山地城市排水系統(tǒng)模型的研究與應(yīng)用.pdf

1、城市化進(jìn)程使城區(qū)流域下墊面屬性發(fā)生了巨大改變。地表不透水面積的增大改變了流域的正常水循環(huán)規(guī)律，使得流域暴雨產(chǎn)匯流時(shí)間縮短，徑流峰值增大且出現(xiàn)時(shí)間集中。另一方面，基于大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和模型模擬，證實(shí)近十年來(lái)由于氣候變化和城市熱島效應(yīng)，城區(qū)降雨量、降雨概率事件和極端事件的發(fā)生頻率均有增加，且未來(lái)在世界范圍內(nèi)有遞增趨勢(shì).因此針對(duì)城市降雨徑流特點(diǎn)，正確預(yù)測(cè)城市的產(chǎn)匯流過(guò)程，及時(shí)預(yù)知潛在的內(nèi)澇節(jié)點(diǎn)，對(duì)于優(yōu)化城市排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及城市的防洪減災(zāi)均有重

2、要意義。
　　 本研究來(lái)源于國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題--“重慶主城排水系統(tǒng)安全與城市面源污染控制技術(shù)研究與綜合示范(2008ZX07315-001)”。在GIS系統(tǒng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)外成熟軟件SWMM，開(kāi)發(fā)了山地城市排水系統(tǒng)模型。模型在重慶市沙坪壩區(qū)虎溪大學(xué)城校區(qū)流域和江北區(qū)盤(pán)溪河流域做了應(yīng)用研究，并得到以下結(jié)論：
　　 ①對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)率定和敏感性分析，檢驗(yàn)結(jié)果顯示在山地城市排水系統(tǒng)模型中匯水區(qū)地表徑流

3、量、節(jié)點(diǎn)水頭、節(jié)點(diǎn)流量和管道流量受參數(shù)波動(dòng)影響較大。最敏感參數(shù)為徑流寬度、坡度和不透水面積率?；贜ash-Sutcliffe效率系數(shù)Ens值反推參數(shù)值域得到參數(shù)最佳值域：透水地面滯水深度：5.1～6.9mm；不透水地面滯水深度：0.90～1.00mm；透水地面曼寧系數(shù)：0.38～0.42；不透水地面曼寧系數(shù)：0.018～0.023。對(duì)比平坦地區(qū)城市模型參數(shù)值，山地城市的平均坡度較大，滯水能力差，滯水深度值小于同樣土地覆蓋情況下的平原城

4、市模型參數(shù)值，滯水能力隨著坡度的增加而下降。相比于透水地面，不透水地面的滯水能力隨著坡度的增加而劇減。透水地面本身的滯納緩沖能力能削弱坡度對(duì)其控水能力的影響。
　　 ②模型在重慶市沙坪壩區(qū)虎溪大學(xué)城流域和江北區(qū)盤(pán)溪河流域應(yīng)用良好。采用四場(chǎng)獨(dú)立降雨事件對(duì)虎溪流域模型進(jìn)行校核，校核結(jié)果顯示模型的效率系數(shù)均大于0.7，模擬系列能較好的反應(yīng)實(shí)際的徑流過(guò)程，模型的精度極大的受到降雨強(qiáng)度的影響。模型最佳擬合參數(shù)如下：透水地面滯水深度為6mm

5、、透水地面曼寧系數(shù)為0.4、不透水地面滯水深度為1mm、不透水地面曼寧系數(shù)為0.02。在虎溪模型參數(shù)基礎(chǔ)上建立盤(pán)溪河流域模型，采用兩場(chǎng)典型暴雨徑流過(guò)程校核流域總出口流量過(guò)程。模擬結(jié)果顯示模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的效率系數(shù)Ens為0.56和0.76，模擬結(jié)果能很好的反映實(shí)際的徑流過(guò)程。
　　 ③以盤(pán)溪河流域?yàn)楣こ淌痉秴^(qū)，選取典型的暴雨重現(xiàn)期一年一遇、二十年一遇、五十年一遇和百年一遇暴雨，對(duì)于降雨歷時(shí)為60分鐘、90分鐘和120分鐘進(jìn)行排

6、水能力評(píng)估，得到不同重現(xiàn)期下的管道充滿度排放能力分析結(jié)果。在全局降雨徑流負(fù)荷峰值時(shí)刻：60分鐘降雨歷時(shí)下，二十年一遇暴雨有0.41％的管道充滿度超過(guò)200％；五十年一遇暴雨下有0.53％；百年一遇暴雨為0.55％。90分鐘暴雨歷時(shí)下，二十年一遇暴雨有0.45％的管道充滿度超過(guò)200％；五十年一遇暴雨下有0.61％；百年一遇暴雨為0.63％根，相比之下120分鐘暴雨歷時(shí)下，二十年一遇暴雨有0.61％的管道充滿度超過(guò)200％；五十年一遇暴雨

7、下為0.69％；百年一遇暴雨為0.73％。超負(fù)荷的排水管道位于流域中部商業(yè)中心和東南部。
　　 隨著重現(xiàn)期加大，充滿度的分布曲線逐漸右移。60分鐘重現(xiàn)期一年的降雨下99.38％的管道充滿度小于0.6，重現(xiàn)期一百年的降雨下97.91％的管道充滿度小于0.6，由于雨水排水管道為滿流管，因此可認(rèn)為此排水系統(tǒng)可靠。另一方面，泄洪峰值發(fā)生的時(shí)間會(huì)隨著重現(xiàn)期的增加而提前，其響應(yīng)時(shí)間隨降雨歷時(shí)的延長(zhǎng)而呈緩增。
　　 ④基于管道流量的的

8、排水系統(tǒng)排放能力分析結(jié)果顯示暴雨強(qiáng)度較高的情況下(重現(xiàn)期P=50年和100年)，60分鐘降雨條件比120分鐘降雨條件會(huì)引起更多的管道處于滿流狀態(tài)。在暴雨強(qiáng)度較小的情況下(重現(xiàn)期P=1年和20年)，降雨歷時(shí)的長(zhǎng)短比重現(xiàn)期對(duì)泄洪負(fù)荷的影響更大，降雨歷時(shí)越長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)段處于滿流的管道數(shù)量越多。短時(shí)暴雨下重現(xiàn)期越高的降雨對(duì)排水系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷越大，同一降雨過(guò)程線下，泄洪峰值發(fā)生的時(shí)間越早。長(zhǎng)時(shí)間降雨的情況下，降雨時(shí)長(zhǎng)會(huì)減弱暴雨強(qiáng)度由此也會(huì)減弱峰值流量