低影响开发技术的雨洪控制效果及水质影响分析——基于SWMM模型

以山东胶州新城区为例,运用SWMM模型模拟对现状、常规开发建设模式以及低影响开发建设模式进行对比,研究不同建设模式的雨洪控制效果和水质变化。结果表明:常规建设模式的径流系数、洪峰流量及有机物排放量较现状都增大;低影响开发建设模式的径流系数、洪峰流量及有机物排放量较现状和常规模式都有所降低;而对于不同低影响开发模式的控制效果,组合LID透水铺装雨水花园;降雨强度越大,低影响开发模式有机物排放量的峰值出现越早且越大,控制好初期雨水并进行有效处理成为低影响开发模式的重要研究方向。     

绿色屋顶降雨径流过程模拟方法研究与应用

绿色屋顶是城市绿色基础设施的重要组成部分。绿色屋顶雨水截留能力是能够延缓产流时间、削减径流总量的关键,基质层土壤渗透特性则对降雨径流过程的削减具有重要的影响。针对绿色屋顶非降雨期间雨水截留能力变化规律以及降雨产(径)流特点,分别根据土壤水蒸发理论及饱和下渗理论,推导建立了用于描述绿色屋顶非降雨期间雨水截留能力变化过程的指数方程和降雨径流过程的单位线模型。结合绿色屋顶多场次降雨径流实际监测数据,分别对绿色屋顶不同场次降雨截留效果及径流过程进行了动态模拟。结果表明,不同场次降雨径流系数、径流过程计算值与实测值变化趋势均基本符合。     

基于SWMM的LID组合措施水文水质模拟效果研究

为了更好地体现海绵城市中防洪排涝的效果,以宜兴市中心城区某试验区为研究对象,基于SWMM软件,分别模拟了城市化后和采用LID组合措施(渗透性铺装、生物滞留池、雨水花园)时,在不同重现期(3、5、10、15、50、100a)下的平均径流量、平均入渗量、平均径流系数、峰值流量、峰值时间以及地表径流中常见污染物指标:SS、COD、TN、TP作为水质、水文分析参数,根据其变化规律进行分析得以表征,结果表明:LID组合措施在平均径流量、平均入渗量、平均径流系数、峰值流量、节点溢流量及溢流个数方面有显著的削弱效果,缓解了内涝;同时对地表径流污染物SS、COD、TN、TP浓度有很好的控制效果,削减其累计排放量。     

某城区下凹式绿地、生物滞留对降雨径流的影响

近年来,城市不断发生暴雨灾害,人们的财产安全受到严重威胁,原有的自然水文循环机制变异,导致城市内涝灾害频发。文章选取暴雨洪水管理模型,模拟分析不同的低影响开发措施在不同降雨强度下的影响,并对模拟结果进行对比分析,主要LID措施包括下凹式绿地和生物滞留,并分析不同情景下对径流及洪峰流量的影响。     

基于排水模型的城区雨水径流削减潜力分析

应用InfoWorks ICM水力模型软件建立了天津市某大学新建校区生活区地表和雨水管网模型,评估了现状地表在雨水管网设计降雨重现期下的产汇流及积水状况。采用下凹式绿地、绿色屋面和渗透路面等3种低影响措施对现状下垫面进行改造,改善其透水性。结果表明,低影响措施开发了城区地表的径流削减潜力,不同降雨条件下,地表径流削减率达47%~48.6%,雨水管网流量负荷降低了近40%。研究成果可为低影响工程措施的建设提供参考。     

广州天河智慧城不同LID措施前期状态对径流和污染物调控效果的影响研究

以广州市天河智慧城为研究对象开展降雨、径流和水质同步监测,基于SWMM模型构建包含低影响开发措施调控作用的城市雨洪模型,通过监测数据对模型参数率定验证,模拟分析不同降雨条件下,LID措施在自然状态、半饱和状态和饱和状态三种典型前期条件下对径流和污染物控制及削减效果。结果表明,不同重现期降雨下,LID三种状态下的径流控制率均呈现出随降雨重现期增大而减小的变化趋势,其中LID自然状态的径流控制率最高,而LID饱和状态径流控制率削减在各降雨重现期下差别不大。与LID措施自然状态相比,在不同重现期下LID半饱和状态及饱和状态下径流峰值和污染物削减均降低。研究LID措施不同前期状态条件下对径流和污染物的控制效果,能够为LID措施的设计提供科学的决策依据,并为后期的运行管理提供指导。     

