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。     

综合管廊雨水舱缓解城市内涝的效果分析

为了探究综合管廊雨水舱缓解内涝的效果,以广州市杨梅河为例,建立了杨梅河区域现状排水系统、现状排水系统结合综合管廊雨水舱两种工况的暴雨洪水管理模型(SWMM),计算了4种降雨重现期下各工况杨梅河出口流量和典型内涝点溢流量。结果表明:雨水舱较优断面为宽4 m、高3.3 m,此时各降雨重现期下雨水舱对研究区总溢流量的缓解效果已达上限;综合管廊雨水舱可缓解杨梅河下游内涝,对下游两处典型内涝点的溢流量平均削减率分别为86.5%和42.2%,但对杨梅河上游内涝几乎不起作用;综合管廊雨水舱会增大杨梅河出口的峰值流量,在20年一遇降雨条件下杨梅河出口达到最大出流能力。     

建筑与小区雨水外排峰值流量计算研究

建筑与小区海绵城市建设主要目标要实现源头雨水径流总量、峰值流量和径流污染的控制。径流总量和径流污染控制计算方法已较为统一,但外排雨水径流峰值计算未能形成统一思路。以项目层面海绵城市建设为例,说明了建筑与小区雨水外排峰值流量计算过程中降雨历时推荐取值,论述了利用暴雨强度公式和暴雨雨型计算外排雨水峰值流量的计算方法。结合工程案例论证了通过采取源头减排、优化竖向设计和溢流排放等综合措施后,可有效地削减外排峰值流量和延缓峰值,为建筑与小区外排峰值流量计算提供了依据和参考。     

基于SWMM的天门北城区排水系统削峰及控污模拟分析

基于SWMM构建天门北城区排水系统的水力水质模型,进行不同降雨强度条件的暴雨模拟,识别严重溢流节点。在此基础上,对严重溢流节点所对应子汇水区提出适用的组合LID措施,并采用SWMM中的LID模块对雨水水量和水质控制效果进行模拟。结果表明,组合LID措施对严重溢流节点溢流时间和总溢流量的控制效果较好,对管道峰值流量的削减有一定的作用,对子汇水区地表径流量峰值的削减率可稳定在20%以上。随着暴雨重现期的增大,组合LID措施对节点溢流的控制和管道峰值流量的削减效果会逐渐减弱。组合LID措施对排放口处COD、TN、TP出流总量的削减效果较好,削减率基本在40%~50%。     

基于SWMM模型的LID措施不同布设方式对径流削减作用

利用暴雨雨水管理模型(storm water management model,SWMM)中的低影响开发(low impact development,LID)模块模拟了西安理工大学金花校区现状下以及下沉式绿地、透水路面和2种LID措施组合的布设情况在不同降雨重现期下管道出口径流过程,并评估了该区域排水管网的有效性和内涝状况。结果显示LID措施的布设对于推迟洪峰出现时间、减小洪峰流量、减小洪流总量和削减径流系数方面有着明显的效果,同时,其雨洪控制效果在低重现期降雨中更加明显。     

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。     

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。     

矿渣堆积对小流域行洪能力影响的数值模拟研究

矿山开采过程中废弃矿渣堆积对流域水文过程有着一定的影响作用。建立了基于水动力方法的二维雨洪过程数值模型,分析5种不同重现期暴雨下矿渣堆积引起的地形改变对于大西岔流域行洪能力的影响。研究发现:矿渣堆积对于流域出口断面具有一定滞洪效果;5种不同降雨重现期中,10年一遇降雨时洪峰削减效果最为显著,当降雨重现期小于10年一遇时,地形对洪峰大小、到达时间起主要影响作用,反之,降雨成为主要影响因素;洪峰削减率随着断面向下游移动而逐渐增大。研究成果对于降低矿渣堆积流域下游洪水风险具有一定积极意义。     

