城市暴雨管理模型在雨洪利用_SWMM_application_in_zjw_project

雨洪径流计算
雨洪资源化利用计算
非点源污染负荷计算
不同降雨 频率的降 雨径流模 拟计算
不同下垫 面的降雨 径流模拟 计算
不同雨水 集流管道 的水资源 可实现潜 力计算
增设储水 池情景下 的降雨径 流模拟计 算
不同降雨 强度下非 点源污染 负荷计算
增设净化 群落情景 下的非点 源污染计 算
结果分析
总结
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第一章 绪论
1.5 研究内容
1
城市雨洪采取的措 施和方法； SWMM模型在雨 洪径流及非点源污 染负荷计算方面的 应用
2
建立基于SWMM 的雨洪径流模型， 模拟出流过程； 建立基于SWMM 模型非点源污染负 荷模型，模拟四种 典型污染物出口浓 度变化过程
城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第三章 雨洪径流的模拟计算
3.1概述
动力波方法（可计算回水）
输送系统水力模拟
Horton公式（和降雨时间有关）
地表下渗计算
连续方程和曼宁方程联立求解
地表汇流计算
三种类型地表单独计算
地表产流计算
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第三章 雨洪径流的模拟计算
图3.5 管网概化图
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图3.6 汇水区分区示意图
城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第三章 雨洪径流的模拟计算
3.4 水文水力参数
表3.2 水文水力参数
模型参数 不透水率（%imperv） 不透水区曼宁系数（N-imperv） 透水区曼宁系数（N-perv） 管道曼宁系数（roughness） 不透水区洼蓄量（S-imperv）/ mm 透水区洼蓄量（S-perv）/ mm 霍顿模型最大入渗率（Max.Infil）/(mm/h) 霍顿模型最小入渗率（Min.Infil）/(mm/h) 霍顿模型衰减系数（α） 文献7 — 0.015 0.032 0.015 0.38 1.52 75 3.8 0.006 文献8 0~90 0.010~0.015 0.10~0.30 0.013~0.015 2~5 3~10 76.2 3.81 0.0006 文献9 60~80 0.030 0.015 0.013 2 12 76.2 3.81 0.0006 文献10 — 0.015 0.032 0.015 0.38 1.52 75 3.8 0.006 调整值
10~80 0.012 0.032 0.013~0.015 0.38 1.52 75 3.8 0.006
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第三章 雨洪径流的模拟计算
3.5 模拟结果及其分析——不同降雨条件（p1情形/r=0）
q 3833 .34 (1 0.85 lg p) (t 17 ) 0.85
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第三章 雨洪径流的模拟计算
3.1概述
l 降雨
t 地表径流
Q
分析土地利用状况
调研管网排水走向
降雨过程线计算
t 排水管网 Q
划分排水小区
选择计算方法
SWMM模型计算
t 出流
参数优化
图3.2 利用SWMM模型计算步骤
图3.1 概化城市雨洪模型
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2.2 SWMM模型简介——模块
服务模块 统计模块 STATISTICS BLOCK 计算模块
径流模块 RUNOFF BLOCK
绘图模块 GRAPH BLOCK
输送模块 TRANSPORT BLOCK
径流模块
联合模块 COMBINE BLOCK
执行模块 EXECUTIVE BLOCK
输送模块
扩充输送模块 EXTRAN BLOCK
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第二章 城市暴雨管理模型研究
2.3 SWMM模型适用性
SWMM
适用性分析
SWMM功能实现方面
针对不同土地利用类型 水量水质模拟 适用分流制管网 具有一定灵活性
数据和资料方面
对输入数据要求较低 相关经验较多 选取参数可借鉴相关研究
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0≤t ≤ 45min
