山地城市排水系統(tǒng)模型的研究與應(yīng)用.pdf

1、城市化進程使城區(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)匯流時間縮短，徑流峰值增大且出現(xiàn)時間集中。另一方面，基于大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和模型模擬，證實近十年來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，且未來在世界范圍內(nèi)有遞增趨勢.因此針對城市降雨徑流特點，正確預(yù)測城市的產(chǎn)匯流過程，及時預(yù)知潛在的內(nèi)澇節(jié)點，對于優(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。
　　 本研究來源于國家水體污染控制與治理科技重大專項課題--“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)平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合國外成熟軟件SWMM，開發(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)盤溪河流域做了應(yīng)用研究，并得到以下結(jié)論：
　　 ①對模型進行參數(shù)率定和敏感性分析，檢驗結(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)點水頭、節(jié)點流量和管道流量受參數(shù)波動影響較大。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)盤溪河流域應(yīng)用良好。采用四場獨立降雨事件對虎溪流域模型進行校核，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)實際的徑流過程，模型的精度極大的受到降雨強度的影響。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)上建立盤溪河流域模型，采用兩場典型暴雨徑流過程校核流域總出口流量過程。模擬結(jié)果顯示模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)的效率系數(shù)Ens為0.56和0.76，模擬結(jié)果能很好的反映實際的徑流過程。
　　 ③以盤溪河流域為工程示范區(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，對于降雨歷時為60分鐘、90分鐘和120分鐘進行排

6、水能力評估，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)荷峰值時刻：60分鐘降雨歷時下，二十年一遇暴雨有0.41％的管道充滿度超過200％；五十年一遇暴雨下有0.53％；百年一遇暴雨為0.55％。90分鐘暴雨歷時下，二十年一遇暴雨有0.45％的管道充滿度超過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分鐘暴雨歷時下，二十年一遇暴雨有0.61％的管道充滿度超過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)生的時間會隨著重現(xiàn)期的增加而提前，其響應(yīng)時間隨降雨歷時的延長而呈緩增。
　　 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分鐘降雨條件會引起更多的管道處于滿流狀態(tài)。在暴雨強度較小的情況下(重現(xiàn)期P=1年和20年)，降雨歷時的長短比重現(xiàn)期對泄洪負(fù)荷的影響更大，降雨歷時越長，長時段處于滿流的管道數(shù)量越多。短時暴雨下重現(xiàn)期越高的降雨對排水系統(tǒng)的沖擊負(fù)荷越大，同一降雨過程線下，泄洪峰值發(fā)生的時間越早。長時間降雨的情況下，降雨時長會減弱暴雨強度由此也會減弱峰值流量