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近年来,国内城镇化发展迅速,传统建设改变了城市原始水文格局,水生态、水环境、水安全等方面均频繁出现问题,其中积水内涝愈显突出,为有效缓解并逐步解决城市雨洪涝灾害问题,结合我国国情与国外低影响开发(LID)理念,提出建设"海绵型"城市的长远发展战略。本文以秀山县级海绵城市试点改造区作为研究区域,选取新建降雨监测站传输至智慧海绵城市平台上的实时降雨量、站点水位等数据为依据,利用暴雨洪水管理模型(Storm Water Management Model, SWMM)与城市管网系统模型(DHI MIKE URBAN),在不同重现期下对研究区域进行降雨模拟,并进行内涝分析及风险性预警并提出相应防涝措施。
主要研究内容为:(1)SWMM与MIKEURBAN模型构建,未定参数敏感度分析及校正校核。(2)研究蒸发量数据有无的三种工况下SWMM模型降雨模拟,说明蒸发量数据对SWMM运行精度的影响。(3)MIKEURBAN模型降雨模拟。(4)选取两种模型中最优降雨模拟结果进行内涝分析,预警研究区域实际发生内涝的风险性。
本文主要研究结果如下:
(1)根据实际基础资料确定研究区域,并搭建完成相应模型,共计节点2161个,管道2126根,子汇水区396个。
(2)SWMM与MIKEURBAN内含未定参数敏感性均随雨强变化。SWMM总径流量为敏感源分析,最小/大入渗速率(Min/Max-R)、衰减系数(D-C)敏感性最大。洪峰总量为敏感源分析,管道粗糙系数(C-R)、不透水区粗糙系数(N-i)敏感性最大。MIKEURBAN对总径流量为敏感源分析,降雨初损(L-i)、折减系数(R-f)最大。洪峰总量为敏感源分析,R-f、管道曼宁系数(M-n)敏感性最大,R-f是最主要且起决定作用的参数。
(3)将敏感度分析参数进行校核校正增加各模型适用及可靠性。确定SWMM未知参数N-i为0.03、N-p为0.3、D-i为5mm、D-p为15mm、Max-R为76mm/h、MIn-R为10mm/h、D-C为4h-1、C-R为0.011;确定MIKEURBAN未知参数L-i为0.004m、R-f为0.4、T-c为模型自动计算值、M-n为60。
(4)有无蒸发量数据对SWMM运行结果差异巨大且大尺度区域建模下MIKEURBAN适用性优于SWMM。SWMM工况一(不考虑蒸发量)径流控制率最大为41.5%,工况二、三(考虑蒸发量)径流控制率最大69.2%;MIKEURBAN运行模拟后径流控制率最大为75.7%。
(5)以节点溢流与管道超载两方面进行内涝分析。将溢流水位h进行等级划分,严重溢流点较总溢流节点占比1a时最小为2.27%,20a时最大为9.33%,在5a-10a时增加个数最多,5个。将管道充满度a进行等级划分。严重超载管道较总超载管道占比1a时最小仅为0.79%,10a时最大为2.29%,2a-5a时增加个数最多,7条。
(6)基于模型在50a中研究区域发生内涝风险性较低。径流量控制率分析,50a时有72.09mm的雨水径流量被削减;溢流总量分析,50a时其溢流深度为5.24mm;路面积水分析,节点溢流至路面漫流1m时,50a时最大路面积水深度为28mm;超载管道分析,50a时管道最大充满度为8.818。
主要研究内容为:(1)SWMM与MIKEURBAN模型构建,未定参数敏感度分析及校正校核。(2)研究蒸发量数据有无的三种工况下SWMM模型降雨模拟,说明蒸发量数据对SWMM运行精度的影响。(3)MIKEURBAN模型降雨模拟。(4)选取两种模型中最优降雨模拟结果进行内涝分析,预警研究区域实际发生内涝的风险性。
本文主要研究结果如下:
(1)根据实际基础资料确定研究区域,并搭建完成相应模型,共计节点2161个,管道2126根,子汇水区396个。
(2)SWMM与MIKEURBAN内含未定参数敏感性均随雨强变化。SWMM总径流量为敏感源分析,最小/大入渗速率(Min/Max-R)、衰减系数(D-C)敏感性最大。洪峰总量为敏感源分析,管道粗糙系数(C-R)、不透水区粗糙系数(N-i)敏感性最大。MIKEURBAN对总径流量为敏感源分析,降雨初损(L-i)、折减系数(R-f)最大。洪峰总量为敏感源分析,R-f、管道曼宁系数(M-n)敏感性最大,R-f是最主要且起决定作用的参数。
(3)将敏感度分析参数进行校核校正增加各模型适用及可靠性。确定SWMM未知参数N-i为0.03、N-p为0.3、D-i为5mm、D-p为15mm、Max-R为76mm/h、MIn-R为10mm/h、D-C为4h-1、C-R为0.011;确定MIKEURBAN未知参数L-i为0.004m、R-f为0.4、T-c为模型自动计算值、M-n为60。
(4)有无蒸发量数据对SWMM运行结果差异巨大且大尺度区域建模下MIKEURBAN适用性优于SWMM。SWMM工况一(不考虑蒸发量)径流控制率最大为41.5%,工况二、三(考虑蒸发量)径流控制率最大69.2%;MIKEURBAN运行模拟后径流控制率最大为75.7%。
(5)以节点溢流与管道超载两方面进行内涝分析。将溢流水位h进行等级划分,严重溢流点较总溢流节点占比1a时最小为2.27%,20a时最大为9.33%,在5a-10a时增加个数最多,5个。将管道充满度a进行等级划分。严重超载管道较总超载管道占比1a时最小仅为0.79%,10a时最大为2.29%,2a-5a时增加个数最多,7条。
(6)基于模型在50a中研究区域发生内涝风险性较低。径流量控制率分析,50a时有72.09mm的雨水径流量被削减;溢流总量分析,50a时其溢流深度为5.24mm;路面积水分析,节点溢流至路面漫流1m时,50a时最大路面积水深度为28mm;超载管道分析,50a时管道最大充满度为8.818。