城市暴雨管理模型在雨洪利用 SWMM application in zjw project

1、城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,高亮（2009210180） 导师：茅泽育老师,2020/7/6,2,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,2020/7/6,3,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第一章 绪论 1.1 研究背景 城市化导致产汇流条件改变，加大洪涝灾害的风险 长期以来强调控制水灾，快速排出雨水 探讨城市防洪减灾方法,图1.1 城市雨洪系统示意图,图1.2 城市洪水减灾方法,2020/7/6,4,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第一章 绪论 1.1 研究背景,2020/7/6,5,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第一章 绪论 1.2 研究现状 城市雨洪模型 按

2、功能：一维、二维；按应用：单一事件、长期连续 国外研究 如Park等人通过SWMM的EXTRAN模块对芝加哥地区地下室洪涝和街道漫水灾害模拟1 Anthony等人利用SWMM模拟了极端降雨条件下尾水效应对排水系统的影响2 Ostroff等人通过SWMM模型分析了纽约市屋顶绿化对雨水管理效果的影响3 国内研究 刘俊利用SWMM模型对天津的进行模拟，并对模型的参数进行了率定4 曹韵霞利用SWMM模拟了北京市生活小区的雨水管理5 李彦伟等人运用SWMM模型展开了雨水管网优化的研究6,2020/7/6,6,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第一章 绪论 1.3 研究意义 研究城市雨洪及其利用具有必

3、要性 探讨城市雨洪有效利用方式具有现实意义 为BMPs效果评价提供依据 1.4 研究目标 1）通过对城市化问题所展开的研究进行汇总，整理和分析，讨论城市雨洪利用问题； 2）根据城市雨洪模拟的理论和方法，研究城市雨洪模型对于解决城市雨洪利用问题的作用及应用价值； 3）利用城市雨洪模型对某生态小区进行水量水质模拟，并分析其雨洪利用效果； 4）针对模拟结果，探讨雨洪利用所起到的实际价值，提出见解和建议。,2020/7/6,7,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第一章 绪论 1.5 研究内容,2020/7/6,8,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第一章 绪论 1.6 研究技术路线,2020/

4、7/6,9,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第二章 城市暴雨管理模型研究 2.1 概述 城市雨洪模拟存在难点 可以指导城市雨洪利用 论文选用SWMM模型 2.2 SWMM模型介绍,图2.1 SWMM5操作界面,2020/7/6,10,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第二章 城市暴雨管理模型研究 2.2 SWMM模型简介模块,图2.2 SWMM模块及配置关系,图2.3 SWMM模型结构,2020/7/6,11,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第二章 城市暴雨管理模型研究 2.2 SWMM模型简介功能,2020/7/6,12,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第二章 城市暴雨

5、管理模型研究 2.3 SWMM模型适用性,2020/7/6,13,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第三章 雨洪径流的模拟计算 3.1概述,图3.1 概化城市雨洪模型,图3.2 利用SWMM模型计算步骤,2020/7/6,14,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第三章 雨洪径流的模拟计算 3.1概述,2020/7/6,15,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第三章 雨洪径流的模拟计算 3.2 研究区域 研究区域ZJW小区位于天津。面积为101900m2 以居住和商用的建筑物、道路为主，也有小区公园，道路绿化，景观河（FC河） ZJW小区的排水模式采用雨、污分流制，雨水最终排入景观河

6、FC河,图3.3 研究区域,图3.4 研究区域的降雨量与温度,2020/7/6,16,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第三章 雨洪径流的模拟计算 3.3 模型概化方法 将排水小区、管网系统进行概化，输入并存入数据库 排水小区、管网系统的基础数据取自设计单位CAD图,分析土地利用情况， 插入矢量化的CAD图 用较小的网格划分 尽量与实际情况吻合,仅考虑主干管 依据CAD背景图表达 小区汇水就近流入节点 流向由实际情况决定,确定性参数由资料提供 需识别的参考相关文献,2020/7/6,17,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,表3.1 SWMM模型输入数据,2020/7/6,18,城市暴雨

