道的水污染控制具有一定的指导意义。

低影响开发措施(LID)对天津市暴雨径流影响模拟研究

在城市化的大背景下,针对天津市暴雨洪水的特性,通过建立天津市中心城区及环城四区的SWMM模型并对其进行了率定验证,计算了不同重现期设计暴雨下的降雨径流,对比了城市实际排水管网能力。结果表明,城市现状排水管网排水能力不足,大部分地区遭遇强降雨时形成的径流过程超出了控制泵站的排水能力。针对这一情况,设计利用低影响开发措施(LID)中的生物滞留区与透水铺装措施来控制洪峰及径流总量。结果表明,LID控制措施能有效削减洪峰及径流总量达40%,但随着所遭遇设计暴雨重现期的增大,削减效果有所下降。

基于SWMM的某市政道路降雨径流和水质分析

文章以陕西咸阳某市政道路为例,利用暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)对研究区域进行模拟,分析该道路区域与保持原状相比,采用下凹式绿地对降雨径流和径流污染物的削减效果。结果表明:设计降雨重现期分别为1/2、1、2、3、5 a时,布置下凹式绿地的土地利用情景能有效推迟地表径流形成时间、缩短径流时长、延缓峰值时间;随着降雨重现期增加,下凹式绿地对于地表径流总量和峰值流量的削减率逐渐减小,对于小强度的降雨事件,下凹式绿地能发挥较好的效果;布置下凹式绿地的土地利用模式对化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、悬浮物(suspended substance,SS)、NH_(3)-N、总磷(total phosphorus,TP)这4种污染物指标排放量的削减率先增加后逐渐趋于稳定状态,说明在降雨强度过大的条件下,削减效果将不明显。

SWMM在城市建设规划中的应用

随着城市化进程的加快,极端降雨的频繁发生,城区的排水设计标准偏低,以及传统的雨洪计算方法不足,城市地区暴雨内涝现象频发。借助ArcGIS数据处理工具,基于暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)对正在规划建设的河南开封运粮河项目区的雨水管网系统进行了概化,模拟了多种情景下的城区规划雨水管网系统运行状况,分析了不同雨型和重现期暴雨情景及不同城市化水平下的规划区暴雨内涝情况,并采取低影响开发(LID)设施对研究区的雨洪控制利用效果进行了模拟与评估。结果表明,SWMM可以对规划方案进行初步校核,在规划区具有良好的适用性。ArcGIS在模型数据提取及参数确定过程中可以有效减少建模工作量,从而提高建模效率。低影响开发措施的合理应用可以有效控制城市洪水,从而在一定程度上提高城市抵抗大暴雨能力。

基于SWMM和鸿业软件对种植屋面雨水管理模拟及评估

以合肥市某规划改造小区为研究对象,建立了传统和新型种植屋面的2类改造方案,通过SWMM和鸿业海绵软件分别进行模型构建,并对其径流控制及污染物削减能力进行模拟评估。结果表明,2类种植屋面改造方案均具有良好的处理效果,其中,传统种植屋面对径流的削减达到80%左右,对COD和SS的削减率分别为77%~89.7%和76%~85%。新型种植屋面在传统的基础上对总产流量的削减进一步提高11.2%,对污染物COD和SS的削减率提高了10%~12%和13.2%~15.9%。通过对2类种植屋面改造方案的软件模拟情况进行分析,为种植屋面在海绵城市建设中的推广实践提供技术支持。

基于VisualLISP语言快速提取CAD管线信息SWMM建模方法探索

通过AUTOCAD自带的VisualLISP语言对DWG格式的排水管网模型进行快速SWMM模型构建,并在某公园进行建模测试分析。结果表明:该方法易用且准确,可快速准确提取DWG管网数据中的管网数据(管径、标高、坐标等),对SWMM模型在中国的进一步推广应用有重要意义。

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.

城市规划与城市水环境响应研究

为了解城市规划对城市水环境的影响,以自贡釜溪河流域城市规划为例,应用SWMM(暴雨管理模型)分析了城市规划模式与城市水环境的响应关系。结果表明,当规划不透水性下垫面比重由74%调整为30%时,暴雨径流峰值流量可平均降低58%,TSS峰值浓度可平均降低55%;屋顶绿化、广场渗透、屋顶绿化+广场渗透组合三种措施对降雨径流峰值的消减率可在规划后用地布局的基础上再分别降低33%、29%、64%,对TSS峰值浓度的消减率则再分别降低26%、15%、38%。研究结果为城市环境管理提供参考。

华北地区城市浅山区海绵绿道设计方法研究--以石家庄鹿泉区山前大道为例

华北地区年降雨量偏少,降水集中、多暴雨且年蒸发量大,导致严重的雨洪问题与水资源短缺问题。山麓迎风区多暴雨的气候特征对平原地区构成了雨洪灾害的威胁,在城市浅山区建设海绵绿道作为径流缓冲区,对于缓解雨洪灾害有着重要意义。为解决华北地区城市浅山区雨洪管理问题与水资源短缺问题,本研究通过分析华北地区的气候特征、城市浅山区的雨洪灾害情况及其特点,首先探讨了在华北地区城市浅山区建设海绵绿道的必要性。在此基础上,结合河北省石家庄市鹿泉区山前大道项目,提出了适用于华北地区浅山区的海绵绿道设计方法。该海绵绿道的设计策略综合考虑到3个维度:1)华北城市浅山区作为自然基底;2)绿道作为雨水径流缓冲带;3)低影响开发措施作为绿道设计内容之一。本研究基于雨水安全与利用两个视角综合考虑设计策略。最后,本文利用暴雨洪水管理模型(SWMM)量化模拟LID设施对雨水径流的控制效果,将海绵绿道与传统绿道的调蓄效能进行对比。结果显示,海绵绿道在控制径流总量、峰值流量以及推迟峰现时间方面具有更好的效能,能有效解决场地的雨水调蓄问题。

基于GIS和SWMM的精细化水文表征方法

SWMM是模拟城市降雨径流响应的动态模型,其汇水区的空间元素细分方式和水文表征直接影响模拟结果。为此,提出了基于GIS对汇水区的土地利用进行精细化分类的方法,并将下垫面信息通过物理水文定义,反馈、模拟到SWMM的汇水区水文表征和低影响开发(LID)模块描述中,直接影响水文汇流过程。与常规水文构建方法相比,精细化模型中增加的缓冲渗透区可以接收来自间接不透水区的径流,更符合实际径流走向,提高了模型精度。在相同降雨重现期下,精细化模型模拟得到的径流总量、径流峰值和溢流总量均比常规模型要小。同时,该方法可以更合理地模拟LID措施的水文作用,可为LID措施提供因地制宜的布设空间和比例。

基于贝叶斯模型平均法的分布式水文模型集合模拟

基于分布式水文模型的研究现状,分析了分布式水文模型不确定性的影响,以暴雨洪水管理模型(SWMM)为例,介绍了过程集合运用于分布式水文模型以提高模型模拟可靠度的方法,并利用这一方法模拟深圳市龙岗区的两场降雨过程。结果表明,采用纳什效率系数(NS)衡量模型的模拟结果准确度时,选择不同的产流模型会有较大差异,在2018年8月11日场次降雨中,采用Horton模型、Green-Ampt模型、基于贝叶斯模型平均法的集合模拟时NS值分别为0.849、0.834、0.855;在2018年8月15日场次降雨中,采用上述3种模拟方法时NS值分别为0.875、0.879、0.891。集合模拟结果明显优于单一模型,集合模拟结果与实测值的“契合程度”较单一模型有明显提升。