SWMM模型综述

综述了非点源污染模型的体系,对SWMM模型的原理进行了阐述,如汇水单元产生径流的模拟过程及其原理、污染物累积及冲刷过程的原理、输移模块的模拟原理等。概括了SWMM模型在国内外的研究进展和应用。     

基于SWMM模型的岩溶洼地降雨径流转换机制研究——以湖北省宜昌市长阳县大长冲岩溶槽谷为例

岩溶洼地在降雨事件中水文过程转化迅速，但岩溶洼地降雨径流转换机制尚不明确。以湖北省宜昌市长阳县大长冲岩溶槽谷为研究区，基于1∶5万岩溶水文地质调查成果、遥感数据和GIS技术，创新性地将SWMM模型应用于岩溶洼地系统的产汇流过程模拟，量化了子汇水区和研究区的水源转化，并通过对研究区2020年夏季两场降雨事件的产汇流过程进行模拟分析，验证了SWMM模型的适用性。结果表明：SWMM模型适用于岩溶洼地系统的产汇流过程模拟；不透水区面积比例对子汇水区产流的影响较大，洼地在降雨过程中具有蓄水作用；下渗是坡面最主要的水源转化方式，下渗、填洼及作物截留是洼地主要的水源转化方式，而对于研究区整个岩溶洼地系统而言，通过坡面的岩溶裂隙和洼地中的土壤下渗是最主要的水源转化方式；SWMM模型在岩溶洼地系统产汇流过程模拟和初期的水源转化刻画方面比较准确，但对植被截留量和下垫面后期的蒸散发过程的刻画能力不足。     

SWMM模型应用于城市住宅区非点源污染负荷模拟计算

以温州市典型住宅区非点源污染为对象,基于SWMM(storm water management model)模型的模拟机理,借鉴国内外相关研究的模型参数,结合降雨径流实测数据率定模型参数,将模型"本地化",构建了基于SWMM模型的研究区非点源污染负荷计算模型,并设计了4种不同降雨情景,分析在不同降雨条件下研究区非点源污染固体悬浮物(TSS)、CODCr、TN和TP的污染负荷量及其累积变化过程.结果表明,构建的SWMM模型的模拟值可以较好地与实测值相吻合,4种污染物模拟的相对误差均小于10%.在设计的4种降雨情景下:①污染物浓度峰值出现在降雨30～40 min内,降雨强度越大,出现浓度峰值的时间越早;②高强度降雨较低强度降雨可对受纳水体造成更大的污染.      

基于MCMC方法的SWMM模型参数不确定性分析

基于贝叶斯理论,采用马尔科夫链蒙特卡罗法的差分演化自适应Metropolis算法,即MCMC-DREAM算法,对SWMM模型水量参数及输出的不确定性进行了系统分析。研究结果表明:在模型模拟过程中,不透水区面积比率和管道曼宁系数对模型的模拟结果具有较大的影响,不确定性较小,而其他参数不确定性较大,是水量模拟参数不确定性的主要来源。参数不确定性是造成模型输出不确定的主因。径流峰值模拟最容易产生偏差,是模型输出不确定性的主要来源,提高峰值的模拟精度将有效地提高模型整体的模拟效果。     

降雨地表径流水质模拟中SWMM模型水质参数确定

检测城市不同功能区污染物累积和径流样本并结合模拟实验,分析不同污染物累积和冲刷规律,确定SWMM模型在降雨地表径流水质模拟中污染物累积和冲刷参数取值范围,并进行模型验证。研究结果表明,SS、COD、氨氮污染物累积量均随累积时间不断增加,并趋于稳定,其在不同功能区最大累积量C_1取值范围分别为:6.37~12.86、14.03~21.66和8.89~12.88 g/m~2,累积速率常数C_2取值范围分别为:0.055~0.100、0.061~0.085和0.133~0.167。降雨强度较大时,降雨地表径流中污染物浓度较高,但均随降雨历时不断下降,并趋于稳定。SS、COD、氨氮冲刷系数S_1取值范围分别为:0.003~0.005,0.025~0.035和0.01~0.02,冲刷指数S_2取值范围分别为:0.4~0.8,0.8~1.0和0.5~0.8。在确定的取值范围内选取SWMM模型水质参数,对某场降雨地表径流中SS、COD、氨氮污染物浓度变化过程进行模拟,模拟结果与实测数据基本吻合,表明水质参数取值范围适用于SWMM模型降雨地表径流水质模拟。     

