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%.     

深隧排水系统在城市内涝防治中的作用分析

深隧排水系统是一种行之有效的内涝防治工程措施,但目前国内相关的研究尚比较少,大规模深隧排水系统的应用效果及机制尚不明确.本文利用IFMS URBAN洪水模拟分析平台构建了分布式城市水文水动力模型,以成都市为例,研究深隧排水系统在城市内涝防治中的作用.设置了多种降雨情景和工况组合情景,对有无深隧条件下研究区内涝积水情况进行模拟,开展了多组模拟结果的对比和分析.结果表明:在30年一遇降水条件下,深隧服务范围内减少了31.4%的溢流点、50.5%的溢流水量,积水情况大大缓解,其服务范围内严重内涝问题基本得到控制;深隧排水系统削减城市内涝的作用随降雨重现期的增大和降雨峰现时间的延后而减弱;深隧系统中的蓄水池与泵站组合对深隧的作用具有较大影响.     

不同边界条件对城市内涝的影响——以通州区两河建设区为例

以北京市通州区为例,对不同重现期的降雨与不同频率的河道洪水进行组合,分析不同洪涝组合对内涝积水深度的影响.采用城市洪涝模拟技术设置不同尺寸的网格进行计算,通过对比不同网格模拟计算的结果,给出最适宜的计算网格尺寸,在此基础上,分析研究不同洪涝组合对内涝积水深度的影响.研究结果表明:分别以5、10和20m为模型计算网格的模拟计算结果相差不大,以50m为模型计算网格的模拟水深值明显偏小;与50a一遇降雨遭遇河道20a一遇洪水相比之下,50a一遇降雨遭遇河道50a一遇洪水时,内涝显著增加;同样地,当100a一遇降雨遭遇河道50a一遇洪水比100a一遇降雨遭遇河道20a一遇洪水的内涝水深显著增加,而当100a一遇降雨遭遇100a一遇洪水与100a一遇降雨遭遇50a一遇洪水时的内涝情况相比,研究区所选节点的内涝深度相差不是很大.     

基于Infoworks ICM模型的典型海绵措施径流减控效果评估

为了分析海绵措施在流域尺度的雨水径流减控效果,提出适用于海绵城市系统建设的最优组合模式。基于Infoworks ICM模型构建马草河综合流域洪涝模型,结合雨水控制与利用工程设计规范,定量评估调蓄池、下凹式绿地及透水铺装海绵组合模式的蓄滞效果。研究结果表明:(a)海绵组合措施对10年一遇以下低重现期降雨径流量、洪峰流量和峰现时间的削减延迟效果较好;当降雨重现期达到10年一遇及以上时,径流量和洪峰流量削减比例不同程度地降低,洪峰流量削减和峰现时间延迟效果明显降低。(b)实施海绵措施后流域年径流量平均削减39%,各管控地块全部满足控制标准,现行雨水设计规范标准有助于支撑海绵城市试点建设。     

基于MIKE URBAN的典型北方城区防洪排涝模拟

由于气候变化及城镇化进程加快，城市内涝问题愈加严峻. 为优化城市排水管理，有效减少内涝损失，以河北邯郸主城东区局部为研究区，计算了区域典型设计雨型，利用MIKE URBAN模型，模拟并判定了区域不同降雨情景下区域内涝分布情况，解析区域易涝点，进而模拟评估了不同管径排水管网负荷情况. 结果表明:随着重现期增加，区域检查井溢流的数量、区域最长积水时间以及最大积水深度都有所增加，区域管网超负荷面积增大；并且在10 、20 a重现期暴雨情景下，单纯扩增管径起到的径流缓解作用较少. 研究结果可为极端暴雨下区域洪涝预警部署以及城市排水系统改造提供技术支撑.      

城市民防工程内涝风险研究

为研究上海五角场区域地下民防工程对城市内涝积水的防御能力,本文建立了内涝模型,计算得出了该区域在不同降雨重现期下的积水范围和深度,并对区域内50个民防站点在不同降雨重现期下的内涝进水情况进行了分析.结果表明,城市地下空间的进水重现期除受自身的高程、高差影响外,还与周围地势和排水条件密切相关.不考虑安全余量的情况下,五角场区域民防站点进水重现期普遍较高.随着安全余量的增加,民防站点进水重现期普遍有所下降,不同站点对安全余量增加的敏感程度有一定差异.     

