不同分区方法在SWMM模拟中的比较

1、不同分区方法在SWMM模拟中的比拟论文导读：城市暴雨管理模型。子汇水区域的划分。并加重排水管网的排水任务。排水管网，不同分区方法在SWMM模拟中的比拟。关键词：暴雨管理模型，子汇水区，排水管网0 引言随着城市化进展不断加快，城市下垫面情形发生着显著的变化，其下垫面透水比例逐渐减小。下垫面透水比例不断减小，使得降雨产生的水流渗透量减少以及汇流时间缩短，这些导致洪峰流量提前和加大，并加重排水管网的排水任务，当超过管网排水负荷时，就容易使得地面产生积水，造成局部地区淹没【1】。针对这一问题，美国、欧盟等兴旺国家从20世纪60年代起，开始研制城市排水管网模型，以满足城市排水、防洪、环境治理、交通运输、

2、工程管理等各方面的要求，目前在这方面取得较大进展，许多模型己广泛应用于雨水管道系统的规划、设计和管理【2】。这些模型有(1)其中在控制单元体中的水体体积变化项；进出控制单元体的流量变化项。Q为流量；K为转换常数；S为阻力坡度；A为过水断面面积；R为水力半径；n为曼宁粗糙系数。2 子汇水区域的划分子汇水区域的合理确定，能够使得模型的模拟结果更加契合实际情况。在实际应用当中，子区域的划分是一个工作量巨大的过程，为了能够较好的划分子汇水区域，并且在尽量简化模型输入数据且保证其模拟精度的前提下，下面通过两种不同的方法，对研究区域进行划分。研究区域位于江苏省南京市雨花区的宁南片区，面积为950.28ha

3、，平均坡度为4.6671%，其中住宅区面积占28%，道路面积占9.98%，其它土地和绿地面积占62.02%。研究区域道路和管道分布如图1所示。图1 研究区域概况图Fig. 1The situation of study area2.1基于DEM的子汇水区域划分根据研究区域所处的位置，提取研究区域精度为30km的DEM数据，运用ArcGis水文分析Hydrological Analysis功能自动划分汇水区，调整阀值，生成对应的汇水区域。结合研究区域道路和房屋分布情况，进行局部调整，以DEM生成的汇水区域为根底，把研究区域划分成了59个子汇水区域，其分布如图2所示。利用ArcGis中的坡度分析工

4、具得出对应59个子汇水区域的坡度、并求出面积和宽度等模型所需的参数。2.2基于管道和道路的子汇水区域划分从图1可以看出，道路和管道把研究区域划分成假设干片区，并且管道在很多地方和道路重合，根据每一段管道的集水控制范围，把道路和管道连成一个封闭的区域，形成一个独立的片区。硕士论文，排水管网。在独立片区内，根据土地利用图和DEM数据，对片区进行水文特性分析，得出了80个子汇水区域以及对应子区域的坡度、面积、宽度等参数。其划分如图3所示。图2 59个子汇水区域图3 80个子汇水区域Fig. 2 59subcatchmentsFig. 3 80subcatchments3 模拟结果分析为了确保只有子汇

5、水区域划分带来的影响，在SWMM模型构建的过程中只改变子汇水区域涉及的参数，其它模型所需的参数在两种情形下都取相同值，因此在相同的下垫面和相同的排水管网条件下，把两种划分方法所得的参数导入模型中，然后对模型进行构建。在模型模拟当中，降雨资料是必须的输入资料，根据南京地区的暴雨强度公式，选取重现期为5a的降雨资料作为模型的降雨输入资料。降雨历时为一小时，对应的降雨量为84.14mm。模拟结果时间序列为每5min读取一次，总的时间为6小时。3.1检查井状况分析研究区域雨水汇流后，都是通过排水管网排出，因此对管网中的状况进行分析，可以得出两种分区条件下的差异。管网是通过检查井相连，检查井中的积水状况

6、可以对管道中的积水状况进行反映。从模型模拟结果当中，可以得出检查井中的平均水深。图4是检查井中平均水深分布图，结合图4可以看出，在59子汇水区域和80子汇水区域两种划分情形下，检图4检查井中平均水深Fig. 4 Average water depth of node查井中平均水深存在一定的差异，通过对两种分区情形下检查井平均水深变化值做统计，发现有16.85%的检查井中平均水深变化在0.2m以上，其中平均水深变化较大的检查井为J81，其在59子汇水区域情形下，平均水深为0.12m，而在80子汇水区域条件下，平均水深为0.41m，可以看出二者相差0.29m。观察两种情形下子汇水区域分布图，可以看

7、出存在这些差异的主要原因由于分区的改变，使得一些检查井中的入流情形发生改变，这样导致入流发生一定的变化，最终使得模拟结果存在着一定的差异。硕士论文，排水管网。3.2排水管网状况分析在两种分区情形下，排水管网中的水流状况可以作为检验结果的一个比照，其水流状况涉及到最大流速、平均流速、最大水深、管道中水流在满流状态下持续的时间等因素。为了比拟两种不同的分区方法，结合能够反映管网中水流状态的因素，这里主要选取管道中水流在满流状态下持续的时间，因为满流持续时间直接关系到地面是否积水，对实际有着重要的指导作用。管道中水流在满流状态下持续的时间称为管道满流时间，通过比照两种分区情形下管道满流时间，可以得出

8、两种情形下管道满流时间分布区间，如表1所示。硕士论文，排水管网。根据表1，可以看出两种分区情形下，管道满流时间存在着一定的差异。这反映了在两种情形下，水流从表1 管道满流时间Tab. 1 The time of surcharge conduits 满流时间/hour t=0 0管网中排出过程存在着一些变化，有局部管道满流时间增加，有局部管道满流时间减少。通过分析，发现产生这些变化是由于两种不同的分区方法使得输入模型的子汇水区域存在一定的变化，导致水流的汇流路径发生变化，最终影响管道中的水流状况，从而产生这些差异。 4 结论本文探讨了不同分区对模拟结果的影响，通过分析，发现在两种分区情形下，模

9、拟结果存在着一定的异同。相同点主要表现在总的模拟结果上，如总径流量，地面洼蓄量，在59子汇水区域情形下，研究区域总径流深为53.26mm，地面洼蓄量为1.14mm，而对应80子汇水区域情形下，研究区域总径流深为54.407mm，地面洼蓄量为1.01mm，当不需要分析管道和检查井的状况时，二者之间的模拟结果比拟接近。硕士论文，排水管网。针对模拟结果，分析排水管网和检查井负荷时，发现两种划分方法存在着差异，其水流过程存在着明显的变化，这样对于分析管网和检查井实时负荷有一定的影响。为了使得模拟能够更加接近真实状况，只有把子汇水区域划分更加接近真实的汇水区域，使得模型模拟结果能够准确的反映真实的汇流过程。参考文献【1】任伯帜，城市设计暴雨及雨水径流计算模型研究.重庆：重庆大学，2004.【2】刘兴坡，排水管网计算机模拟方法及其应用研究.上海：同济大学，2006.【3】