SWMM模型在城市不透水区地表径流模拟中的参数识别与验证

为了研究城市不透水下垫面的降雨径流过程和污染负荷,以屋面为例,选择径流管理模型SWMM,采用独立场次实测数据,应用基于不确定性分析的HSY算法和Monte Carlo采样方法对模型中的水文水力和水质参数进行识别和验证.结果表明,地表不透水区径流模型中主要包含6个关键参数,分别为不透水区初损填洼深度(S-imperv)、不透水区曼宁系数(N-imperv),指数累积方程中的最大可能累积值(max buildup)、累积常数(rate constant),指数冲刷方程中的冲刷系数(coefficient)和冲刷指数 (exponent).水文水力参数的识别可以最小二乘法偏差作为目标函数,水质参数的识别可以场次污染负荷和污染物峰值浓度作为目标函数.参数识别结果为N-imperv0.012～0.025, S-imperv 0～0.7, max buildup 15～30, rate constant0.2～0.8, coefficient0.01～ 0.05, exponent1.0～1.2.参数的区域灵敏度由大到小排序为 coefficient、S-imperv、N-imperv、max buildup、exponent、rate constant.识别后的参数可以通过模型验证,但是在模拟一些雨型特殊的降雨径流污染物浓度曲线时,仍然存在一定的困难.     

昆明主城合流污水调蓄池截污效能模拟

为评估昆明市计划首批建设二环路内16座合流污水调蓄池(规模为21.3×104 m3)的环境效益,采用构建降雨径流管理模型(SWMM)模拟调蓄池的运行情况,对其截污效能进行分析. 结果表明,2008年的113场降雨中,调蓄池共截流污水量1 868.73×104 m3,COD_Cr、TN、TP污染负荷的截流量分别为5 195.28、810.76、68.78 t,污水截流量占合流污水溢流量的11.18%. 昆明主城调蓄池是在充分利用和衔接已建、在建的排水管网收集系统和污水处理设施的基础上设计的,调蓄池效能受既定配套条件、场地、降雨特征等的多重影响,建议加大调蓄池和污水处理厂的联动性,并采取集中调蓄截流为主、分散式面源治理为辅的策略,综合防治初期雨水径流污染和合流污水溢流污染.      

基于SWMM与ArcGIS的城市内涝灾害风险评估研究 ——以南浦岛为例

城市内涝对城市基础设施造成极大损害且危及市民人身财产安全,需要通过科学评估手段对城市内涝进行风险评估,是防灾减灾工作中的重要一环.以SWMM模拟四种不同设计雨情下广州市南浦岛内的积水状况,利用ArcGIS进行数据分析、功能优化及专题图制作,分析致灾因子和受灾区域性质,结合相关规范建立风险评估体系,通过分析危险性和敏感性对南浦岛主排水管网设计工程的风险评估.利用插值分析得到与实际地形地貌相吻合的灾害风险等级分布图,为防灾减灾提供了决策依据.     

基于多目标优化与综合评价的海绵城市规划设计

海绵城市源头减排设施已被广泛应用于城市雨水径流削减与污染控制,但仍缺乏一种综合评价方法来实现其科学规划设计.本研究构建了一种基于多目标优化与综合评价相耦合的海绵城市规划设计方法,以建设成本、雨水综合径流系数、污染物综合控制率为目标函数,以源头减排设施建设规模和海绵城市径流控制指标作为边界条件,建立基于快速分类的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标优化模型;然后结合层次分析法对优化解集进行综合指标评价,得出最优化设计方案.利用该方法以研究区A为案例,构建了一套建设成本最小化、水文水质效益最大化的设计方案,并通过海绵城市建设前后的暴雨洪水管理模型（SWMM）,评估最优化方案的降雨径流控制与径流污染控制效果.研究结果表明,海绵城市建设能大幅削减雨水径流量,年径流总量控制率达70.1%;雨水峰值流量削减率超过40%,同时延后径流峰值出现时间;有效降低雨水径流污染,研究区各类污染物综合削减率均超过30%.本文提出的多目标优化与综合评价方法,能够基于特定的目标与需求,针对性提出适合区域发展的海绵建设方案,为海绵城市规划设计提供技术支持.     

城市小区雨水利用的模拟分析

选取天津市某小区,采用美国环保署开发的SWMM模型,模拟得出小区在开发建设前后的区域出口流量过程线和总径流量,分析评价了蓄水池和下凹绿地对小区雨水径流情况的影响。计算满足建设用地外排雨水设计流量不大于开发建设前水平这一条件时,蓄水池的设计体积和下凹绿地的面积以及下凹深度。模拟结果表明,蓄水池和下凹绿地可同时消减洪峰,推...     

