基于SWMM的海绵城市防洪排涝效果评估

摘要

随着我国城镇化的不断推进，城市不透水比例大幅增加，绿化面积减少、城市河流河道底部硬化，使城市降雨产流量变大，汇流时间变短。同时气候变化导致极端天气频发，城市防洪压力越来越大。我国大部分城市的排水管网老旧，难以适应城市快速发展的要求，城市的防洪和内涝问题严重困扰着经济社会的发展。与此同时，从城市水资源角度来看，大部分城市存在着水资源供给不足、地下水超采，地下水位下降的问题。因此在应对城市雨水管理过程中，迫切需要一种先进的雨水管理理念。海绵城市作为一种先进的雨水资源管理理念，不仅有利于解决城市内涝灾害、雨水径流污染，而且还能够对收集的雨水重复利用、回灌地下水等，对于我国生态文明城市的建设具有重大意义。
　　本文首先研究对比了我国的海绵城市建设和国外发达国家的雨水资源管理理念。然后以丹东市为例展开分析研究:收集排水防涝相关资料、从已有排水设施、排水分区、暴雨特性、历史内涝等方面分析了丹东市防洪排涝现状，在此基础上选择丹东市站前排水分区作为研究区域。
　　依据海绵城市建设指南和相关规范，制定了研究区域海绵城市改造的目标、规划期限、海绵城市改造技术路线。根据研究区域的下垫面分析，从渗透功能为主、存储为主、两者组合的角度，制定了三种不同的海绵城市改造方案。收集站前排水分区的排水管网、DEM图、土地利用资料，并通过ArcGIS的空间分析等功能，完成了排水管网概化、子汇水区域划分、平均坡度分析等。完成了站前排水分区的分布式水文模型建模。
　　采用综合径流系数和历史内涝点验证法，对模型的不确定参数进行了率定和验证。应用SWMM模型对站前排水分区的现状排水管网能力进行了分析。设定了三种不同降雨情景，2年一遇、5年一遇以及2013年典型暴雨。对比了同一降雨情景下三种不同改造方案的防洪排涝效果的差异性;不同降雨情景下同一种海绵城市改造方案的不同效果。每一种海绵城市改造方案，在重现期较小的情况下，都能起到很好的防洪排涝效果。随着重现期的增大，以渗透为主的方案一和以存储的方案二，在降低洪峰流量和延迟洪峰时刻上作用类似，不存在明显差异。但是组合功能的方案三，防洪排涝效果明显。三种方案均能有效提高排水管网的排水能力。重现期小的时候效果更明显，重现期增大时，因为相关低影响开发措施的“蓄、滞”功能趋近于饱和，对排水管网的改善有限。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究进展与趋势

1．2．1 海绵城市的国内建设进展

1．2．2 海绵城市的国外研究状况

1．2．3 存在问题及趋势

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 论文的主要内容

1．3．2 论文技术路线

2 丹东市防洪排涝现状及典型区域选择

2．1 丹东市防洪排涝现状分析

2．1．1 丹东市区域概况

2．1．2 丹东市防洪排涝现状

2．2 典型区域选区

2．2．1 研究区域基本概况

2．2．2 存在问题及需求分析

3 研究区域SWMM模型构建

3．1 SWMM模型概述

3．1．1 模型特征

3．1．2 模型原理和计算方法

3．2 研究区域管网概化

3．3 子汇水区域划分

3．4 子汇水区域不渗透性

3．5 子汇水区域平均坡度的计算

3．6 不确定参数的取值

4 站前排水分区的现状排水能力分析

4．1 参数的率定与验证

4．1．1 参数率定

4．1．2 历史内涝点验证

4．2 降雨情景设定

4．2．1 丹东市降雨特性分析

4．2．2 研究区降雨情景选择

4．3 研究区域现状排水防涝能力分析

4．3．1 不同降雨情景下管网排水能力

4．3．2 不同降雨情景下排放口出流状况

4．3．3 不同降雨情景下的水量平衡

4．3．4 研究区域内涝成因分析

5 研究区的海绵城市改造及防洪排涝效果评估

5．1 海绵城市建设目标

5．1．1 指导思想与基本原则

5．1．2 规划期限

5．3．3 总体指标

5．1．4 海绵城市建设技术路线

5．2 研究区域的海绵城市改造方案

5．2．1 指标体系框架

5．2．2 下垫面分析及指标分解

5．2．3 具体改造方案

5．3 基于SWMM的研究区域海绵城市改造方案模拟

5．3．1 SWMM中的LID控制方法及相关参数取值

5．3．2 情景模拟设计

5．4 研究区域海绵城市防洪排涝效果评价

5．4．1 2h降雨P=50％条件下的方案评估

5．4．2 2h降雨P=20％条件下的方案评估

5．4．3 2013年2h典型暴雨条件下的方案评估

5．4．4 排水管网改善状况评价

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