绿色屋顶与下凹绿地串联对居住区径流削减效果分析

居住区具有建筑密度大,绿地率高的特点,绿色屋顶和下凹绿地利用蓄水空间能有效调控居住区雨水径流。以漳州市某居住区为研究区域,构建雨水系统SWMM模型,通过改变绿色屋顶径流路径,模拟不同重现期绿色屋顶与下凹绿地各自排洪与串联使用对居住区的径流削减效果。结果表明,在降雨历时2h重现期为2a、5a、10a、20a的降雨条件下,绿色屋顶与下凹绿地各自排洪(绿色屋顶径流不接入下凹绿地)时,其径流总量削减率为37.3%~38.5%,峰值削减率为37.5%~43.2%。当串联使用(绿色屋顶径流接入下凹绿地)时,削峰减排效果更加明显,且对于低强度降雨,优势更为突出。     

北方高校校园雨水径流控制与景观设计

以高校校园雨水管控和景观融入为目标,利用暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)模拟北方校园夏季雨水径流过程,对比分析不同低影响开发(low impact development,LID)设施布设前后对高校径流、洪峰流量削减控制效果,并探讨校园雨水生态景观构建的策略.以东北农业大学为研究对象,设计包含下凹绿地、绿色屋顶及透水铺装所组成的4种LID情景方案,模拟不同降雨重现期下雨水径流过程.结果表明:3种LID设施均对径流、洪峰流量具有调控削减效果,且在低降雨重现期时取得控制效果最佳;单项设施中透水铺装径流量控制效果最优,下凹绿地洪峰流量削减效果最佳;LID组合布设优于单项设施的控制效果.依据结果分析,选择LID组合布设方案,对校园景观进行改造设计.研究结果既可为北方校园LID设施的布设选择应用提供依据,也可为海绵校园雨水生态景观构建提供参考.     

LID控制下城市成涝风险规律与防涝应急研究

为研究LID控制下城市内涝应急响应规律,以SWMM模型为工具,在汉口某小区模型的基础上建立年径流总量控制率85%的城市模型,依据芝加哥降雨模型和汉口暴雨公式,设置降雨历时为2和4小时,重现期为1、2、5、10年的降雨强度序列开展成涝风险性研究。结果表明：重现期的变化不影响内涝显现时刻及内涝风险程度二者的变化规律,即重现期相同时,短历时降雨内涝显现时刻提前于,内涝风险程度高于长历时,且随着重现期的增加,长、短历时降雨作用下内涝显现时刻均略微提前,而内涝程度均逐渐加深;存在临界重现期使得在此重现期范围内,短历时降雨作用下内涝时长较长历时更长,而超过该重现期,表现出与前述相反的规律。基于此,提出采用基于贝叶斯决策理论和二区间数方案优选理论应急决策方法,并以重现期为10年、历时2小时的降雨强度序列为决策情景进行防涝应急决策,决策选择方案a₆为应急救援方案,表明了该决策方法在LID控制下城市内涝应急决策上的适用性     

LID控制下城市成涝风险规律与防涝应急研究

为研究LID控制下城市内涝应急响应规律,以SWMM模型为工具,在汉口某小区模型的基础上建立年径流总量控制率85%的城市模型,依据芝加哥降雨模型和汉口暴雨公式,设置降雨历时为2和4小时,重现期为1、2、5、10年的降雨强度序列开展成涝风险性研究。结果表明:重现期的变化不影响内涝显现时刻及内涝风险程度二者的变化规律,即重现期相同时,短历时降雨内涝显现时刻提前于,内涝风险程度高于长历时,且随着重现期的增加,长、短历时降雨作用下内涝显现时刻均略微提前,而内涝程度均逐渐加深;存在临界重现期使得在此重现期范围内,短历时降雨作用下内涝时长较长历时更长,而超过该重现期,表现出与前述相反的规律。基于此,提出采用基于贝叶斯决策理论和二区间数方案优选理论应急决策方法,并以重现期为10年、历时2小时的降雨强度序列为决策情景进行防涝应急决策,决策选择方案a6为应急救援方案,表明了该决策方法在LID控制下城市内涝应急决策上的适用性。     

基于InfoWorks ICM的城市洪涝模拟及其风险分析

在气候变化与城市化的双重影响下,我国沿海城市面临日益严峻的洪涝形势．本文以沿海城市福州市中心城区白马河片区为例,基于InfoWorks ICM建立水文水动力耦合模型,并采用2021年2月10日实测降雨及检查井液位数据对模型参数进行了校验．利用了重现期分别为10、20、50和100 a 这4种工况作为降雨驱动模型,其结果表明:在10 a一遇设计降雨时,模型在10:12时达到最大水深0.402 m;在20 a一遇设计降雨时,模型在10:07时达到最大水深0.419 m;在50 a一遇设计降雨时,模型在10:02时达到最大水深0.438 m;在100 a一遇设计降雨时,模型在10:00时达到最大水深0.450 m．本文在水文水动力学模型分析的基础上,基于地形数据构建二维水动力模型作为补充,并采用洪水风险率危险性分析法分别对片区洪水危险性进行了量化计算和空间分析,可以为典型城市洪涝情景模拟及风险量化分析提供一定的技术支撑．      

城市下凹式绿地长期运行蓄渗效率的概率分析

提出了评估城市下凹式绿地蓄渗降雨径流长期运行效率的概率分析方法,并基于上海市近20年的小时降雨特性参数统计数据对上海市下凹式绿地的设计进行实例研究.结果表明,该方法能够满足城市下凹式绿地工程设计的要求;上海地区绿地下凹深度在80～160 mm之间可达到最佳应用效果,蓄渗效率可达90%以上.     