海绵小区削峰减洪效率对降雨特征的响应

海绵城市建设一定程度上增加了城市下垫面的种类,使得城市降雨径流的非线性关系更加复杂。以分析降雨特征对海绵小区的径流控制能力的影响为研究目标,以厦门市典型海绵小区为例,通过SWMM模型模拟计算,分析了降雨重现期、降雨历时和降雨峰现系数对海绵小区削峰减洪能力的影响,计算了不同设计降雨条件下普通开发小区、海绵小区的洪量削减率和洪峰削减率。结果表明:随着降水重现期由2年增加至100年,总洪量削减率由63.8%降至50.9%,洪峰削减率由66.0%降至37.4%;随着降雨历时从1 h延长至6 h,总洪量削减率由58.3%增至61.8%,洪峰削减率由63.7%降至56.3%;随着峰现系数从0.1增大到0.9,总洪量削减率由58.3%增至61.8%,洪峰削减率由63.7%降至56.3%;海绵小区削减洪峰的能力对降雨过程更为敏感,降雨量越大、峰值越靠后,越不利于洪峰流量的削减;而降雨量越大、历时越短,越不利于总径流量的削减。海绵小区整体在不同雨强下的效用比单一低影响开发措施更为稳定,证明了海绵城市建设中多种工程相结合、注重竖向设计的做法比大量建设某一种设施更为有效。研究成果为海绵城市规划和建设提供参考。     

景观雨水设施对城市道路径流削减效果评价

生物滞留带和透水铺装作为城市道路低影响开发重要的景观雨水设施,能有效调控道路雨水径流。以漳州市区某道路为研究区域,通过构建传统开发模式和低影响开发模式的SWMM模型,模拟不同重现期下生物滞留带、透水铺装及两者组合模式对城市道路的径流削减效果,结果表明对降雨历时2 h重现期为2 a、5 a、10 a和20 a的降雨而言,其径流总量削减率均在50%以上,峰值削减率均为45%左右。各种措施的径流削减量和峰值削减量随着重现期的增大而增大,但削减率呈现出下降的趋势,短重现期的降雨条件下削减效果更明显,尤以组合模式的效果最佳。     

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。     

低影响开发措施的城市雨洪控制效果模拟

以广州市某小区为研究对象,根据实测降雨径流资料,结合现状排水管网,建立暴雨雨水管理模型(storm water management model,SWMM),模拟不同降雨条件下的产流与排水状况。基于SWMM的低影响开发(low impact development,LID)模块,模拟分析采用渗透铺装、下凹式绿地、雨水花园和LID组合方案对城市雨洪的控制作用。结果表明,采用渗透铺装、下凹式绿地和雨水花园等LID措施,洪峰流量和径流系数均明显降低,可有效缓解市政管网的排水压力,各种LID措施的雨洪控制效果在低重现期降雨时更为显著。其中雨水花园对径流系数和洪峰流量的削减效果最显著;LID组合措施对洪峰的削减和滞后作用较好;下凹式绿地和渗透铺装单独布设的雨洪控制效果一般。     

高渗透下凹绿地对城市降雨径流的削减作用研究

针对下凹绿地的蓄水、渗水能力有限的特点,为了进一步提高其蓄水、渗水能力,对内部结构进行优化改善,开发出水平高渗透、垂直高渗透、组合高渗透3种高渗透下凹绿地。通过模拟降雨产流中试系统,分析不同降雨重现期及降雨历时条件下高渗透下凹绿地径流削减作用及洪峰削减量,并与传统上凸绿地、普通下凹绿地进行比较。结果表明,在降雨重现期1～10年、降雨历时30～120 min的芝加哥设计暴雨雨型条件下,与传统上凸绿地对比,普通下凹绿地径流总量削减率为23. 14%～67. 04%,径流峰值削减率1. 41%～100%,径流系数0. 29～0. 69;组合高渗透下凹绿地径流总量削减率为39. 93%～89. 87%,径流峰值削减率为6. 54%～100%,径流系数0. 05～0. 55。研究成果可为高水平城市绿地以及海绵城市的规划和建设提供参考。     

