基于暴雨雨水管理模式的海口市某地区雨水管网排水的动态模拟及优化

针对海口市某地区"逢暴雨必涝"的问题,结合该地区地质地理和自然气候特征,综合取定重现期、降雨历时、径流系数等参数,运用暴雨管理模型对该地区的雨水管网的设计参数进行了优化.模拟结果说明优化后的管网排水能力得到大幅度提高.     

上海暴雨灾害的系统特征与脆弱性分析

利用近30年暴雨和灾害资料,对上海城市系统受暴雨灾害影响下的暴露程度和敏感性等进行了动态分析,得出了该系统受暴雨灾害的脆弱性演化特征.研究结果表明,上海近30年来暴雨的数量和强度均有明显增加趋势,城市多强暴雨天气增加了城市内涝灾害的危险程度.低强度暴雨造成的城市水情灾害影响已很小,但极端强度暴雨仍构成严重的威胁.在城市建设发展过程中,地面排水能力的设计和提高、旧区改造和房屋建筑标准的提高等社会系统的变迁,会影响不同暴雨类型所造成的灾害程度与脆弱性;而城市在发展中又会出现新的薄弱和危险区域.因此,必须对灾害脆弱性进行动态分析和评估.     

基于SWMM的小区排水能力校核及低影响开发解决措施

以武汉市青山区某居住小区为例,对该小区的排水管网进行合理概化,构建基于SWMM的水力模型,以1 a、3 a、5 a为重现期校核排水管网系统的排水能力。通过模型计算,该小区排水能力不符合现行的武汉市排水设计规范。在1 a、3 a、5 a重现期下该小区溢流节点随之增加,不同重现期下溢流节点所占比为40%、52%、64%。针对该小区排水能力不足的问题,通过3种不同低影响开发(LID)组合方案的措施,对该小区进行了改进。结果显示,1 a、3 a、5 a重现期下无节点发生溢流,降低了管网排水压力,满足了现行排水设计规范。     

晋城市不同区域洪涝驱动要素分析

兼顾城市不同空间特征的内涝问题,是提升城市防洪排涝能力的关键.本文以晋城市主城区为例,针对不同开发程度的管网密集区与管网稀疏区2类下垫面,构建SWMM-ICM-WCA2D模型,模拟不同降雨情景下管网排水与地表淹没状态,分析城市内涝驱动要素.结果表明：管网密集区的内涝积水主要受降雨强度、管网排水能力和地形特征的影响,主城区现状管网设计标准较低,5 a一遇降雨条件下排水容量已趋于饱和;管网稀疏区高程≤751 m的淹没区水深较大,其余高程大的区域积水深度较小而流速较大;不同降雨情景下,管网指标与淹没要素间均表现出较强的相关性,特别在高水深（>1 m）时的联系更为密切,相关系数>0.78.     

基于InfoWorks ICM模型的地铁场站内涝积水防控研究

选择郭公庄和宋家庄地铁场站为研究对象,采用InfoWorks ICM模型软件构建洪涝模型并开展内涝积水模拟分析.模拟结果表明:100a一遇长历时(24h)暴雨情景下郭公庄地铁场站最大积水深度为0.922m,宋家庄为0.607m;在重现期达50a一遇时宋家庄所有管网即达到满流状态.分析结果表明:郭公庄内涝积水主要是由于下游水位顶托;而宋家庄主要是由于管网排水能力不足.本研究基于模拟结果提出了内涝积水防控措施,经海绵城市改造措施后,10a一遇短历时(1h)暴雨情景下宋家庄地铁场站出水口洪峰相对未改造情景削减了22.2%;经管网改造后,1a一遇长历时(24h)暴雨情景下宋家庄内涝积水削减率为100.0%;郭公庄3台排水泵全运行状态下,郭公庄总积水量相对无泵情景削减了29.5%.     

极端暴雨下绿-灰-蓝基础设施防洪排涝效果评估——以东沙湖流域为例

针对当前城市洪涝研究主要集中在单一的绿色、灰色基础设施或绿-灰色基础设施的不足,基于水文水动力耦合模型对武汉市东沙湖流域进行建模,采用武汉市暴雨经验式并移植郑州“7·20”暴雨生成重现期1～1 000a的极端暴雨情景,分析极端暴雨下绿-灰-蓝色基础设施的雨洪控制能力.研究结果表明：绿色基础设施主要应对5a一遇以内的降雨,且有一定的削峰和峰值延缓效果;灰色基础设施排水能力的提高有助于城市应对极端暴雨,且雨强越大其发挥效果越明显,但存在增大峰值和提前峰现时刻的负面作用;蓝色基础设施具有极大的雨洪调蓄潜力,可为应对极端暴雨提供保障,但需考虑其综合效益并制定多级水位调控方案;绿-灰-蓝色基础设施应综合起来优化评估,蓝色基础设施的顶托效应反映了其水力联系和耦合关系.以期该研究为城市内涝灾害治理和海绵城市建设规划提供科学依据.     