575 .001 0.375 n 55391 .763 0.375 1.85 i(t ) [ ] (1 0.85 lg p) 0 1. （45 t 6.375）.85 （45 t 6.375）85
45min≤t ≤ 120min
575 .001 0.625 n 55391 .763 0.625 1.85 i(t ) [ ] (1 0.85 lg p) 0 1. （t 45 10.625）.85 （t 45 10.625）85
2.2 SWMM模型简介——功能
模拟径 流过程
模拟径 流传输
计算污 染负荷
随时间变化的降雨量 ；蒸发量；洼地蓄水 量；降雨入渗变化； 非线性水库的坡面漫 流
模拟管道或自然渠道 、专门的设施径流传 输；模拟表面径流、 降雨入渗流、额外水 流及其水质的输入； 模拟各种水流形式
污染物累积；降雨冲 刷；BMPs针对减少 冲刷污染负荷作用； 晴天流入的生活污水 ；排水系统任意节点 上的额外入流；排水 系统的水质要素
i
dH A(1 c lg p)[(1 n)t b] dt (t b) n 1
图3.7 p1情况下的降雨强度曲线
图3.8 p1=1情况下的出口流量曲线
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图3.9 p1情况下的出口流量曲线
城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第三章 雨洪径流的模拟计算
3.5 模拟结果及其分析——不同降雨条件（p1情形/r=0.375）
城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用
高亮（2009210180） 导师：茅泽育老师
水力学所
城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用
第一章 绪论 第二章 城市暴雨管理模型研究 第三章 雨洪径流的模拟计算 第四章 非点源污染物的模拟 第五章 雨洪资源化利用分析 第六章 结论与展望
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用
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实际量算
A/L（面积/水流长度） 参考周围道路纵向坡度 实际区域地表覆盖分析 调查，文献，模型手册 调查，文献，模型手册 调查，文献，模型手册 调查，文献，模型手册 实际区域地表特征分析 文献报道 文献报道 文献报道
城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用
第三章 雨洪径流的模拟计算
3.3 模型概化——结果
•
城市雨洪模型
非点源污染控制 水质水量模拟 •排水系统规划 •雨洪利用设施设计
•
水生态与水环境修复
Text
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第一章 绪论
1.2 研究现状 城市雨洪模型
按功能：一维、二维；按应用：单一事件、长期连续
国外研究
如Park等人通过SWMM的EXTRAN模块对芝加哥地区地下室洪涝和街道漫水灾害 模拟[1] Anthony等人利用SWMM模拟了极端降雨条件下尾水效应对排水系统的影响[2] Ostroff等人通过SWMM模型分析了纽约市屋顶绿化对雨水管理效果的影响[3]
3.2 研究区域
研究区域ZJW小区位于天津。面积为101900m2 以居住和商用的建筑物、道路为主，也有小区公园，道路绿化，景观河（FC河） ZJW小区的排水模式采用雨、污分流制，雨水最终排入景观河FC河
降雨量（mm）
温度(℃)
140 120 100
降雨量/mm
30 25
20
15
80 10
60 5
40 20 0 -5
0
一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月 月份
-10
图3.3 研究区域
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图3.4 研究区域的降雨量与温度
温度/℃
城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用
第三章 雨洪径流的模拟计算
3.3 模型概化——方法
将排水小区、管网系统进行概化，输入并存入数据库 排水小区、管网系统的基础数据取自设计单位CAD图
附属构筑物 排水干管
滞洪水库
管 网 汇 Baidu Nhomakorabea 系 统
流 域 治 理
修 筑 堤 坝
河 道 整 治
修 建 水 库
修 建 泵 站
修 建 挡 水 闸
修 建 蓄 水 设 施
修 建 滞 水 设 施
开 辟 分 洪 区
防 洪 立 法 管 理
信 息 采 集 传 输
洪 水 预 警 预 报
对 策 分 析 系 统
抢 险 物 资 管 理
