西安老城区海绵改造内涝削减效果数值模拟研究

为评估西安小寨老城区海绵城市改造效果,采用耦合管网模块的二维城市雨洪模型对不同降雨重现期下小寨老城区海绵改造前后的内涝积水情况进行模拟.通过对比模拟不同降雨重现期下建设前后的积水分布、积水水量和积水面积,发现不同重现期下的内涝情况在海绵改造后均有所改善,小寨老城区海绵改造对老城区内涝缓解作用明显.     

高密度老城区海绵城市径流控制研究

针对老城区海绵城市建设缺乏专项治理措施的现状,为了解决老城区海绵城市建设的内涝问题并实现径流控制,基于"老城区以问题为导向,以点带面"的基本思想,同时考虑高密度老城区"人口密度大,改造难度大和遗留问题多"等特点,海绵城市建设需要因地制宜,采取合理有效的技术方案实现对老城区的径流控制。以国家首批海绵城市建设试点城市萍乡试点区中的典型老城区西门内涝区为例,提出针对高密度老城区海绵城市建设的径流控制方案,主要包括源头地表绿色设施的减量控制以及末端地下调蓄设施的二次控制。总结了地表绿色设施组合的技术思路,介绍了地下调蓄设施的计算方法、布设以及抗浮设计等。结果表明:高密度老城区径流控制不能单靠绿色设施进行源头控制,也需要地下调蓄设施进行末端治理,其中单靠绿色设施实现了55.7%的径流控制率,加上地下调蓄设施后完成了75%的径流控制目标。该方案为类似老城区径流控制提供了可借鉴、可复制的成功经验,对老城区海绵城市建设径流控制具有重要的参考意义与实用价值。     

老城区海绵改造降雨致涝及污染物输移过程数值模拟——以西安市小寨老城区为例

以西安市小寨老城区为例,采用二维城市雨洪模型模拟分析海绵改造前后不同降雨重现期下的降雨致涝和污染物输移过程。结果表明:改造后小寨老城区2年一遇降雨条件下未出现明显积水;20年一遇降雨条件下由改造前15处积水减少为改造后5处积水;50年一遇设计降雨条件下由改造前29处减少到改造后13处积水。对比小寨老城区海绵改造前后积水水量,2、20、50 a重现期下积水水量峰值分别削减62.04%、37.13%、32.43%;污染物扩散面积和降雨重现期相关,50年一遇降雨重现期下污染物扩散面积最大。     

固原海绵城市内涝削减效果数值模拟

以固原海绵城市建设核心示范区为研究区,采用考虑水文过程的二维水动力城市雨洪模型,通过模拟典型设计降雨过程下的海绵城市建设前后研究区的内涝积水情况,对固原海绵城市内涝削减效果进行分析。结果显示:在2年一遇降雨条件下,研究区内9个重点内涝点得到明显改善,积水量峰值降低59.54%,积水面积峰值降低62.50%;当降雨重现期为30年一遇时,研究区内重点内涝点内涝有所缓解,内涝风险等级降低,积水量峰值降低60.37%,积水面积峰值降低69.88%。     

基于SWMM的银川市金凤区雨洪模拟及LID效果评估

针对城市内涝及非点源污染问题,从海绵城市建设的角度出发,以银川市金凤区作为研究区域,采用SWMM建立雨洪模型,选取设计雨峰系数为0.4的5种降雨重现期和降雨重现期为0.5 a的4种雨峰系数共9场降雨,评估研究区在下凹式绿地、透水铺装、雨水花园、下凹式绿地组合透水铺装及雨水花园组合透水铺装5种LID方案下对径流及4种污染物的控制效果。模拟结果表明：随着重现期的增大,5种方案的径流控制率及污染物负荷削减率均有所减小;下凹式绿地组合透水铺装方案的削减效果最为显著,重现期为0.5～5 a时,该方案径流控制率均大于65%,污染物负荷削减率均大于45%;重现期为10 a时,径流控制率及TSS、COD、TP与TN负荷削减率分别为61.38%、42.86%、58.23%、44.03%和55.95%;重现期为0.5 a时,随着雨峰系数的增大,5种LID方案的径流控制率及污染物负荷削减率的变化均不明显。LID方案对中小重现期降雨有较好的控制效果,但因组合方案各措施间受到相互作用及不透水面积等因素的影响,并未达到“1+1>2”的叠加效应,最优方案还需深入研究。     