Rapid Assessment of Hydrologic Performance of Low Impact Development Practices under Design Storms

Low impact development (LID) practices are often applied to compensate for surface imperviousness caused by urban development. These practices can mitigate flood risk by reducing runoff volume and peak flow and by delaying the time to peak flow. To select a suitable LID practice type and its surface area during the preliminary design process, it is necessary to rapidly estimate the hydrologic performance of various LID designs under design storms. This study provides a method and a toolbox for rapid assessment of the hydrologic performance of various LID practices, which can be useful to developers for establishment of preliminary LID designs. The hydrologic performance of three common types of LID practices (i.e., green roofs, bioretention cells, and infiltration trenches) under various design storms is first simulated using the Storm Water Management Model (SWMM). The results are then presented as performance curves on a unit storage basis. Look‐up tables are further developed to assist the comparison and selection of the LID alternatives for various hydrologic performance targets. To facilitate SWMM modeling, a MATLAB toolbox is developed to automate the process of input modification, model simulation, result extraction, and postprocessing. Finally, the sensitivity of the look‐up curves to design storm types and design specifications of bioretention cells is also analyzed, and the assumptions used in the development of these look‐up curves are validated.     

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的滇池环湖截污干渠系统运行效能分析

滇池环湖截污干渠工程是滇池环湖截污体系的重要组成部分,利用SWMM模型对滇池环湖截污干渠系统运行情况进行模拟,并对其运行效能进行分析。分析结果表明:典型降雨年景(降雨保证率分别为29.7%、93.8%和82.8%)下滇池环湖截污干渠对现状汇水范围内全年产生的污水收集率为29.52%~51.68%,对设计服务范围内产生的污水收集处理率为46.3%~67.9%。环湖截污干渠系统旱季收集处理效率明显高于雨季,各截污片区收集处理率存在明显差异。当重现期≤0.2年时环湖截污系统现状汇水范围内产生的污水及地表径流均能够被收集与处理;当重现期≤0.25年时环湖截污系统设计服务范围内产生的污水及地表径流能够完全被收集与处理。     

城市降雨径流水文模拟的参数局部灵敏度及其稳定性分析

基于Morris筛选法,在厦门城市小流域采用8场实测降雨数据对城市降雨径流模型SWMM的水文水力模块进行局部灵敏度及其稳定性分析.结果表明,Area、%Imperv和Dstore-Imperv是影响降雨总径流量和流量峰值最灵敏的参数.对于总径流量,Area、%Imperv和Dstore-Imperv的灵敏度分别为0.46～1.0、0.61～1.0和-0.050～-5.9;而对于流量峰值,它们的灵敏度分别为0.48～0.89、0.59～0.83和0～-9.6.其中降雨强度最小的场次降雨的各个参数降雨总径流量和流量峰值的灵敏度都最大,而降雨强度较大的场次降雨的总径流量和流量峰值的灵敏度都较小.不同场次降雨模型参数的灵敏度分析具有很大的差异性,但%Zero-Imperv对总径流量和流量峰值模拟输出影响的稳定性最小,表现在变异度最大,高达221.24%和228.10%,而Conductivity参数稳定性最大,变异系数都为0.     

极端降雨下绿基和灰基联用的雨洪控制效果

以福州大学为例,选取3种绿色基础措施（绿色屋顶、植被浅沟、渗透铺装）与2种灰色基础设施（增大管径、蓄水池）组合,设计了9种雨水系统改造措施方案,并根据3场不同历时极端天气降雨的实测数据,运用暴雨洪水管理模型（SWMM）模拟分析不同雨水系统改造措施方案对径流深、节点和管道的雨洪控制效果.情景模拟结果表明：3场强降雨下,绿色基础措施组合（SS7）在所有用地布局情景中对径流深的控制效果均为最优,其中中长历时强降雨下的削减比最高,达到了78%;在节点控制方面,由于3种绿色基础措施与增大管径组合措施（SS8）具备下渗、滞留和快排等特性,在3场降雨中,对节点的洪流流量和洪流时间的控制效果均为最优,接近100%;在管道控制方面,3种含绿色基础措施的组合方案（SS7,8,9）对管道满流时间与峰值流量发生时间的控制较好.通过对比这3种组合措施方案发现,在短历时强降雨中,3种绿色基础措施与蓄水池组合措施方案下（SS9）管道满流时间最短,峰值流量发生时间最迟;中长历时强降雨中3者差别不大;长历时强降雨中3种绿色基础措施组合下（SS7）管道满流时间最短,峰值流量发生时间最迟.