7、管理模型及在雨洪利用中的应用,图3.5 管网概化图,图3.6 汇水区分区示意图,第三章 雨洪径流的模拟计算 3.3 模型概化结果,2020/7/6,19,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第三章 雨洪径流的模拟计算 3.4 水文水力参数,表3.2 水文水力参数,2020/7/6,20,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第三章 雨洪径流的模拟计算 3.5 模拟结果及其分析不同降雨条件（p1情形/r=0）,图3.7 p1情况下的降雨强度曲线,图3.8 p1=1情况下的出口流量曲线,图3.9 p1情况下的出口流量曲线,2020/7/6,21,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第三章 雨洪

8、径流的模拟计算 3.5 模拟结果及其分析不同降雨条件（p1情形/r=0.375）,图3.10 p2情形下的降雨强度,图3.11 p2情况下的出口流量对比曲线,0t 45min,45mint 120min,2020/7/6,22,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第三章 雨洪径流的模拟计算 3.5模拟结果及其分析不同降雨条件溢流情况,表3.3 溢流节点,2020/7/6,23,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第三章 雨洪径流的模拟计算 3.5 模拟结果及其分析不同下垫面条件 屋顶增加绿化设施 利用径流系数对比调整来参数,图3.12 屋顶有绿化设施情形下的出口流量曲线,图3.13 有绿化

9、设施的屋顶与普通屋顶的流量对比图,表3.4 屋顶增加绿化设施的模型参数调整,2020/7/6,24,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第四章 非点源污染物的模拟计算 4.1概述,2020/7/6,25,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第四章 非点源污染物的模拟计算 4.2水质参数,图4.3 相关文献中的冲刷参数,表4.1 实测出口节点浓度范围,表4.3 论文累积冲刷参数,2020/7/6,26,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第四章 非点源污染物的模拟计算 4.3模拟结果及其分析 以p1=1为例，四种污染物J37&J43模型出图,图4.1 p1=1情况下的出口TSS浓度变化曲线

10、,图4.2 p1=1情况下的出口COD浓度变化曲线,图4.3 p1=1情况下的出口TN浓度变化曲线,图4.4 p1=1情况下的出口TP浓度变化曲线,2020/7/6,27,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第四章 非点源污染物的模拟计算 4.3模拟结果及其分析p1情形,图4.5 p1情形下的出口TSS浓度变化曲线,图4.6 p1情况下的出口COD浓度变化曲线,图4.7 p1情况下的出口TN浓度变化曲线,图4.8 p1情况下的出口TP浓度变化曲线,2020/7/6,28,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第四章 非点源污染物的模拟计算 4.3模拟结果及其分析p2情形,图4.9 p2情况下

11、的出口TSS浓度变化曲线,图4.10 p2情况下的出口COD浓度变化曲线,图4.11 p2情况下的出口TN浓度变化曲线,图4.12 p2情况下的出口TP浓度变化曲线,2020/7/6,29,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第四章 非点源污染物的模拟计算 4.3模拟结果及其分析 增设调蓄池，考虑净化池和绿地的BMPs的净化效率,表4.4 三种BMPs措施的去除率,2020/7/6,30,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第四章 非点源污染物的模拟计算 4.3模拟结果及其分析 增设调蓄池，考虑净化池和绿地的BMPs的净化效率,图4.13 p1=1情况下的出口TSS浓度变化曲线,图4.14