基于XPDrainage模型小区尺度海绵措施径流减控效果评估

针对建筑小区尺度海绵措施的径流减控效果实际应用问题,选取北京城市京水小区为研究区域,应用XPDrainage构建水文水力学模型,通过海绵措施改造情景设置与模拟,系统分析调蓄池、下凹式绿地和透水铺装等3种典型海绵措施的径流减控效果。结果表明:洪峰减控效果为下凹式绿地调蓄池透水铺装,径流量减控效果为调蓄池下凹绿地透水铺装,各类海绵措施对10年一遇以下重现期降雨径流的削减延迟效果较好,当降雨重现期达到10年一遇及以上时,径流量和洪峰流量削减比例不同程度降低,对于高重现期降雨蓄滞效果不显著,研究结果可为北京城市小区海绵措施改造提供重要的参考价值。     

基于SWMM的海绵校园径流控制效果评估——以萍乡市北星小学为例

为了研究海绵校园LID措施的径流控制效果,以萍乡市北星小学的改造项目为例,利用萍乡市暴雨强度公式计算各个重现期的设计降雨,借助雨洪管理模型(SWMM),构建LID改造前后的降雨-径流模型,模拟不同设计降雨条件下校园内分别采用组合LID及单独布设LID措施的径流控制效果,以及透水路面堵塞情形下的径流控制效果。结果表明:校园海绵化改造后,年径流总量控制率达到75%,污染物削减率在60%左右,排放口流量峰值时刻延后7～10 min;三种LID措施对校园径流量削减的贡献度排序为透水铺装下沉式树池下沉式绿地,对污染物削减的贡献度排序为下沉式绿地下沉式树池透水铺装;透水路面堵塞对径流控制效果的影响在降雨重现期30a时显著增大。通过对结果分析,设计方案下的海绵校园径流控制效果均达到预期目标,对一般的小范围海绵校园进行LID改造具有一定的参考价值。     

大兴机场海绵设施雨洪控制效果模拟

以大兴机场海绵系统为例,根据降雨径流资料,建立暴雨雨水管理模型 (storm?water?management?model, SWMM),模拟不同海绵设施组合情景下的水文过程。结果表明:在不同设计暴雨条件下,绿色基础设施、景观湖 以及组合方案均能削减洪峰流量、延迟洪峰时刻;组合方案的雨水控制效果最为显著,5a 重现期下,出口处洪峰 流量削减率和雨水总量控制率分别达 41.5% 和 79.9%;景观湖的蓄滞作用在不同的重现期下对出口流量的影响时 段不同,景观湖在低重现期下蓄积降雨过程中的雨水,削减降雨初期外排出口的流量,而在高重现期下蓄积空间 主要用于降雨后期的雨水汇流的收集,在出口段明渠退水过程中减少外排雨水;绿色基础设施在上游区域的溢流 量削减率达到 10.6%,在洪峰削减、延迟峰值时刻上表现明显;上游连接景观湖后造成的回流会导致退水时长增 加,在高重现期下回流雨水占用明渠蓄水空间,可能增加上游管网的溢流风险。     

南宁市设计降雨及其总量控制率时空异质性特征

针对当前我国海绵城市建设及成效考核中设计降雨及其控制率指标单一均化、难以有效定量指导不同下垫面LID设施建设并评价其效果等问题,以南宁市市区为例,基于2020年Quick Bird土地利用及子流域精细划分,根据1981-2010年南宁市0.1°CMFD格点日降雨序列资料,采用ArcGIS空间插值法、《指南》中设计降雨量与控制率关系法以及容积法,分析了研究区日降雨量、设计降雨量及其总量控制率的时空异质性特征,并讨论了现状下垫面调蓄及管网排水对控制率指标的定量影响。结果表明：南宁市市区日降雨频次、年分配、设计降雨量及其控制率均具有显著的时空异质性特征,按75%控制率对应各月的日设计降雨量变化范围为9.72（2月）~32.05 mm（7月）;南宁市主城区（面积占比31.99%）现状年降雨总量控制率普遍低于50%,仅靠绿色LID设施难以实现75%控制率目标,要实现该控制率目标,主城区还需增加调蓄容积120~211 m³/hm²,若考虑管网排水能力70~103 m³/hm²,则所需调蓄容积可减少30~108 m³/hm²。综上,为实现南宁市75%控制率目标,应针对现状下垫面水平,建立考虑时空异质性的不同控制率目标与调蓄容积、管网排水之间的定量函数关系,这是有效提升海绵城市调控雨洪径流能力的一个主要途径。     