基于SWMM的济南韩仓河流域宏观LID实践模拟

以济南市韩仓河流域为例,运用SWMM模型模拟分析不同降雨强度、不同雨峰系数条件下,流域宏观LID措施对流域水文和水质的控制效果。结果表明,随着降雨重现期P值的增大,流域雨水湿地体系规划方案对流域平均流量、峰值流量、污染物负荷的削减效果逐渐减弱。在降雨重现期相同条件下,雨峰位置系数较小(r=0.4)时,流域污染物负荷更少,峰值流量减少率更高,河道径流峰值延迟效果更好,但污染物的削减率不受单次降雨的雨峰系数影响。     

太原市高校不同下垫面条件下降雨径流系数试验研究

雨水积蓄利用工程是一种可持续性的节水工程。在确定蓄水池规模而进行的可积蓄雨量计算时,为了合理的选取径流系数值,进行了室外实地径流系数模拟试验。本次试验选取了沥青路面、水泥路面、透水性铺装三种下垫面,降雨强度(四个水平)、地面坡降(三个水平)、降雨历时三个变量,研究了径流系数与变量之间的关系。结果表明,水泥路面与沥青路面变化规律基本一致,径流系数均随降雨强度、降雨历时、地面坡降的增大而增大;透水性铺装在雨强较小时,径流系数与坡降成负相关关系,当降雨强度较大时,径流系数与坡降成正相关关系。通过对不同降雨强度、地面坡降、降雨历时条件下径流系数变化规律的研究,可以为雨水积蓄利用工程中确定可积蓄雨量的多少、确定蓄水池规模的大小、集雨工程的推广奠定理论依据。     

均匀降雨条件下不同下垫面产汇流特性试验研究

雨水产汇流过程受地表状况、降雨强度、降雨历时、土壤前期含水量等多因素的影响,试验采用SBS(屋面防水材料)、不透水地砖(人行道铺设材料)及草地三种不同下垫面材料,进行了多场模拟降雨试验。试验结果表明,透水性差的下垫面（SBS、不透水地砖）,主要影响因素是雨强、历时,历时越长,雨强越大,径流系数越大。透水性较好的下垫面（草地）,土壤前期含水量是影响产流量的主要因素,试验同时表明草地覆盖率大于80%,径流系数显著减小。经对试验数据进行回归分析,建立了一定条件下降雨历时?径流系数,雨强?径流系数,流量?径流系数之间的函数模型。研究成果对城市雨水资源利用具有重要参考价值和实际指导意义。     

基于WMS模型的大石河上游降雨产流模拟

水文模型是模拟流域水文过程和认识水文规律的重要工具,对流域产汇流计算、洪水分析与预报以及水资源优化配置等具有重要的意义。近年来,基于DEM的分布式水文模型在对流域地形分析及水系构建等方面形成了比较成熟的算法。利用ArcGIS、Global Mapper软件对数据资料进行预处理,然后采用WMS水文模型的TOPAZ算法生成研究区河网水系、确定研究区流域边界并进行子流域的划分,最终生成研究区数字流域。采用WMS嵌入的HEC-1模型进行流域降雨产流模拟。结果显示:流域逐日地表径流随降雨的变化而变化,并表现一定的滞后效应;模拟的径流量最大峰值(9.37m3/s)与水文站实测峰值(8.98m3/s)误差为7.80%;模拟日期内(一个月)逐日平均径流量(3.56m3/s)与实测值(3.77m3/s)误差为5.60%。说明该模型具有较高的模拟精度,可以用于大石河流域的降雨径流模拟,从而可为该流域防洪、减灾及水资源管理提供重要依据。     

