大纵坡城市道路透水边带截留能力试验

道路是城市重要的交通纽带,一旦发生积水内涝,将导致城市交通瘫痪,甚至危及生命财产安全,特别是山地城市道路普遍存在纵坡大、雨水口截留效率低等突出问题,发生积水内涝和马路洪水的风险较高。针对上述问题,提出了利用透水边带提高大纵坡城市道路雨水径流截留效率的方法。在实验室搭建了城市单车道物理试验模型(比例1∶1),采用人工模拟降雨方法,系统研究了不同透水面积比、不同重现期降雨条件下透水边带对雨水径流的截留效率,并与传统道路雨水口截留能力进行了比较。试验结果表明:相同透水面积比条件下,雨水径流截留能力随着重现期的增大而减小;相同重现期条件下,雨水径流截留能力随着透水面积比的增加而增大,在重现期P=5 a时,透水边带面积比从12.5%增加到50%,雨水径流截留率从72.3%增加到79.3%。与传统雨水口截留能力相比,增加透水边带后雨水径流截留能力可提高30%左右。因此,大纵坡城市道路在不影响交通安全的条件下,可根据道路空间布局特征,通过设置透水边带来提高雨水径流的截流效率。     

基于运动波计算模型的北京城市土壤渗透性对雨量径流系数的影响分析

土壤的物理性质作为影响降雨与径流关系的重要因素,直接关系到雨量径流系数的取值。采用运动波计算模型推导出的无量纲体积比值公式算法,针对北京城市典型砂质土的土质特征,在城市透水区域雨水入渗的动态过程中,分层计算不同重现期和降雨历时下的雨量径流系数。结果表明:在相同降雨条件下,不透水区域比例增大,径流系数从0开始线性增加,土壤的入渗量是决定径流系数大小的重要因素。此外,土壤厚度和孔隙率也对其径流系数具有制约关系。研究结果可为北京地区雨量径流系数的修正,以及海绵城市雨水系统规划设计提供理论参考。     

基于MIKE URBAN的中心城区内涝预测与评估——以上海市霍山-惠民系统为例

频发的内涝事件给城市雨水管理带来了极大的挑战,科学的管理决策广泛借助于模型进行评估。MIKE URBAN具有所需数据少,建模与运行简单,精准等优点,在发达国家已经得到广泛的应用。然而我国中心城区(老城区)的地面硬质化率高,排水管网复杂、建模数据较少等情况突出,运用数学模型对内涝进行预测评估的经验相对欠缺。本文将MIKE URBAN应用于上海市中心城区的霍山-惠民排水系统,在多种降雨强度和降雨历时工况下,对系统管网改造方案中的瓶颈节点、管网超负荷运行以及内涝风险情况进行预测分析,指出在管网设计重现期内,扩增管径可作为缓解城市内涝的可行性措施。而解决城市内涝的根本途径是从源头控制径流产生量,恢复城市良性水文循环。研究结果为预测其他中心城区排水管网的改造评估提供了借鉴。     

成都市典型黑臭河道水质特征的SWMM模型分析

以成都市典型黑臭河道为对象,基于SWMM模型机理,参考国内外相关研究的模型参数,结合实地监测数据进行参数率定,构建了面源污染负荷计算模型。分析了不同降雨条件下研究区域内化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)和总磷(TP)的污染负荷量及其变化过程。模型计算值和实测值较为吻合,在不同的降雨条件下污染物最大值出现在降雨中前期,后期均逐渐减小;伴随雨量增大,受纳水体的污染越大,污染物浓度随降雨过程均呈下降趋势,结果显示:COD实测浓度高于模拟值,且都随降雨过程逐渐降低,NH3-N实测浓度在降雨中期略微上升与该区域生活污水不间断直排有关,TP实测浓度在降雨中前期下降不明显,但随着降雨冲刷增强,各种磷化合物受冲刷后逐渐溶解于水中,最终进入河道水体,抵消了一部分稀释作用,随着降雨持续总磷污染物持续下降;而随着地面不透水面积的增加,径流量和污染物总量均增大。     