LID改造对城市内涝与面源污染的影响

为了探究低影响开发(LID)措施对城市雨水-径流-污染过程的改善效果,以广州市某区域为例,提出了4种LID改造措施(绿色屋顶、生物滞留池、透水铺装、3种LID组合),并构建了SWMM模型来模拟分析5种暴雨重现期下不同LID改造措施的水文水质效应。结果表明：单一LID改造措施下,暴雨重现期较大时透水铺装效果最好,该情景下洪峰削减率、峰现时间延迟和总流量削减率都达到了最大;3种LID组合对总流量削减率最高,为26-12%~34-40%;单一LID改造措施下,透水铺装对COD与NH3-N质量浓度峰值削减和峰现时间延迟效果最佳;3种LID组合对COD和NH3-N总量削减率最高,分别为50-51%~60-83%和53-16%~58-47%。LID改造措施对城市内涝、COD和NH3-N都有不同程度的减轻或削减,其中LID组合改造措施的效果最好。     

西安市老城区海绵改造对雨水径流削减效益模拟研究

为了有效地评估和量化老城区海绵改造前后的内涝削减程度和海绵调蓄能力,以西安市小寨老城区海绵改造为研究对象,采用SWMM模型分别计算不同工况下的节点溢流量和管道外排量,并根据水量守恒原理,分别计算出“渗”“蓄”“排”所对应的水量,进而采用入渗量、蓄水量及外排量占比等指标分析老城区海绵措施雨水径流削减效益,并对老城区改造工程进行效果评价。结果表明：降雨量为17.2 mm且降雨历时在2 h的设计降雨条件下,建设前全区的径流控制率为67.10%,建设后全区径流控制率达82.52%,同时在其他设计重现期的条件下,建设后比建设前均有明显的提升;经过海绵改造后,雨水很大程度上被海绵措施储蓄起来,径流控制效果显著改善;海绵措施建设后,蓄水量占比较建设前显著提升,且随着重现期的增大海绵调蓄能力逐渐趋于饱和,当重现期为100 a时该区域海绵措施综合蓄水量为35.359×10⁴ m³。该研究成果对城市内涝防治、老城区海绵设施成效评估具有非常重要的工程实践意义。     

基于SWMM的生物滞留池布置水文时空效应

利用SWMM中的低影响开发模块,根据汇流时间将研究区的子汇水区划分为上游和下游,生物滞留池按照不同位置(上游和下游)和不同规模布设,研究其遭遇不同重现期降雨下的水文时空效应。结果表明:在低降雨重现期下,生物滞留池的雨洪控制效果较好;相同重现期时,规模较大的生物滞留池效果较好,而布设的越分散,其降低径流系数的效果越好,但削减洪峰的效果较差。     

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。     

基于 SWMM 的 LID 设施分区布局及减排效益

为探讨低影响开发（low?impact?development，LID）设施对缓解城市洪涝灾害以及削减污染负荷的效果，选取 绿色屋顶、雨水花园、透水铺装和雨水罐 4 种 LID 设施，通过构建暴雨洪水管理模型（storm?water?management model，SWMM），并根据实际地形和管网走向将研究区汇水面分为不同分区，分析 LID 设施组合在 7 种布设方案 下对径流控制和雨水污染负荷减排的影响。结果表明：对于 7 种布设方案，LID 设施组合均能有效削减径流量和 雨水污染负荷，且分区布设时，LID 设施组合在上中游分区对径流量的控制效果较好；在相同设计降雨重现期下， 各布设方案的削减效果依次为全区>上中游分区>中下游分区>上下游分区>下游分区>中游分区>上游分区；LID 设施组合布设在下游分区时的径流量削减率较布设在上游分区提升 5.19%～6.82%，布设在上中游分区较布设在 上下游分区提升 1.87%～3.62%，较布设在下游分区提升 16.48%~18.97%；LID 设施组合全区布设较布设在下游分区 提升 29.60%～31.17%，较布设在上中游分区提升 12.20%～13.12%。因此，在海绵城市规划建设之前建议全区按需 布设 LID 设施，在进行老旧小区改造时可着重考虑将 LID 设施布设在上中游分区。     

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。