喀斯特坡面径流集蓄利用研究现状与展望

中国南方喀斯特山区虽然降雨丰富,但由于二元水文结构较为发育,地表严重渗漏,加之降雨主要集中在5-9月,雨水资源时空分配不均。受地形地貌格局影响,该区坡耕地比重较高,灌溉水源主要靠坡面雨水,如何高效收集坡面径流和进行有效节灌,是提升坡耕地综合产出力面临的首要难题。由于地质背景的特殊性,喀斯特地区地表径流系数较小,降雨产流量很少,大部分甚至全部渗入地下,集蓄利用难度大。综述了喀斯特坡面地表径流特征,影响因素,收集和利用等几个方面的进展,发现喀斯特坡面集雨设施出现蓄不满水或空置的根本原因是坡面径流系数取值远超过实际值,坡面来水量被过大估算;进一步探讨了其他影响坡面径流集蓄利用工程布设及利用效率的原因,并对下一步研究进行了展望。     

喀斯特坡面径流集蓄利用研究现状与展望北大核心

中国南方喀斯特山区虽然降雨丰富,但由于二元水文结构较为发育,地表严重渗漏,加之降雨主要集中在5-9月,雨水资源时空分配不均。受地形地貌格局影响,该区坡耕地比重较高,灌溉水源主要靠坡面雨水,如何高效收集坡面径流和进行有效节灌,是提升坡耕地综合产出力面临的首要难题。由于地质背景的特殊性,喀斯特地区地表径流系数较小,降雨产流量很少,大部分甚至全部渗入地下,集蓄利用难度大。综述了喀斯特坡面地表径流特征,影响因素,收集和利用等几个方面的进展,发现喀斯特坡面集雨设施出现蓄不满水或空置的根本原因是坡面径流系数取值远超过实际值,坡面来水量被过大估算;进一步探讨了其他影响坡面径流集蓄利用工程布设及利用效率的原因,并对下一步研究进行了展望。     

不同降雨特征对径流过程的影响研究

降雨是影响坡面产流的重要因素,不同的降雨特征会影响降雨径流过程。为探究降雨雨型和降雨峰值因素耦合对坡面径流过程的影响,设计了两组降雨雨型,其峰值分别落在整个降雨过程的前期和后期,进行了降雨径流模拟试验,构建了基于运动波模型的坡面径流数学模型,开展了相应的降雨径流过程数值模拟,分析了径流特征值随降雨特征的变化规律。结果表明:随着降雨峰值增大,两种雨型产生的径流总量和径流峰值均以指数形式增长,在降雨雨型相同时,径流总量和径流峰值呈线性相关。对不同的雨型来说,当降雨总量和降雨历时相同时,后峰型降雨会比前峰型降雨多产生约1/4的径流。     

下凹绿地与雨水花园在小区尺度应用中的对比

为了探索下凹绿地和雨水花园在工程实践中的对比优选,详细介绍分析了下凹绿地和雨水花园这两种低影响开发设施。选取桐庐县某小区,通过构建SWMM模型,模拟基础组合、基础+下凹绿地、基础+雨水花园3种LID布设方案在1年一遇、2年一遇、5年一遇重现期暴雨时的出水口径流过程及各污染物负荷总量,并选用层次分析法评价了下凹绿地和雨水花园的综合效能。结果表明,下凹绿地和雨水花园对径流和水质均有一定的削减作用,且雨水花园作用效果更显著,层次分析评价出雨水花园综合效能更优。     

降雨输入不确定性对SWAT模型径流模拟的影响研究

降雨输入是水文模型不确定性的主要来源之一,开展降雨输入不确定性对分布式水文模拟影响的相关研究具有重要意义。基于SWAT分布式水文模型,将最邻近法、泰森多边形法、距离平方倒数法和克里金法引入子流域的面雨量计算,模拟淮河流域息县水文站1985-2000年的径流系列,并在改变站网密度及空间分布的条件下进一步研究了不同降雨输入模式对径流模拟精度的影响。结果表明:总体而言,四种插值方法的径流模拟精度较高,说明SWAT模型在息县流域具有较好的适用性;在息县流域现有雨量站数目下,距离平方倒数法的整体模拟效果最佳;当雨量站密度变化时,最邻近法的模拟精度更加稳定,说明在雨量资料不充足的地区该方法可能更具有优势。     