不同水土特性下城市海绵体渗流规律的数值模拟

为了研究城市海绵体在不同水土特性下的渗流规律,基于饱和及非饱和渗流理论,建立海绵体饱和及非饱和渗流的力学模型,以雨水花园为例,进行有限元分析,通过对比普通地面与雨水花园在不同水土特性及降雨条件下,由数值模拟得到的孔隙水压力、饱和度及渗流速度等物理量,分析渗流规律及渗储特性。结果表明:在降雨期间,雨水花园的孔隙水压力和饱和度随着时间的增加而增加,降雨结束后,两者均随着时间的增加而减小,并能够在较短时间内恢复到非饱和状态;而普通地面在降雨初期的孔隙水压力和饱和度随时间增加而增加,在较短时间内达到饱和状态,随后变化趋势缓慢,降雨结束后,两者下降趋势缓慢,形成地表径流。可见,雨水花园在降雨期间及降雨结束后的水循环能力较强,且渗储特性明显优于普通地面。     

基于SUSTAIN模拟技术的低影响开发雨水设施规划应用研究

模拟技术是城市低影响开发雨水设施规划设计和研究的重要方法,采用城市暴雨处理及分析集成模型系统(SUSTAIN)对某市A地块的低影响开发雨水设施规划进行研究,分析了低影响开发雨水设施在不同降雨重现期条件下的峰值径流量、径流总量及径流系数的削减效果。结果表明,按照一定比例设置的绿色屋顶、透水铺装、下凹绿地、雨水花园、干草沟等低影响开发雨水设施可以通过下渗和滞蓄作用削减降雨峰值径流量和径流总量,降低了地面径流系数,其中1~5年一遇降雨的径流量和峰值流量基本达到100%削减,10~100年一遇的降雨则有不同程度削减,可显著减少下游渠道和市政管网的外排水量,缓解城市排水系统和河道泄洪的负荷,为城市低影响开发雨水设施的有效利用提供参考。     

汇流路径对SWMM模型水量模拟结果的影响

随着城市雨水管理信息化的快速发展,数学模型逐渐在城市雨水系统规划设计中得到广泛应用,但模型的模拟精度已成为制约其广泛应用的瓶颈问题之一。以某低影响开发（low impact development,LID）雨水系统为例,基于SWMM模型,系统分析了不同重现期条件下,低影响开发设施占比和汇流路径的差异对雨水径流水量控制效果的影响。模拟结果表明:与不考虑汇流路径相比,考虑汇流路径时雨水径流外排总量削减率为4.32%~26.53%,峰值削减率为38.46%~61.40%。因此,汇流路径对雨水径流外排总量和峰值流量影响均较大,且随着LID设施占比升高而增大,随着降雨重现期的增加而降低。在场地开发过程中,可以通过合理的汇流路径设计,提高场地中LID设施对雨水径流的控制效果。同时,在利用模型对场地雨水控制利用效果评估时,也应充分考虑汇流路径对模拟结果的影响。     

透水砖铺装对雨水径流热污染控制效果实验

随着海绵城市的快速发展,透水砖铺装在实际工程中得到了广泛应用,但其对雨水径流热污染控制效果尚缺乏系统研究。采用人工模拟降雨方法,以不透水沥青路面为参考,研究了透水砖铺装系统对雨水径流温度的削减效果,具体包括透水砖铺装表面外排雨水径流温度、渗透出水温度以及各结构层的温度变化。实验结果表明:当重现期为5年一遇,透水砖铺装面层初始温度为35,42,47 ℃时,与不透水沥青相比,透水砖铺装面层外排径流温度可削减1.4~1.8 ℃,且面层初始温度越高,外排雨水径流温度越高,渗透出水温度也越高;透水砖铺装各结构层可削减渗透部分雨水径流的温度,渗透出水温度相对于径流温度降低3.5~5.2 ℃;降雨强度对透水砖面层外排雨水径流温度有显著影响,而对渗透出水温度影响较小。因此,透水砖铺装可有效削减雨水径流对城市水体的热污染。     