基于SWMM模型的排水系统溢流污染模拟效果综述

SWMM模型由美国EPA研发,目前已成为排水系统溢流模拟的重要工具之一,在国内外排水系统内涝防治、溢流污染控制、低影响开发研究等方面得到广泛应用。该文基于国内外研究成果,对SWMM模型的GIS空间参数、物理参数的敏感性进行分析,对降雨数据、管网基流数据边界条件的选取进行讨论,并对SWMM模型在排水系统溢流量、溢流峰值、溢流负荷的模拟效果进行评价。在此基础上,对SWMM模型在模拟城市排水系统溢流污染的应用研究进行总结评述,分析存在的不足,并提出建议,为后续排水系统溢流污染模拟参数选择及率定验证提供数据分析基础,对SWMM模型的深入应用与研究有着重要的参考价值。     

子汇水区的划分对SWMM模拟结果的影响研究

利用SWMM模型可以对城市排水系统进行动态模拟,可以辅助解决与城市排水系统相关的水量与水质问题.在使用SWMM进行模拟时,子汇水区划分方式和子汇水区之间流经路径的不同,将对模拟结果的时间过程曲线有很大的影响.本文主要分析在进行子汇水区划分时,考虑汇水区地形数据空间分布不均匀性,子汇水区划分的细致程度以及之间的流经路径对模拟结果中坡面径流总量、坡面径流量峰值以及峰值出现的时间产生的影响.并在此基础上,以简化SWMM输入数据并保证模拟结果的精度为原则,对子汇水区的合理划分程度进行了探讨.     

小区雨水面源污染控制SWMM模拟研究

随着中国城市化进程的不断加快,不透水面积大量增加,城市雨洪与面源污染问题也日益严重。该文介绍了SWMM模型的基本原理及其模型构成,总结了低影响开发的概念及主要措施。并且利用SWMM模型对某小区进行模拟研究,借鉴国内外关于SWMM模型相关模拟研究的参数,根据研究区域特征等对研究区进行概化分区的基础上,建立了模型。通过模拟3种单项LID措施(雨水花园、渗透铺装、绿色屋顶)在实际降雨数据下的截污减排的效能,与不同措施组合下的截污减排效果,得到结论:单项LID措施截污减排效能:渗透铺装>绿色屋顶>雨水花园,不同的LID组合措施对削减污染物峰值浓度作用略有不同。     

子汇水区划分精度对SWMM模拟城市非点源的影响

SWMM作为动态模拟的城市非点源污染模型,被广泛应用于城市非点源负荷估算研究,并在很多小尺度研究中取得了很好的效果。随着中国城市发展不断加快,城市非点源污染研究的空间尺度也随之变大,如何科学合理选择建模时子汇水区划分精度成为研究中一个重要问题。文章主要分析SWMM应用于城市区域非点源污染模拟时,不同子汇水区划分精度对水质模拟结果的影响,并在此基础上,以降低SWMM建模工作量并保证模拟结果的准确度为原则,对如何选择子汇水区的精度进行了深入的探讨。结果表明事件降雨为降雨输入时,子汇水区划分精度对水质模拟结果影响较大,宜采用高精度或高中精度模型;单月份和雨季连续降雨为降雨输入时,子汇水区划分精度对水质模拟结果影响较小,可以使用低精度模型。     

城市雨洪径流模型研究进展

近年来中国城市暴雨引发频繁内涝灾害,降雨径流成为水体污染重要因素。采用数学模型模拟地表径流过程对城市内涝和径流污染物的高效控制具有重要意义。基于城市雨洪径流模型的研究现状和应用实例,选择SWMM、HSPF、Infoworks CS、SLAMM 4个应用较广而侧重不同的国外城市雨洪径流模型进行介绍,归纳模型基本概念和原理,比较主要用途和适用条件,并分析各自的特点及国内外研究进展。同时指出现有城市雨洪径流模型的不足之处,对其发展趋势进行展望。     