城市暴雨内涝数学模型的研究与应用

该文以通过排水管网水流运动模式为主要模拟对象，研制了城市暴雨内涝积水的数学模型。进行污水模拟和实现模型进行了初步的探讨。同时模拟城市暴雨内涝水力工况系统，并根据其应用情况进行相应地误差分析和修正。     

基于机器学习的城市暴雨内涝时空快速预测模型

暴雨内涝的快速预测对于提升灾害应急处置能力具有重要意义。针对传统数值模拟复杂耗时导致难以满足暴雨内涝预测时限要求的问题,该文基于机器学习方法构建城市暴雨内涝时空快速预测模型。利用城市综合流域排水模型(InfoWorks ICM)模拟的高精度网格结果作为数据驱动,综合考虑降雨因素、地理数据以及排水管网的分布情况,分别基于随机森林、极限梯度提升(XGBoost)、K最近邻以及长短期记忆(LSTM)神经网络建立城市暴雨内涝快速预测模型。以北京市某区域为例,开展算例研究,结果表明：随机森林模型的空间预测效果最佳,淹没范围预测准确率可达99.51%,积水深度平均预测误差3.55%; LSTM神经网络模型能准确预测内涝点积涝过程的水深时序变化。在该算例场景下,所构建的机器学习模型可实现s级的暴雨内涝时空快速预测。     

城市防汛泵站的多级排队选址模型及优化算法

考虑城市暴雨的空间与时间分布特点,选用合适的地表径流系数计算雨水口汇集的待排水量.将暴雨在雨水口汇集、管道传输和泵站排出的过程看作为一个多级串联的排队系统,同时根据城区不同重要等级确定其排水等待时间约束,通过计算防汛泵站及管网的建设与运营费用,构建以总成本和最长排水等待时间为双目标的城市防汛泵站选址模型.通过嵌入禁忌搜索算法改进遗传算法,求解复杂的防汛泵站非线性选址问题.实际案例分析表明多级排水理论可以较好地模拟城市排水系统,也指出排水泵站数量、泵站地址及暴雨重现期等对城市排水系统有重要影响.     

浅谈我市排水管网养护在解决城市内涝方面的作用

本文从我市城区排水现状以及存在的问题着手,概述了近年来我市发生内涝的概况,分析了我市城区发生内涝的原因及采取的应对措施,阐述了我市排水管网养护在解决城市内涝方面的作用,以便进一步探讨城市管理部门对突发暴雨的应对能力。     

基于安全裕度理论的太湖流域北部城市排涝与区域防洪标准衔接研究

提出了基于水位安全裕度理论的太湖流域北部城市排涝与区域防洪标准衔接方法,剖析现状城市排涝与区域防洪标准的衔接性,并通过不同标准组合方案的试算,分析了区域和城市防洪排涝标准变化对关键断面出入水量的影响,并基于水位安全裕度评估方法提出了相衔接的城市排涝标准与区域防洪标准设计组合。研究结果表明：现状太湖流域北部区域防洪与城市排涝标准基本具备抵御50年一遇洪水的能力,但城市、区域层面防洪排涝能力与需求表现出不衔接,表现为城市内部水位远低于防洪设计水位,而区域水位则接近甚至超出防洪设计水位,防洪能力略显不足;不同区域防洪标准提升导致的外排格局变化特征具有显著差异,武澄锡虞区、阳澄淀泖区防洪能力提升通过扩大向长江泄洪实现,湖西区则通过扩大向太湖泄洪实现;限制城市大包围外排水量对缓解城市外部区域防洪压力的效果有限;太湖流域北部50年一遇区域防洪标准与20年一遇城市排涝标准是相衔接的标准设计组合。     

屋面雨水收集缓解城市内涝时效分析

针对屋面降雨散落造成城市地面产生径流形成内涝等问题,本文通过对现有的蓄水池结构进行改造,在蓄水池底部设置不同孔径d的排水孔,使得降雨时雨水先收集到蓄水池降雨后缓慢排入土壤或地下管网,达到延长排水时间,降低径流峰值从而降低地下管网堵塞几率。通过设计实验和模拟分析得出以下结论：土壤渗透系数I大和排水孔径d小时排放到土壤的效果最好;排水孔径d越小,雨水进入地下管道时间越长所降低的径流比ψ越高;设计相同体积蓄水池时,底面积A越小蓄水量越大。通过理论和实际验证蓄水池改进技术的可行性,为治理城市内涝提供一种新方法。     