基于SWMM的城区雨洪模型模拟研究——以山西省孝义市城北区为例

为研究城市区域的雨洪规律以及城区下垫面透水面积的增加对于雨洪过程的影响,指导城市区域的防洪排涝工作,以山西省孝义市城北区为例,SWMM为工具,经过子汇水区的划分、管网概化、参数选择等过程建立了研究区的雨洪模拟模型,并利用该模型模拟了重现期为1、3,5、10a以及研究区下垫面不透水率分别为70％、60％、50％时的雨洪过程.结果显示：随着重现期的增加,城区雨洪径流峰值明显增加,但增幅逐渐减小;当下垫面透水面积逐渐增加时,径流峰值逐渐减小,但随着重现期的增大,其增幅减小.表明增加城区下垫面透水面积比率对于改善城市雨洪过程具有一定的效果.     

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。     

不同管网平面布置形式下低影响开发的雨洪控制效果研究

以福州市晋安区解放溪流域某居民区为研究对象,选取3种不同的低影响开发措施(渗透铺装,植被浅沟雨水花园,绿色屋顶)设计了4种布设情景.根据芝加哥降雨过程线模型合成不同降雨重现期、不同降雨历时和不同雨峰位置的降雨情景,基于PCSWMM软件分析正交式和平行式排水管网平面布置形式下的低影响开发措施的雨洪控制情况.研究结果表明:在降雨重现期较小、降雨历时较长及雨峰位置靠前时,平行式的低影响开发措施对出水口峰值流量的削减效果要优于正交式.在不同降雨特性下,平行式的渗透铺装、绿色屋顶和低影响开发组合措施对出水口悬浮颗粒物峰值浓度的削减效果要优于正交式,而正交式的植被浅沟雨水花园措施对出水口悬浮颗粒物峰值浓度的削减效果要优于平行式.本研究可为海绵城市建设过程中排水管网的平面布置及低影响开发措施的选择提供依据和借鉴.     

降雨历时和重现期对洪涝风险的敏感性和转移——以济南市大寺河流域起步区段大桥分区为例

为研究降雨历时和重现期对洪涝风险的敏感性和转移影响，构建了3种降雨历时和7种重现期的芝加哥降雨雨型，并建立了相应的MIKE FLOOD耦合模型，模拟了21种降雨情景下的洪涝过程；基于模拟结果，分别从洪涝空间分布、水动力特性等方面开展分析。结果表明：（1）1风险级主要位于城镇道路，5风险级主要分布于耕地、绿地和林地等径流系数较低的用地处。（2）各风险级积水总量峰值和积水总峰值均随降雨历时和降雨重现期的增加而增加，且对低重现期和短降雨历时更为敏感。（3）各洪涝等级的积水峰值面积随洪涝等级的增大逐渐增大，均随降雨历时增加而增加，增幅整体上为增长趋势。2风险级的积水峰值面积对重现期的变化敏感性最强，5风险级的积水峰值面积对重现期的变化敏感性最低。1、2风险级的积水面积峰值对短降雨历时更敏感，3、4、5风险级的积水面积峰值对长降雨历时更敏感。（4）当降雨历时相同时，随着重现期的增加，只发生无风险等级向有风险等级和从高等级向低等级转移的过程。随着降雨重现期的增大，研究区主要发生无风险到5级、5级到4级两个转移过程，且对低重现期的变化更敏感。本研究可为雨洪管理研究提供科学参考。     

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)     

隧道通风管道布置参数对瓦斯运移特性的影响

为了研究通风风管在瓦斯隧道施工通风中对瓦斯扩散的影响,通过CFD数值仿真,建立瓦斯在隧道内的运移模型,详细探究了不同风管直径、风管口距工作面的距离、风管悬挂位置以及风管贴壁间隙四个风管布设参数对隧道风流场及瓦斯分布规律的影响。结果表明,风管直径对于工作面上瓦斯体积分数场具有显著的影响,风管直径减小会导致隧道空间瓦斯体积分数增加,且瓦斯体积分数增加的程度远大于风管直径减小的程度。风管布置在拱肩处更有利于瓦斯的排出和保障隧道安全施工。随着风管出风口距离工作面距离的不断减小,隧道内瓦斯体积分数越低,并且隧道内部空间瓦斯分布越均匀,越不易发生瓦斯的局部积聚现象。风管顶端离隧道拱顶的距离越远,隧道内瓦斯体积分数越高,断面瓦斯分布均匀性也越差。在单因素试验情况下,可以看出风管的最佳组合方式为风管直径为1.8m,风管位置为拱肩,风管出口距工作面的距离为5m,贴壁程度为0.5m。