海绵城市年径流总量控制率指标分解探析

减少雨水径流外排，地块内雨水径流就地消纳利用是海绵城市建设的重要目标之一，雨水径流外排量由年径流总量控制率这一指标体现，如何科学合理地确定年径流总量控制目标，是近年来海绵城市建设过程中主要探索内容。以广州科教城片区为例，结合片区下垫面、排水管网等资料，利用容积法对年径流总量控制率进行指标分解，同时采用Infoworks ICM模型对各地块年径流总量控制率指标分解的合理性进行模拟验证，结果显示各地块在按照规划年径流总量控制率开发建设后，片区排水管网均满足10年一遇设计重现期，在100年一遇降雨条件下部分区域虽出现积水，但无内涝发生。研究表明，分解确定的各地块年径流总量控制率可用于指导片区开发建设，通过海绵城市建设可有效降低雨水外排，提升区域防灾减灾能力。     

西咸新区海绵城市建设对沣河洪水特性影响模拟研究

为评估海绵化改造对城市内河洪水特性的影响,基于模型GAST（GPU accelerated surface water flow and transport model）,定量研究了理想流域和沣河流域西咸新区沣西新城段海绵城市建设前后在3种入流条件（2.75、7.69、17.06 m³/s）和3种降雨重现期（2、10、50 a）组合工况条件下的洪水流量过程。结果表明：设计降雨重现期为2、10、50 a时,理想流域的峰值流量削减率在6.64%~67.34%之间,实际流域的峰值流量削减率在2.66%~43.57%之间,两者差别不大。海绵化改造在一定程度上削减了内河的峰值流量,峰值削减率与上游来流量呈反比,与区间汇流量成正比。但峰现时间有延迟有提前,无明显规律。     

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。     

基于SWMM的城市初雨净化设施布局优化研究

本文基于低影响开发理念及海绵城市建设,以河南省扶沟县城南新区作为研究区域,采用SWMM模型,研究分析了雨水涵养池在不同上下游区域、不同布设密度和不同降雨重现期的情况下,其对雨水径流的调控效果和污染物的削减作用,并通过对比分析后确定空间布局最优方案。结果表明相同降雨重现期和布设密度时,雨水涵养池布设在上游区域对污染物削减效果明显,排放口洪峰削减大;并且相同降雨重现期,涵养池布设在上游区域时,其分布越分散,污染物和洪峰的削减效果越好。     

单位LID措施缓解城市内涝效益分析计算——以固原市为例

通过对固原市内涝严重区域资料进行线性处理,得到不同降雨重现期内涝点积水资料,结合暴雨强度公式与下垫面资料,在区域降雨径流总量与内涝点峰值积水量之间建立关系;分析海绵设施建造后不同设计降雨量下,内涝点峰值积水量的削减量,结合在内涝峰值积水总量与居民室内财产损失之间建立的关系,分析源头径流截蓄量对减少居民室内财产损失的影响;结合固原市2004至2014年降雨资料,计算出海绵城市改建后,单位LID设施缓解城市内涝、减少居民室内财产损失的年效益.结果表明,固原市雨水花园、下沉式绿地、雨水桶和雨水池缓解内 涝的效益分别为20.75元/(m2·年)、13.84元/(m2·年)、51.88?69.18元/(个?年)和69.18元/(m3 ?年).     

基于SWMM模型的不同LID设施对雨洪控制效果模拟分析

为了研究适宜三亚的低影响开发(LID)措施,以三亚市某采用低影响开发建设小区为研究对象,运用SWMM构建模型模拟某子汇水区域采用下凹式绿地、透水铺装和植草格等3种不同LID设施下,遭受不同暴雨重现期下的径流过程,评估3种LID设施对雨洪的削减效果。分析结果表明,低重现期降雨条件下,下凹式绿地对雨洪控制效果较为明显,可充分发挥其对雨水滞留调蓄功能。当然,仅依靠下凹式绿地进行雨洪管理势必对小区的景观园林统筹规划带来困难;因此在实际海绵城市设计中,需要采取多种LID措施并举方式实现对年径流总量控制率的控制。     

基于 MIKE UＲBAN 的城市内涝模型应用

针对日益突出的城市内涝问题,为了减少内涝灾害的发生、达到防洪排涝的目的,以成都市某小区为例,基于对小区排水管网的概化处理,雨量分配利用芝加哥雨型,应用 MIKE UＲBAN 软件模拟小区排水管网在不同降雨强度下承压运行情况及管点溢流情况,并通过设置小型调蓄池和扩增管径两种途径改善城市内涝状况。结果表明: 改造后管网设计重现期由 2 年一遇提高到 10 年一遇,管段承压状况得到明显改善。在遭遇 10 年一遇降雨时,管道峰值流量明显降低,典型管道削峰率达62. 5% ,管网过水能力大幅度增加。在今后排水系统改造中,应当使城市管网与雨水调蓄池等海绵措施相结合,实现削减峰值雨量,从源头上防止内涝的发生。该模型具有建模简单、运算精确的特点,对城市防洪排涝相关研究有较好的借鉴意义。     