基于SCS模型的城市内涝灾害风险评价

开展城市内涝灾害风险识别,可为防灾减灾决策提供科学依据,有利于提高城市应对内涝灾害水平。针对采用暴雨强度公式进行模拟降水量输入、存在生成的面雨量分布精细化程度不高等缺陷,提出采用自动气象观测站降水资料,运用皮尔逊Ⅲ型曲线法获取不同重现率下的面降雨量分布的方法。结合SCS-CN水文学模型估算不同重现期降雨产流量并作为致灾驱动因子,综合考虑地形情况、植被覆盖等自然因素和人口密度、地均GDP等社会经济条件,从致灾因子、孕灾环境、承灾体3个方面选取评价指标,定量化开展城市内涝灾害风险等级划分。以贵阳市区为研究对象,选取研究区域及周边31个气象站点近10年的最大持续降雨量资料,结果表明:最大连续面雨量分布大致呈现由北向南递减;降雨产流高值区随重现期的减小、面降雨量的增加而变化,分布在西北部的白云区、观山湖区及老城区周边两个区域;高风险区域集中在老城区、花溪大道中部及南二环区域、龙洞堡等部分区域。     

全过程内涝防治体系对缓解城市内涝的效果分析

基于综合流域排水系统模型（Infoworks ICM）,将海绵城市、排水管网系统及城市河网、排涝泵站系统相互耦合,形成了全过程内涝防治系统模型。此耦合模型将内涝产生的源头、过程、末端三个阶段进行耦合评估,弥补了传统内涝防治措施中单一模拟管网或雨水控制系统的不足之处。分别通过模拟现状、完善管网系统、增加雨水控制设施、完善排涝泵站系统4种情景,分析了建立全过程内涝防治系统的优势。模拟结果表明,3种耦合措施在现状系统基础上对城市内涝均有不同程度的缓解,管道排水能力逐步增强,内涝风险区面积分别降低了13.5%、39.4%和86.9%。研究结果表明,单一内涝防治措施不能从根本上解决内涝风险,建立完整的全过程内涝防治体系在实践层面至关重要。     

上海中心城区土地利用变化对区域降雨径流的影响研究

土地利用变化导致的城市下垫面改变对降雨径流关系有着重要影响。选择高度城市化的上海中心城区,利用初损和径流量修正方法并经实测数据验证后的SCS-CN修正模型,在城市集水区尺度上,初步探讨模拟了1947—2006年中心城区在0.5～10 a一遇设计暴雨重现期条件下持续1 h的降雨事件和丰、平、枯降雨年份下的径流系数,并分析了土地利用方式、前期土壤湿润程度(AMC)和降雨因素对中心城区60 a降雨径流关系的影响。结果表明:①60 a间,AMCⅠ和0.5～10 a一遇设计暴雨重现期条件下的径流系数相对增长17.21%～6.14%,枯、平和丰水年的年径流系数相对增长分别为20.49%、11.83%和10.02%;②土地利用类型、土壤入渗能力和AMC类型,与降雨强度共同构成影响降雨径流关系的两方面重要因素。随着降雨强度的增大,在AMCⅠ→Ⅲ过程中,土地利用改变对降雨径流关系的影响趋小,降雨类型起决定作用;而降雨强度越小,土壤AMC越干燥,土地利用改变对降雨径流关系影响越强;③不同降雨强度和降水年条件下的径流系数均随CN值的增大而增加,其径流系数与CN值之间分别可用线性(R20.999)和指数(R20.987)关系表示。     

