基于MIKE+的城市渠道初雨截流方案优化

以南昌市南北连通渠区域为例,基于MIKE+平台构建研究区域包含初雨截流管、智能分流井和调蓄池等的管网、汇水区及水质模型,分析了现状初雨截流方案下各汇水区径流污染浓度、进入调蓄池的污染物总量和总水量,根据模拟结果确定径流污染控制目标,并将汇水区划分为A、B、C三类汇水区,模拟优化方案下各区分流井在不同关闸时间下排入渠道的COD、TN、NH_(3)-N、TP平均浓度。结果表明,A、B、C区的分流井关闸时间分别为单次累计降雨5、8、9 mm后15 min时,能达到径流污染控制目标,优化方案较原方案调蓄池收集COD、TN、TP、NH_(3)-N总量分别提高21.59%、18.55%、17.30%、17.36%。研究结果亦可为类似初期雨水截流方案的选择提供建议及参考。

渭河流域多时间尺度径流变化特征及主控因子

为研究变化环境下渭河流域多时间尺度径流变化特征及影响因素,基于渭河流域咸阳水文站1961-2015年实测径流量数据,分析不同时间尺度上径流的变化趋势,并选取多个气象要素与归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)构建向量自回归(vector autoregression,VAR)模型,量化各影响因素对径流变化的贡献程度,探讨全年、汛期和非汛期径流变化主控因子的差异性。结果表明,1961-2015年渭河流域径流整体呈下降趋势,汛期径流量占比为65.5%。在年代尺度上径流的丰枯变化存在差异,1970-1979年和1990-1999年径流量呈显著减少趋势;影响汛期和全年尺度径流变化的主控因子均为降水,贡献率达50%,其次是太阳辐射,在汛期和全年的贡献率分别为14.37%、18.45%。非汛期影响径流变化的主控因子为NDVI(贡献率30.08%)与太阳辐射(贡献率30.05%),且NDVI对径流变化的滞后效应更明显,其他因子贡献大小依次为降水、空气比湿、气温。

海绵措施下降雨径流模拟及污染物削减率评价

【目的】为探明海绵措施对降雨径流的削减效果和污染物削减能力,以固原市23 km2海绵试点区为研究对象,模拟不同重现期下海绵措施实施前后降雨径流及污染物的变化规律。【方法】采用高精度地形、GPU加速技术,构建适用于固原市洪涝模拟的水文水动力模型。【结果】结果表明:(1)不同降雨情景下,实施海绵措施后,年径流控制率提高16%~20%,污染物削减率均在98%左右。(2)降雨雨型对径流总量控制率影响明显,小雨量时,大部分降雨被留在当地。(3)模型模拟结果为海绵措施布置提供了指导依据,2号积水点建议布设路旁植草沟和渗井,以减少主干道往该处汇流的水量;3号积水点建议完善排水管网;6号积水点建议布设植草沟及滞留溏;10号积水点建议在西侧主干道布设生态植草沟、透水性路面。【结论】构建了适用于固原市的洪涝模型,可实现海绵措施布置对降雨径流和污染物削减率的模拟,为该城市雨洪管理和城市规划提供了科学依据。

柳城镇排水通道流量控制系统的建模与设计

夏季的柳城镇雨水径流十分严重,在大流量期间,径流调动泥沙,侵蚀排水渠道和堤防,并溢流到道路上。为控制流量最小化并了解通道内的流动特性,针对柳城镇排水系统的极端流量场景,开发了流量控制模型。采用一维水力学模型估算了高流量条件下堰的影响,从便携性、耐久性和实用性出发,设计3种大坝,以帮助在极端径流事件期间积蓄水流。

局部土地利用类型变化对城市水文过程的影响研究

为探究城市下垫面局部土地利用类型变化对城市水文过程的影响,采用高效高精度城市雨洪模型(GAST)耦合管网模型(SWMM),模拟不同降雨重现期下动态改变土地利用类型(单块无下渗土地C_(1)、多块组合无下渗土地C_(2)、单块裸土地C_(3)、单块草地C_(4)和单块林地C_(5))对城市地表积水、管网排水的影响。结果表明:改变局部原始土地利用类型(B1)在小降雨重现期下降低了城市积水量,而在大降雨重现期下改变土地下渗面积和区域位置无法进一步减少积水,此时则需考虑非工程措施的极端暴雨应对模式。不同动态规划区域下渗强度导致管网排口流量增幅不同(C_(2)>C_(1)>C_(3)>C_(4)>C_(5)),隔渗能力越强对管网排口流量增幅影响越大,而管网径流控制率则呈相反趋势。结合对积水量的影响可知,增加下垫面下渗能力并结合排水系统可进一步降低城市内涝风险和管网排水负荷,且管网径流控制率同样可以作为评估动态规划可行性的一个重要指标。

