基于SWMM模型的城市降雨径流规律及城市雨洪利用控制研究

摘要

城市化发展极大地改变了流域的气候和下垫面的组成，使流域内降水的时空分布和降雨径流效应发生很大的改变，这些改变与流域的水循环模式、水资源利用、雨洪控制紧密相关，由此带来的是原本天然河道的渠道化，天然河道渠道化又反过来加剧城市化给流域水文效应带来的影响，因此有必要对城市化下的暴雨特性和降雨径流规律进行研究和模拟，探究城市雨洪控制和雨洪资源利用对策。　　本文以宣州区1953-2013年61年间实测资料为基础，采用线性趋势回归、Mann-Kendall趋势检验法和滑动平均法，对宛溪河流域年降雨量、汛期雨量等参数的时间序列进行趋势分析;采用双累积曲线法、有序聚类法和非参数M-K突变检验法，对流域年降雨量、汛期雨量等参数的时间序列进行突变点分析;对实测降雨过程资料进行统计，分析各重现期、各降雨历时的暴雨时程分布，为研究城市化下降雨径流效应提供有力的支撑和资料基础。代表站点降雨序列趋势分析表明，区域城市化、用地性质的改变对长历时、长周期尺度降雨序列影响较小，其影响体现在短历时、短周期降雨序列上。代表站点降雨序列突变点分析表明，降雨突变时间点分别是1990年和2000年，分析结果与城市化进程一致。暴雨频率和雨型分析表明，50年、20年稀遇暴雨出现年份仍集中在1990年以前，说明城市化扩大对暴雨量级影响较小，其次对暴雨雨型分析可知，研究区暴雨主要是双峰型暴雨。　　以宣城市宛溪河典型流域作为研究区域，根据实际用地资料、遥感资料和地形地貌资料，对研究区开发前、现状和规划的用地性质进行分析，了解不同时期研究区土地利用格局的变化，并且对研究区现状城市排水分区进行分析，结合天然水文分区划分情况，明确研究区整体汇水、排水区域的划分，将SWMM模型运用于城市和天然流域的降雨径流模拟，通过比较模拟结果发现，城市化对降雨径流效应的影响十分明显，各径流参数随着城市化发展呈非线性的变化规律。　　根据研究区洪涝灾害的实际情况，结合研究区地形地貌等特征，利用SWMM模型模拟提出传统的调蓄池、低影响开发(LID)和“调蓄池+LID”三种雨洪利用控制措施下研究区的雨洪资源控制和利用效果，为研究区雨洪资源控制和利用提供有益的建议。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究的意义与主要目的

1．4 研究内容及方法

1．5 研究的技术路线

2 研究区范围及概况

2．1 区位概况

2．2 地形地貌及水文地质

2．3 水文气象

2．4 河流水系

2．5 洪涝灾害

3 研究区降雨变化规律研究

3．1 研究区降雨变化分析

3．1．1 站点选取与及其数据处理

3．1．2 趋势分析方法

3．1．3 突变点分析方法

3．1．4 降水趋势分析

3．1．5 降水突变点分析

3．2 研究区暴雨频率及雨型分析

3．2．1 线型及适线方法

3．2．2 研究区暴雨重现期分析

3．2．3 典型年暴雨时程分布

3．3 本章小结

4 基于SWMM的降雨径流模型构建

4．1 SWMM模型概述

4．1．1 模型结构

4．1．2 模型功能

4．1．3 SWMM模型的应用

4．1．4 SWMM模型建模步骤

4．2 研究区用地背景

4．2．1 宛溪河流域用地背景

4．2．2 城市用地性质

4．3 排水系统及排水河道情况

4．3．1 雨水排水分区

4．3．2 排水河道设计

4．4 降雨数据准备

4．4．1 降雨雨型

4．4．2 12小时降雨分布

4．4．3 2小时降雨分布

4．5 模型建立及验证

4．5．1 子汇水区域划分

4．5．2 产汇流模型的选择

4．5．3 模型参数确定

4．5．4 模型边界条件

5 研究区降雨径流模拟结果及规律研究

5．1 径流时间参数变化规律

5．1．1 初始产流时间变化规律

5．1．2 径流持续时间变化规律

5．1．3 峰值响应时间变化规律

5．2 径流峰值变化规律

5．3 径流总量变化规律

6 城市雨洪利用及控制措施研究

6．1 城市雨洪利用及控制的概念及研究现状

6．2．1 传统措施——雨水调蓄池

6．2．1 低影响开发措施

6．3 雨洪利用控制措施效果分析

6．3．1 传统调蓄池雨洪利用控制效果

6．3．2 LID措施雨洪利用控制效果

6．3．3 “传统措施+LID”雨洪利用控制效果

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况