城市雨水调蓄池水质控制效果及其影响因素分析

随着我国城市化进程的加快,城市不透水区域面积急剧增加,导致雨水径流外排总量和峰值流量增加,同时城市区域人类活动带来的道路交通、地表沉积物、空气沉降等污染,最终在雨水径流的冲刷作用下排入受纳水体,对城市排水防涝和水体水质带来了极大的威胁。针对上述问题,雨水调蓄池在城市雨水管理中得到越来越广泛的应用,但目前普遍存在投资大、设计功能单一、利用效率较低等问题。分析了雨水调蓄池内水质变化规律,同时模拟某下凹桥区调蓄池在不同重现期及进水浓度下污染物的变化规律,以期为雨水调蓄池优化运行和实时控制提供参考。     

建筑小区雨水花园空间布局对径流过程影响规律研究

为探究建筑小区雨水花园空间布局对径流过程的影响规律,采用耦合SWMM(暴雨洪水管理模型)管网模块和GAST模型(基于GPU加速技术的地表水动力数值模型)的一二维耦合水动力模型,并以西咸新区天福和园小区为例,模拟计算了实测降雨条件下的径流过程。以雨水花园为研究对象,分别在该小区上、中、下游布设雨水花园,模拟6种重现期,共18种典型工况下其对管网出口径流的调控效果。结果表明:该耦合模型可精确可靠地模拟城市管网排水及地表积涝过程,纳什效率系数为0.80和0.76,模拟结果较好;随着设计降雨重现期增加,径流总量控制率逐渐降低;在相同重现期下,将雨水花园布设于下游侧的径流总量控制率较布设于上游侧时提升了5.33~8.74百分点,提升效果较明显。可见,该研究结果可为优化建筑小区雨水花园空间布局提供参考。     

基于在线监测+模型的海绵城市建设径流水量控制效果研究

以青岛市海绵城市典型项目区为研究区,通过收集、整理和概化汇水区资料,构建了研究区降雨径流模型——SWMM模型。利用2018年雨季的降雨-径流实时监测数据,进行了模型关键参数的率定和模型验证,研究了海绵城市建设在削减径流量、增加入渗与滞蓄雨量方面的定量效果。结果显示:海绵改造后,不同降雨强度下形成径流的雨量占总雨量的平均比例由56%下降至29%;下渗雨水的平均比例由40%增加至60%,滞蓄深度由0.63 mm增加至5 mm。海绵改造前后研究区场降雨径流总量控制率变化显著,当以1~10年一遇的短历时（120 min）设计降雨作为模型边界条件进行模拟时,海绵化改造后场次降雨径流总量控制率提高了26%~34%,认为研究区基本达到了海绵城市关于水量控制的建设要求。     

低影响开发对城市内涝节点雨洪控制效果研究——不同降雨特性下的情景模拟

以中国福建省福州市晋安区解放溪流域高密度居民住宅区为例,针对不同降雨重现期、降雨历时和雨峰系数的降雨情景,利用PCSWMM模型模拟该地区的雨洪情况,并运用模型的低影响开发（LID）模块,研究7种不同LID用地布局情景对研究区内涝节点的雨洪控制效果.情景模拟结果表明：在不同降雨情景下,各LID用地布局情景会使节点的洪峰流量减小、积水时间减少、积水深度变小;植被浅沟措施和植被浅沟&绿色屋顶组合措施会使节点SS峰值浓度高于现状用地,其余布设情景下,SS峰值浓度均减小.LID措施对节点流量和水质的控制效果在低降雨重现期和长降雨历时的降雨情景下较为有效.在单个LID布设情景中,渗透铺装措施控制最佳,而组合LID布设情景中,渗透铺装&植被浅沟&绿色屋顶是最佳的组合控制措施.研究结果可为南方城市居民区实施海绵城市建设提供技术支持,并为地方制定相关规范和标准提供参考和借鉴.     

城市降雨径流污染模拟的水质参数局部灵敏度分析

在城市降雨径流污染模拟研究中,参数灵敏度分析是进行模型率定和验证的必要研究环节,同时也是理解非点源污染产生和变化过程及进行城市降雨径流污染管理的重要参考.运用修正的摩尔斯分类筛选法(Morris screening method)对暴雨管理模型(Storm Water Management Model,简称SWMM)的水质参数进行局部灵敏度分析.研究结果显示,占区域比例较大的不透水地表的累积和冲刷参数灵敏度较高;在强降雨过程中,降雨中污染物浓度的灵敏度较高.研究表明,对占区域比例较大的不透水地表的累积和冲刷参数进行仔细识别,对于非点源污染模型的验证具有重要意义;强降雨时雨水本底浓度的测量误差会影响降雨径流污染模拟的准确度.     