基于低影响开发理念的给水厂设计

为应对因雨水径流量改变而导致的水安全问题,以合肥某给水厂为例,探讨利用低影响开发技术调节厂区径流的可能性,并建立基于SWMM的水文模型,校核调控效果。结果表明:分散式布设下凹式绿地、雨水花园、绿色屋顶、透水铺装4种LID措施,在5 a重现期内,厂区地表径流削减率平均值达到61.95%,地表下渗率平均提高36.90%,洪峰流量平均减小73.59%,节点积水量平均减少79.74%,年径流总量控制率达到77.27%,比目标年径流总量控制率提高2.27%,降低了厂区内涝风险,为安全生产提供了保障。

基于暴雨洪水管理模型的菊树北涌排涝评估及综合整治

为了解决菊树北涌地区的内涝问题,推进排涝综合整治工程建设,提出暴雨洪水管理模型,并应用设施景观设计技术,完善水景观。通过降雨重现期,对排涝系统进行模拟分析,与改造前相比,重现期为50年时总削减率超过20%,洪水下渗量呈增加趋势;当重现期为50年时,改造后的径流量比改造前的径流量削弱20m^(3)。结果表明,基于暴雨洪水管理模型的景观设计技术能够有效解决排涝问题。

流域尺度与治理对产流模式的影响分析研究

通过次洪过程线分析及地下径流分割计算，研究了流域治理后产流模式的变化和不同尺度流域间产流模式的差异。研究表明，治理后的流域其产流模式表现出变化的趋势；未治理状态下，不同尺度的流域，其产流模式存在着差异。

基于系统周界观控模型的径流还原方法

针对传统分项还原法存在的问题,基于系统周界观控模型,提出二维径流还原新方法。通过量化系统内部状态的人类活动影响,确定人类活动对径流的间接影响量,实现对实测径流的修正,克服了传统分项还原法的不足。在此基础上,计算人类活动对径流的直接影响量,获得还原后的天然径流量。以泾河流域径流还原为例,通过与水文统计相关法、BP神经网络还原法和分项还原法进行比较,结果表明本研究提出的二维径流还原方法需要资料更少、结果更为合理,既适用于人类活动影响强度较小的区域,也适应于强烈人类活动影响的区域,为径流还原研究提供了新的思路。

系统周界观控模型的人类活动影响定量分析

针对人类活动对径流影响定量分析中存在的问题,利用系统周界观控模型,根据分形理论推导出模型的弹性系数,建立系统周界的具体计算式,并应用于泾河流域人类活动对径流影响的定量分析中,结果表明:人类活动对径流的影响强度在20世纪70年代以前较小,之后逐渐增强,且具有径流大时则相对较小而径流小时则相对较大的变化规律;较之传统方法,该模型所需资料较少、结果合理可靠,可为定量分析人类活动对径流的影响提供一种简便有效的方法.

基于SWMM-MIKE21耦合模型的圩区海绵城市建设效果评估研究

该研究基于SWMM模型和MIKE21模型的耦合使用,针对江苏省连云港市徐圩新区的海绵城市建设进行了水文和水质的综合评估。通过SWMM模型模拟陆地雨洪管理和MIKE21模型模拟湖泊水动力及水质,实现了两模型在水动力水质模块中的耦合,主要分析了雨洪控制、径流减量、污染负荷减少以及水质的改善。研究结果显示,模型拟合精度高(MSE为0.787,MAPE为6.72%),表明模型能够准确反映出海绵城市建设的效果。实施海绵设施后,徐圩新区的年径流总量控制率达到76.92%,面源污染负荷由80%降至40%,湖泊的最高水位降低了0.02 m,水质得到显著改善。这一耦合模型的应用有效评估了海绵城市建设的综合效益,为类似区域提供了科学的技术参考和实践指导,对促进区域水安全和水环境持续改善具有重要的实际意义。

基于排水模型的城区雨水径流削减潜力分析

应用InfoWorks ICM水力模型软件建立了天津市某大学新建校区生活区地表和雨水管网模型,评估了现状地表在雨水管网设计降雨重现期下的产汇流及积水状况。采用下凹式绿地、绿色屋面和渗透路面等3种低影响措施对现状下垫面进行改造,改善其透水性。结果表明,低影响措施开发了城区地表的径流削减潜力,不同降雨条件下,地表径流削减率达47%~48.6%,雨水管网流量负荷降低了近40%。研究成果可为低影响工程措施的建设提供参考。

雨量站分布不均匀流域的降雨径流预报人工神经网络模型

为解决传统方法难以可靠预报雨量站分布不均匀流域的次降雨径流量这一水文预报难题 ,探讨了人工神经网络模型用于该类水文预报问题的可能性。实例研究表明 ,以次暴雨量及其前期影响雨量为输入、次暴雨径流总量 (净雨量 )为输出的 BP网络模型 ,预报的相对误差比蓄满产流模型预报的相对误差平均低 9.2 % ,这说明 ,人工神经网络模型可作为雨量站分布不均匀等雨量观测存在系统偏差或不足流域的降雨径流预报模型。