基于SWMM模型的不同气象条件下城市雨水径流污染特性分析

以南昌大学前湖校区为例,利用SWMM模型对其进行水质模拟。通过使用实测降雨数据对该模型进行参数率定,论证了该模型能够较真实地模拟出本地区降雨径流非点源污染的特性。在此基础上,通过SWMM模型设计了不同的重现期、雨峰系数、前期干旱天数等气象条件,以此来分析雨水径流中的TSS、CODcr、TN和TP等污染物浓度随降雨历时的变化过程。结果表明:随着重现期增大,污染物浓度峰值变大,峰值出现的时间提前;随着雨峰系数的增大,污染物浓度峰值变大,峰值出现的时间延后;在同一重现期和雨峰系数下,前期干旱天数会影响污染物的浓度峰值和前期浓度增长趋势,对峰值出现的时间没有影响。     

城市新建小区海绵城市建设要素分析

遭受暴雨与内涝的侵袭和困扰,是我国城市在经济发展过程中遇到的普遍问题,在广州地区表现尤为突出。住宅小区是城市的最基本组成单元,小区雨洪管控是杜绝城市内涝的重要措施。采用SWMM模型,选取广州市一规划设计阶段的住宅小区作为研究对象,将其排水系统进行概化,模拟小区开发前后雨洪的变化,对比分析加入下凹式绿地、透水地面、屋面雨水收集系统等低影响开发措施(LID)要素对雨洪的管控作用。结果显示,小区开发后区域洪峰流量显著增大、径流系数变大、洪峰时间提前,采用下凹式绿地、透水地面和屋面雨水收集系统均可有效地消减洪峰流量、减小径流系数、缓解雨水管网的排洪能力,三者的组合实施可在低造价的基础上更好地发挥雨洪管控的作用,并可实现雨水的回用。     

济南市雨水径流水文水质特性研究

为研究城市下垫面径流的水文过程与污染物浓度变化特征,对济南市2007年4~10月的6场降雨进行路面和屋面水文、水质过程同步分析,结果表明,济南降雨屋面的径流系数在0.80~0.96之间;路面的径流系数在0.88~0.96之间;径流曲线的形态与降雨过程线类似,但波动幅度相对较小;济南市降雨径流初期污染严重,降雨后期氨氮浓度稳定在2~4mg/L,屋面径流的CODcr、SS浓度分别维持在20mg/L和50mg/L以下,路面的CODcr浓度维持在50mg/L左右,但SS浓度较大;雨水径流中的CODcr与其他污染物之间的确定系数R2均大于0.8,污染物间较小的相关斜率表明了各污染物间良好的线性相关关系。     

基于SWMM模型的低影响开发模式在城市雨洪控制中的研究

随着我国城镇化水平的提高,城市内涝问题日益突出。研究选取华北地区某区域,利用暴雨管理软件SWMM构建了该区域降雨径流模型,模拟了不同重现期设计下的排水管网运行状况。在此基础上,模拟了雨水桶、下凹式绿地、透水铺装、绿色屋顶4种低影响开发(LID)措施单独布设以及组合布设这5种方案的径流控制效果。研究发现,在该研究区域内,采用LID措施的五种方案都可以减少径流总量并削减洪峰,在径流总量削减效果上,组合布设LID下凹式绿地透水铺装雨水桶绿色屋顶;在洪峰流量削减效果上,组合布设LID雨水桶透水铺装下凹式绿地绿色屋顶; LID设施在低重现期下径流削减效果显著,随着暴雨设计重现期的增大,LID设施的径流削减效果降低,但仍可以起到径流迟滞作用。     

基于脉冲响应的降雨径流模型应用

在总结了不同水文模型特点的基础上，阐述了以黑箱方式模拟水文系统的降雨径流响应模型。以总径流响应模型基本理论为基础，分析了建立降雨径流脉冲响应系统的主要相关因素。按照系统建模理论原理，以最小二乘法推导建立了总径流响应方式下的系统算子计算方法，建立了多输入单输出的降雨径流脉冲响应模型。通过该算法可以借助历史资料演算出脉冲响应模型的系统算子值，对算法中设定的时滞因子和增益因子进行了优化筛选，得到可以应用于实际流域计算的计算模型。