12、 p1=1情况下的出口COD浓度变化曲线,图4.15 p1=1情况下的出口TN浓度变化曲线,图4.16 p1=1情况下的出口TP浓度变化曲线,2020/7/6,31,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,图4.17 三种情况下的出口TSS浓度变化曲线,图4.18 三种情况下的出口COD浓度变化曲线,图4.19 三种情况下的出口TN浓度变化曲线,图4.20 三种情况下的出口TP浓度变化曲线,第四章 非点源污染物的模拟计算 4.3模拟结果及其分析增设调蓄池,2020/7/6,32,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第五章 雨洪资源化利用 5.1概述 城市雨洪：降雨形成的地表径流超过城市下垫面消

13、化能力，属于致灾因子 城市雨洪资源化利用：通过工程措施收集、储存并利用雨洪,图5.1 雨洪资源化利用的主要方式,2020/7/6,33,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第五章雨洪资源化利用 5.1概述,图5.2 雨洪资源化利用的三种主要方式,2020/7/6,34,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第五章雨洪资源化利用 5.2渗透沟的利用分析,图5.3 渗透沟示意图,t=66min,2020/7/6,35,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第五章雨洪资源化利用 5.2渗透沟的利用分析,图5.4 p1=1情形下设置渗透沟后出口节点流量,图5.5 p1=1情形下设置渗透沟出口流量对比

14、,额外入流,2020/7/6,36,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,第五章雨洪资源化利用 5.3调蓄池的利用分析,图5.6 调蓄池流量控制示意图,图5.7 p1=1情况下增设调蓄池的出口流量曲线,图5.8 p1=1情况下设置调蓄池的出口流量曲线对比,2020/7/6,37,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,TEXT,针对不同降雨条件： 降雨强度大，出流峰值大，发生溢流的管网节点多；而雨峰偏后的雨型，发生管网溢流的节点较少。 针对不同下垫面： 屋顶增加绿化设施后能够起到削峰和减小出口流量的作用，随着时间的增加，作用变小。,针对不同降雨条件： 冲刷程度与剩余污染物的量、降雨强度、降雨历时

15、相关。降雨强度大，径流量大，冲刷程度强烈。 针对不同BMPs： 增设调蓄池后，出口污染物浓度曲线发生变化，调蓄池对净化污染物具有一定的效果。,针对渗透沟： 雨水渗透沟的蓄积潜力很大；增设雨水渗透沟后，出口流量显著减少。 针对调蓄池： 调蓄池具有明显的滞留效应，增设调蓄池后，出口流量过程线峰值减小，且降雨初始的增长坡度变缓。调蓄池可以起到调节洪峰流量的作用。,雨洪径流 模拟,非点源污 染模拟,雨洪资源 化利用,第六章 总结与展望,2020/7/6,38,城市暴雨管理模型及在雨洪利用中的应用,TEXT,雨洪径流 模拟,非点源污 染模拟,第六章 总结与展望,2020/7/6,39,城市暴雨管理模型及

16、在雨洪利用中的应用,参考文献： 1 PARK H and T. JOE JOHNSON：HYDRODYNAMIC MODELING IN SOLVING COMBINED SEWER PROBLEMS: A CASE STUDY J. Wat.Res.Vol.32，No.6，pp.1948-1956，1998 2 Anthony W. Holder, Eric J. Stewart and Philip B. Bedient. Modeling an Urban Drainage System with Large Tail water Effects Under Extreme Rainfa

17、ll Conditions. J.Urban Drainage. 2002 3 Ostroff Gary M.：A micro & macro-model approach to evaluating green roofs as a CSO control in New York City J.ASCE.2005 4刘俊：城市雨洪模型研究J.河海大学学报vol.25No.6Nov.1997 5曹韵霞：用美国暴雨水管理模型计算北京城区防洪排水J.水文，1993(6).19-24 6李彦伟、尤学一、季民等：基于SWMM模型的雨水管网优化 J.中国给水排水 Vol. 26 No. 23 Dec. 2010 7张配亮：天津市区暴雨径流模拟模型的研究 D 天津大学2007年硕士学位论文 8李彦伟，尤学一，季民等：天津市初期雨水污染控制方案初探J.上海（第二届）水业热点