已建小区海绵化改造工程中排水与雨洪控制耦合设计研究

以青岛市海绵城市建设试点示范项目H小区海绵化改造工程设计为例,针对已建小区排水与雨洪控制系统现状,通过两者之间耦合设计进行海绵化改造,以源头减排径流控制措施提高排水与防涝标准,设置超标雨水行泄通道,通过客水导流提高防洪标准;通过细分排水子分区,研究分析实际蓄水量与设计调蓄容量的偏差以及各子分区之间的不平衡的主要原因是部分分区和分区中部分地表径流无法汇入LID,并设置截留、引流等措施引入调蓄池或附近的LID设施,串联转输消纳各分区和子分区之间不平衡的地表径流量。项目通过两个雨季一年多的运行效果良好,为已建小区雨水排放系统升级以及雨洪控制系统的设计积累一定的经验。     

基于暴雨洪水管理模型的低影响开发设施应用研究

海绵城市是针对解决我国水危机提出的新理念,而低影响开发(LID)设施是构建海绵城市的关键。为了分析不同降雨重现期、不同降雨历时、占地面积对单项LID设施径流控制能力的影响,以亦庄调节池一期工程为研究区域,利用暴雨洪水管理模型(SWMM)进行模拟计算,研究了不同占地面积下各LID设施对不同降雨过程的径流削减效果,分析了降雨重现期及降雨历时与占地面积影响作用的相关性。结果表明:随着降雨重现期由1年增加至10年,透水铺装径流削减率下降了13%～35%;随占地面积占比由25%增至100%时,其径流削减率增大了4. 8%～23%,且占地面积变化对低重现期降雨径流削减效果影响明显,生物滞留槽和植草沟呈相同规律。相反,下凹绿地占地面积变化对高重现期径流削减效果影响较大。绿色屋顶的径流削减率与土壤层厚度成正比,与降雨重现期成反比,且绿色屋顶厚度对低降雨重现期削减效率影响稍大; LID设施的径流削减率随降雨历时增加而增大(削减率增长区间为1. 7%～7. 7%),且占地面积越大,降雨历时变化对径流削减率的影响就越明显。各LID设施的性价比和适用情况对比计算表明,下凹绿地和透水铺装性价比较高,适于作为主控设施大面积应用,而植草沟、生物滞留池及绿色屋顶适于作为辅助设施部分应用。研究成果为选择效益最优的海绵城市建设模式提供科学参考。     

LID径流控制效果对设计暴雨重现期的响应

为分析不同重现期降雨与径流控制率的变化规律,以西咸新区典型海绵建设小区为例,采用基于GPU加速技术并耦合了管网系统的二维城市雨洪过程模型,对该小区不同重现期设计降雨条件下的径流控制效果变化规律进行量化分析。结果显示:通过与实测资料进行对比验证,模型模拟的流量与实测流量过程吻合度较高;随着降雨重现期的增大,径流控制率逐渐减小;在1年一遇降雨条件下,径流控制率为82.5%,100年一遇条件下,径流控制率降为29.5%;随着重现期的增大,径流控制率的差值逐渐减小,径流控制率减小的趋势逐渐平缓。     

基于SWMM的海绵措施对城市下垫面产汇流影响

为解决城市水环境、水生态问题,以低影响开发(Low Impact Development,LID)为理念,选取已建的海绵单元在对透水铺装材料及雨水花园旱溪降雨径流监测的基础上,通过构建城市雨洪模型,研究不同海绵措施对产汇流的影响,并采用实测降雨径流数据对模型进行验证和率定。结果表明:透水铺装路面对大、中、小型降雨的径流控制作用十分显著,透水铺装相对雨水花园旱溪的污染物去除具有较好的效果;基于海绵示范区构建的水文水质模型,模拟了海绵工程措施对单场暴雨的洪峰流量以及总的径流量都具有较好的削减效果,出口洪峰流量减少60%以上,年径流总量控制率大于75%,外排径流量根据不同量级暴雨削减幅度有所不同,随着降雨强度的增大,削减效果有所减弱,较强降雨能减少30%以上,一般量级降雨能削减60%以上。对于外排污染物的量,海绵改造后,研究区单场暴雨的削减率均在50%以上。