分布式水沙物理模型CASC2D-SED的应用研究

对基于栅格单元的分布式水沙物理模型在国内的应用进行研究。在介绍CASC2D-SED概念的基础上,研究其产流及产沙模块在国内半湿润地区以及产流模块在无资料地区径流模拟中的适用性。选取宁夏三关口流域以及好水川流域为典型研究流域,对三关口流域1983—1987年8场洪水进行了产流及产沙过程模拟,结果表明:模型的产流及产沙模块在三关口流域均取得良好的模拟效果,验证了模型的合理性及适用性。同时将三关口流域的参数移用于好水川流域,进行2010年及2011年4—9月的径流模拟,得到流域内15个计算点及流域出口处的日来水量,经验证,模型模拟结果可靠,可用于无资料地区的径流模拟。

SWMM模型在感潮河网城市排水防涝计算中的应用

针对感潮河网城市地区产汇流特性,考虑河道排涝和管道排水的相互影响,采用SWMM模型对某研究区域内管渠系统进行概化。利用无因次潮位单位线法确定该区域沿江潮位过程,将区域防洪计算结果作为外河水位计算边界条件,输入经过同频率缩放的短历时设计暴雨过程,模拟计算了城市排水防涝过程。结果表明,水闸工程可有效控制各防洪分区的水位,河网水面率对防洪高水位具有一定的调节作用,管道排水和地面积水会因河道初始水位过高而受到影响。

广州市移民新村内涝控制方案研究

遭受暴雨与内涝的侵袭和困扰,是我国城镇在经济发展过程中遇到的普遍问题,在广州地区表现尤为突出。基于暴雨强度公式,应用芝加哥降雨过程线对广州市在不同重现期暴雨进行时程分配,得到1~50a5种典型暴雨重现期的设计降雨过程。采用SWMM模型,选取广州市一典型移民新村作为研究对象,将其排水系统进行概化,模拟在实际暴雨情景下入水口流量、节点积水和管渠满载情况,并与实际监测数据对比,以验证模拟的准确性。模拟不同重现期设计暴雨过程研究区内涝情景,考察不同暴雨强度下内涝点数量、积水程度和管网负荷,以探寻研究区域内涝的限制性因素,并基于此提出内涝控制措施。

城市雨洪径流模型研究概述

近年来,我国城市化进程加快,城市遭遇极端暴雨引发严重内涝灾害呈现加剧态势。欧美等发达国家很早就通过建立数学模拟模型,研究城市雨洪产汇流和径流排泄过程,评估区域淹没损失风险,并进行城市排水管网设计优化和内涝预警预报等工作。通过综合国内外城市雨洪径流模型研究文献和应用实例,归纳模型概念,结构和分类,对比分析典型模型特点和应用,得到模型不足和应用局限性,尝试给出解决思路,并指出模型发展具有多技术融合和模块化商业化的趋势,对于借鉴和指导模型应用有重要意义。

减少氮流失的田间地表控制排水措施研究

针对南方丘陵地区地表排水方式,通过设计和使用自动开启闸门、土工布沙袋和捆扎秸秆作为排水口控制措施,控制降雨初期氮浓度较高的地表水流出农田。通过田间排水试验,研究自动开启闸门、土工布沙袋、捆扎秸秆控制和非控制排水中氮浓度的变化规律,分析了3种控制排水措施减少农田氮流失的机理和氮浓度随时间的变化。对比非控制排水,3种控制排水措施分别减少了53.2%、44%和39.1%的农田氮流失。以控制排水氮浓度和土壤入渗为目标函数,建立了既减少氮流失又防止涝渍的多目标控制排水模型,探讨了最优的地表控制排水时间。

龙湖水系与郑州市城市防洪关系研究

随着城市化的发展,郑州市城市防洪的压力不断增加,而规划中位于城市下游的龙湖水系是一项集生态、景观、旅游、水资源利用等多种功能于一体的综合性系统工程。本文分析了修建龙湖工程后发生各种重现期暴雨洪水时,与龙湖水系密切相关的城市河道的水情状态;通过水文水力计算,明确了龙湖工程与城市防洪的关系;论证了龙湖参与城市防洪的必要性和可能性,以及参与城市防洪的程度和条件。

防洪减灾规划中的中小流域暴雨洪水研究

论述了日本城原川流域的防洪减灾措施及暴雨洪水特性,分析了在短历时集中降雨次数增加情况下,城原川流域短历时降雨对洪峰形成过程的影响,并利用改进的水箱模型对该流域年最大流量进行了模拟,指出对年最大流量贡献度较大的降雨历时为3～6 h,河道整治以48 h历时降雨为标准对河流流量进行推算的规划设计与实际情况背离。