基于SWMM水量模拟的人工雨水湿地规模确定方法

人工雨水湿地在控制地表径流污染以及削减地表径流总量方面具有重要作用,但是雨水湿地规模确定往往需要经过复杂的计算;本研究以北京市未来科技城雨水湿地设计为例,研究了基于SWMM(storm water management model)模型的人工雨水湿地规模确定方法;研究表明通过SWMM模型能够较为简便的计算出雨水湿地的规模和形态。     

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。     

基于SWMM模型的下凹式绿地污染物削减效应分析

该文基于SWMM模型研究了下凹式绿地对降雨径流中污染物的削减效果,并与实验结果进行了对比。结果表明,绿地能有效削减径流中的关键性污染物(COD、SS、TN、TP),下凹式绿地对污染物的削减率分别为SS 72.73%、COD 61.07%、TN 66.10%、TP 83.40%,削减效果总体较好。该文还对下凹式绿地的关键模型参数进行了率定,将污染物削减率的模型计算结果与实验结果对比发现,除SS误差(25.5%)较大外,TP、TN、COD削减率的误差均在5%以下,结果表明通过参数率定后的模型能较好的模拟实际情况。     

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.     

土壤环境容量数学模型——Ⅰ.土壤污染动力学模型

应用物质平衡原理,导出模拟土壤污染过程的动力学方程.可用于估算土壤环境容量、分析土壤污染动态和预测土壤超容年限.以测定残留率为基础的一类模型是本文提出的模型的一个特例.     

半干法烟气脱硫过程的数值模拟

对增湿脱硫实验装置进行了数值模拟研究,依据流体动力学原理建立气液固三相耦合模型：即质量、动量、能量和湍动能耗散输运方程,在构造脱硫装置的网格模型基础上,通过有限元数值计算方法,借助流体软模拟计算了反应器内的脱硫过程,考虑脱硫剂加入量、反应温度、烟气流量工艺因素的影响时该活性脱硫剂的脱硫性能,将模拟值与实测值进行了对比,误差较低,表明本模型及其参数具有一定的准确性。     

基于EFDC模型的滇池水质模拟

从应用层面介绍EFDC模型的主要编程原理和数据结构,以及主控文件、初始化数据、气象和负荷数据以及模型输出的内容和结构。利用1988、1989年的负荷数据和观测资料,对滇池水质进行了模拟。结果表明,模型的水动力模块模拟结果与实际情况较接近,水质模块的模拟结果尚可接受,模型实用程度的提高有赖于基础数据的积累。     

降雨径流连续模拟参数全局灵敏性分析

长期连续模拟是客观评价城市排水系统性能、雨洪控制措施效果的重要方法之一.运用普适似然度法(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation,简称GLUE),综合分析了暴雨管理模型(Storm Water Management Model,简称SWMM)在不同间隔降雨情景下的水量...     

基于开源GIS的城市非点源污染负荷模拟研究

随着点源污染不断得到控制,非点源污染在城市水污染中所占的比重逐步增大,通过建立城市非点源污染负荷模拟系统,可以从空间上了解城市非点源污染产生和扩散过程,为治理非点源污染提供数据依据。该研究在借鉴目前城市非点源污染模型与GIS集成应用的基础上,针对商业GIS组件开发成本较高、开放性较差、开发灵活性较弱以及SWMM模型本身空间分析能力弱和空间可视化表达效果差等问题,借助开源GIS组件DotSpatial和MongoDB数据库,实现GIS与SWMM模型的紧密集成,并以MongoDB数据库为数据交互中心管理模型数据,开发出具有开发出低成本、扩展性强、高开放、灵活度高等特点的城市非点源污染负荷模拟系统。该研究选择昆明市东风东路片区作为研究区域,并用实测降雨数据进行模拟分析,结果表明系统具有良好的实用性。