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面积大小（ha）
坡面漫流过程的特征宽度（m） 坡面漫流过程的坡度 不透水区所占面积比例（%） 坡面漫流穿过不透水区的曼宁糙率 坡面漫流穿过透水区的曼宁糙率 不透水区洼蓄存贮深度（mm） 透水区洼蓄存贮深度（mm） 无洼蓄不透水面积率 霍顿公式中fmax 霍顿公式中fmin 霍顿公式中α
降雨模块 RAIN BLOCK 贮存/处理模块 STORAGE/TREATMENT BLOCK 运行模块 TEMP BLOCK
扩展的输送模块
调蓄/处理模块
受纳水体模块
图2.2 SWMM模块及配置关系
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图2.3 SWMM模型结构
城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第二章 城市暴雨管理模型研究
数据类型 包括内容 形状 最大深度 管网 长度 粗糙度 出水&进水节点 属性描述 横截面的几何属性 横截面的最大深度（m） 长度大小（m） 内壁的曼宁糙率（N） 出水&进水节点名称 获取方式 实地调查测量 CAD CAD 调查，文献，模型手册 调查制定
面积
宽度 坡度 不透水率 排水小区 不透水区N值 透水区N值 不透水区洼蓄量 透水区洼蓄量 无洼蓄量面积比例 最大入渗率 土壤入渗 最小入渗率 衰减指数
城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第二章 城市暴雨管理模型研究
2.1 概述
城市雨洪模拟存在难点 可以指导城市雨洪利用 论文选用SWMM模型
2.2 SWMM模型介绍
图2.1 SWMM5操作界面
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第二章 城市暴雨管理模型研究
国内研究
刘俊利用SWMM模型对天津的进行模拟，并对模型的参数进行了率定[4] 曹韵霞利用SWMM模拟了北京市生活小区的雨水管理[5] 李彦伟等人运用SWMM模型展开了雨水管网优化的研究[6]
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第一章 绪论
1.3 研究意义 研究城市雨洪及其利用具有必要性 探讨城市雨洪有效利用方式具有现实意义 为BMPs效果评价提供依据 1.4 研究目标
第一章 绪论
1.1 研究背景
城市化导致产汇流条件改变，加 大洪涝灾害的风险 长期以来强调控制水灾，快速排 出雨水 探讨城市防洪减灾方法
屋顶 植被/土壤 人行道/车道/广场 街道 地 表 径 流 降雨
表面滞留 表面截留
排洪沟渠
雨水口
排水管网
城市洪水减灾方法
集水井
工程方法 非工程方法
1）通过对城市化问题所展开的研究进行汇总，整理和分析，讨论城市雨洪利用问 题； 2）根据城市雨洪模拟的理论和方法，研究城市雨洪模型对于解决城市雨洪利用问 题的作用及应用价值； 3）利用城市雨洪模型对某生态小区进行水量水质模拟，并分析其雨洪利用效果； 4）针对模拟结果，探讨雨洪利用所起到的实际价值，提出见解和建议。
3
模拟绿色屋顶的洼 蓄作用； 研究铺设渗透沟的 蓄水潜力； 模拟增加调蓄池的 出口流量及非点源 污染物浓度变化
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用 第一章 绪论
1.6 研究技术路线
径流子系统 SWMM模型系统研究 传输子系统 管网资料 确定模型模拟机理 建立城市化地区雨洪模型 确定模型参数 收集资料 下垫面资料 确定研究内容及任务 水文资料
分 滞 洪 区 撤 离
社 会 灾 害 保 险
蓄水水库
污水处理厂 受纳水体
图1.2 城市洪水减灾方法
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图1.1 城市雨洪系统示意图
城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用
第一章 绪论
1.1 研究背景
城市雨洪利用
雨洪灾害控制
最佳管理措施 （BMPs）
减少不透水面积 •渗透沟等渗透设施 •调蓄池
划分小区
管网表达
输入数据
分析土地利用情况， 插入矢量化的CAD图 用较小的网格划分 尽量与实际情况吻合
仅考虑主干管 依据CAD背景图表达 小区汇水就近流入节点 流向由实际情况决定
确定性参数由资料提供 需识别的参考相关文献
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城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用
表3.1 SWMM模型输入数据