基于SWMM模型的城市已建区排水防涝提标改造途径探讨

随着城镇化建设高质量发展,城市排水防涝标准也在逐渐提高,因此,如何实施已建区排水系统的提标改造,是城市有机更新重要建设内容之一。以北京某已建区域为研究对象,提出了针对排水系统的排水能力和内涝防治标准GB 50014—2021《室外排水设计标准》统筹提标改造的方案,并借助于SWMM模型进行了方案优化评估。结果表明:通过海绵城市建设,在80%年径流总量控制率条件下,现状管网的排水能力可由1年一遇提标至2年一遇。在上述方案基础上,通过模拟评估内涝防治重现期(P=20 a)条件下雨水管网的过载情况,进一步提出并比较了调蓄池集中布置和分散布置2种方案,模拟结果表明:调蓄池末端集中布置无法解决上游区域管网的冒溢问题,而调蓄池分散式布置,可有效消除现状冒溢点,实现现状区域的内涝防治标准提高至20年一遇目标。因此,在已建区排水防涝提标改造过程中,根据场地空间条件,可优先考虑采用海绵城市建设与调蓄池分散式布置相结合的方式实现排水防涝提标改造目标。     

基于4S技术的环湖截污模型构建

基于SWMM模型,利用GIS、RS及GPS技术构建滇池流域东南岸的非点源污染量化模型。结合排水系统的特点,划分子排水单元,并进行参数灵敏度分析、率定及模型验证,完成模型的建立,模拟昆明主城城市降雨径流污染。进行模型的设计降雨重现期,对环湖截污系统各污水处理厂相应的干渠汇水断面来水的水质水量过程进行模拟,并对滇池环湖截污系统进行效能分析。     

城市地面停车场透水铺装使用分析——以南京市为例

南京市在城市化的进程中,各项城市建设使得原先的土壤表面日益被不透水铺装所覆盖,从而引发了一系列环境问题.其中,最受关注的是由于地表径流系数增大而导致的雨水径流量的增加.解决这一问题的关键是在城市建设中因地制宜的选用透水铺装,以控制城市不透水地表的蔓延.现代城市的重要交通设施之一--地面停车场,由于使用的特殊性,是一个可以采用透水铺装的典型区域.根据分析,对南京市地面停车场采用透水铺装能够有效减轻雨水径流量和污染物的排放量,在一定程度上起到优化城市环境的作用.因此,应将地面停车场作为南京市推广透水地表的一个开端,并逐渐带动城市其它区域透水铺装的使用.     

人工调水回灌和海绵城市促渗补给地下水方案比较

随着城市化快速发展和城市人口急剧增加,城市需水量急剧增加,导致许多城市地下水被过量开采。与此同时,随着城市建设用地的增加,不透水面积比例逐年升高,阻断了雨水下渗通道,导致地下水补给量逐年减小。地下水资源的过量开采引起了地面不均匀沉降、地下水污染、海水入侵等一系列问题。针对上述问题,以某市为例,从水量、水质、工程可靠性等方面比较了人工调水回灌与海绵城市促渗补给地下水方案的综合效益。结果表明:人工调水方案地下水补给量约为779万m3/年,海绵城市建设方案地下水补给量为339万m3/年,2种方案补给水水质中污染物种类相似,但雨水径流污染物浓度波动较大。因此,人工调水具有补水量易于控制、水质相对稳定,但调水水量受可利用水源的制约。海绵城市建设在保证地下水补给效果的同时,还具有雨水径流污染控制、洪涝缓解等多重效益,综合效益相对较高,且更符合城市可持续发展的理念。