城市内涝风险分析模型系统开发与应用

为了全面客观评估城市排水管网的排水能力、预防城市内涝灾害的发生,基于EPA SWMM 与 ArcEngine,结合等流时线法与水量平衡原理,开发了城市内涝风险分析模型系统(USRAMS)。阐述了USRAMS的原理与功能,说明了利用USRAMS进行管网排水能力评估与内涝风险分析的方法,并验证了USRAMS的适用性;对沧州市进行了现状管网排水能力评估和城市内涝风险分析,以主题图的形式准确直观地表达了瓶颈管段位置以及城市内涝风险的分布情况。实例证明,USRAMS地表产汇流模块只需径流系数与汇水时间2个参数,较好地适应了中国当前情况,二维地表淹水模拟采用水量平衡原理,计算稳定、快速,其模型结果可为城市内涝防治与雨水管网系统的规划改造提供一定参考。     

不同排水体制下城市降雨径流污染负荷核定方法

针对目前我国现存的主要3种排水体制,合流制、截流式合流制和分流制,讨论了不同排水体制下,城市降雨径流污染负荷核定的不同方法.常用的方法基本是针对完全合流制和分流制而建立的,而截流式合流制是现在大多数城市都在使用的排水体制,在计算该体制下降雨径流污染负荷时应将截流部分和直接排放的部分分别计算,其计算方法应与适用于合流制的降雨径流污染负荷核定方法区分开,有利于更准确地核定城市降雨径流污染负荷,对城市规划和建设有一定的指导意义.     

路面不等厚排水层设计

基于饱和渗流理论,结合高速公路排水实际情况,提出一种提高排水层排水能力的设计方法.该设计方法建立面层与等厚排水层,面层与不等厚排水层之间的水量交换计算模型,获得等厚排水层不同横向位置断面处的流量计算公式和不等厚排水层不同横向位置断面处的流量计算公式,对比分析等厚和不等厚排水层的排水能力.结果表明:在排水层横向截面积相等的情况下,不等厚排水层的排水能力大于等厚排水层的排水能力.不等厚排水层的厚度渐变坡度对排水层的排水能力的提高有显著作用,其厚度对排水能力影响不显著.因此,排水材料的渗透系数以及不等厚排水层厚度渐变坡度应为不等厚排水层设计的主要控制参数.     

Flow Simulation of Urban Sewer Networks

Flow in an urban drainage network is usually unsteady with backwater near junctions. The routing of hydrographs through a network is an important aspect of the design and analysis of urban drainage networks. Various numerical methods to analyze flow in urban drainage networks were compared and a new hybrid interpolation scheme was developed which combined time-line reachback interpolation, implicit interpolation and space-line interpolation. Numerical simulations show that the improved method more accurately models flows in urban drainage networks.     

Development of 1D and 2D coupled model to simulate urban inundation: An application to Beijing Olympic Village

Urban inundation due to anomalous storms is a serious problem for many cities worldwide. Therefore, it is important to accurately simulate urban hydrological processes and efficiently predict the potential risks of urban floods for the improvement of drainage designs and implementation of emergency actions. However, the complexity of urban landforms and the diversity of hydraulic infrastructure pose particular challenges for the simulation and risk assessment of urban drainage processes. This study developed a methodology to comprehensively simulate inundation processes by dynamically coupling 1D and 2D hydrodynamic models. By allowing the simultaneous solution of the processes of rainfall and runoff, urban drainage, and flooding, this method can be used to estimate the potential inundation risks of any designed drainage system. Furthermore, a Geographical Information System (GIS) based platform was fully integrated with the model engine to effectively illustrate the context of the problem. The developed model was then demonstrated on the Beijing 2008 Olympic Village under the conditions of the 5-year and 50-year design storms. The sewer discharge, channel discharge, and flood propagation (inundation initiation, extent, depths, and duration) were numerically validated and analyzed. The results identified the potential inundation risks. From the study, it is found that the coupled GIS and 1D and 2D hydrodynamic models have the potential to simulate urban inundation processes, and hence efficiently predict flood risks and support cost-effective drainage design and management. It also implies promising prospects about the wide availability of high quality digital data, GIS techniques, and well-developed monitoring infrastructure to develop online urban inundation forecasts. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 40601018)     

分析及优化雨洪潮遭遇下城市水系排水防涝系统

以福建省沿海城市P的北洋区域作为研究区域,利用SWMM模型模拟30年一遇最不利24 h降雨遭遇洪潮时,区域现状城市水系排水能力以及内涝分布情况;并通过模拟的结果,对区域本底水系进行调整。通过优化水系排水方向、重构排水防涝河网以及改造新增蓄涝区来完成城市排水防涝系统的优化。优化后的排水防涝系统可将现状南北向排水调整为东西向排水,减弱潮汐顶托作用,并以最佳主干河道规模和新开排放口数量,提升水系调蓄和排水能力;最后确定蓄涝区位置与调蓄容积,收纳剩余因潮汐顶托而产生的涝水量。结果表明优化的排水防涝系统有效的解决了现状4 195. 42万m3的涝水量,并将洪水排放水量提升了2. 25倍,水系排水能力得到了较大加强,P城市北洋区域排水防涝问题被有效解决。