• 基于TVGM-SWMM模型的城市雨洪模拟

    龚斯淇;夏军;佘敦先;孙蓝心;张印;

    通过耦合城市时变增益非线性模型(time variant gain model-urban, TVGM-urban)和暴雨洪水管理模型(storm water management model, SWMM),模拟并分析了不同类型的城市下垫面产流非线性变化过程。以深圳市光明新区海绵城市建设示范区为研究对象,基于耦合的TVGM-SWMM模型,模拟了该地区的降雨-径流响应过程,并进一步分析了不同低影响开发(low impact development, LID)模式布设面积对径流调蓄的影响。结果表明:1)在大多数情况下,TVGM-SWMM模型的模拟效果优于SWMM模型,其原因在于前者考虑了城市地区降雨径流的非线性响应关系,并且强调了降雨强度对产流的影响;同时,TVGM-SWMM模型需要的产流参数较少,减少了对城市地区基础数据资料的需求;2)在不同设计暴雨重现期下,TVGM-SWMM模型模拟的径流过程更加符合降雨变化情况,对应的洪峰流量与最大雨强相关性更高;3)研究区LID设施的径流调蓄能力与其布设面积成正相关,其效果随暴雨重现期的增长相对减弱;相同布设面积情景下,下沉式绿地的调蓄效果优于绿色屋顶。

    2023年08期 v.56;No.317 901-911页 [查看摘要][在线阅读][下载 2120K]
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  • 基于水文水动力耦合模型的深圳市典型区域城市内涝模拟

    邓成;夏军;佘敦先;周延;

    以深圳市某典型区域为研究对象,基于暴雨洪水管理模型(storm water management model, SWMM)和二维水动力模型LISFLOOD-FP构建了研究区水文水动力耦合模型,模拟了典型暴雨下研究区的内涝时空演进过程,结合设计暴雨和设计低影响开发(low impact development, LID)情景,探讨了不同重现期设计暴雨情景下研究区内涝积水分布,分析了不同LID布设措施对内涝积水深度的削减效果。结果表明:典型暴雨情况下研究区最大模拟积水深度为0.57 m,与实测内涝验证数据基本相符,模型能较好地适应研究区的内涝模拟。随着设计降雨重现期的增大,研究区的最大内涝积水深度和积水范围也逐渐增大,不同LID设施对内涝积水的削减效果都逐渐减弱,在100 a重现期时仅有约10%的削减率,且组合式LID和绿色屋顶的内涝积水深度削减率大于透水道路和下沉式绿地。

    2023年08期 v.56;No.317 912-921页 [查看摘要][在线阅读][下载 1846K]
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  • 耦合CA与SWMM的城市内涝模拟模型开发与应用

    廖歆语;李可;史晓雨;贾海峰;刘建宏;近藤玄;刘方华;王方;

    综合考虑地表产流漫流与地下雨水管网的交互作用,耦合元胞自动机(cellular automata, CA)与暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM),构建了城市内涝模拟模型(CA-based urban flooding model, CAUFM),并采用英国环境部提供的二维水力模型系列基准测试数据与实测降雨径流数据对CA-UFM模型的准确性及其模拟速度进行了测试分析。应用CA-UFM模型对北京市国家海绵试点区中的建成区进行了不同重现期下的内涝风险评估,结果表明,经过图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速后的CA-UFM模型能够在快速模拟的同时确保得到较为准确的结果,为后续海绵城市建设源头设施的布局方案研究提供技术支撑。

    2023年08期 v.56;No.317 922-933页 [查看摘要][在线阅读][下载 1767K]
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  • 城市水系统模拟理论与实践

    张翔;刘玥;龚莉;刘浩源;郭舟;张家铨;陈韬;曹利勇;

    明确了城市“自然-社会”二元水循环过程和基本要素,基于城市水系统5.0理论完善了以水循环过程为核心的城市水系统理论框架,构建了包含自然-社会水循环、社会水文、水生态模块的多尺度综合城市水系统模型(water system modeling and assessment tool-urban, WASMAT-URBAN),并应用于城市、小流域、汇水区尺度,模拟结果验证了模型的可用性和模拟精度。该理论框架和模型可为海绵城市建设的规划设计、建设改造、模拟评估提供理论基础和模拟方法。

    2023年08期 v.56;No.317 934-941页 [查看摘要][在线阅读][下载 1734K]
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  • 城市暴雨下的排水系统脆弱性分析:以积水指数为指标

    傅春;黄金燕;李帆;刘业忠;陈毓迪;

    采用MIKE FLOOD模型研究分析了深圳市龙岗区中心城区在遭遇暴雨干扰时的脆弱性。通过一场降雨过程中的7处严重内涝点的实测积水深度对模型进行率定和验证,得出模型在研究区域具有良好的适应性和较高的可信度。通过模拟1、3、5、10、20 a重现期2 h设计降雨和10 a一遇2 h设计降雨后的36 h恢复期,得到各个时刻的内涝积水量,通过计算每一个时刻的积水指数来评价排水系统的脆弱性。得出如下结论:1)在2 h的设计降雨中,重现期越大,积水指数越高,排水系统越脆弱;2)在36 h的恢复期内,降雨后的前12 h恢复时间是排水系统降低脆弱性的最佳时期,随着恢复时间的延长,积水指数的下降幅度逐渐减小,系统的脆弱性无法完全消除。

    2023年08期 v.56;No.317 942-951页 [查看摘要][在线阅读][下载 1798K]
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  • 基于城市水系统模拟的绿色发展评估与调控

    张永勇;侯进进;朱静敏;吴健;夏军;

    结合城市水系统5.0模型和绿色发展理念提出了资源利用、环境质量、生态保护、经济增长、绿色生活5个维度绿色发展评价体系,并基于主观赋权法、熵权法、综合指数法、综合倍比法和综合权重法等赋权方式与TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)模型相结合,构建了城市绿色发展多模型集合评价方法。以重庆市为例,模拟评估了该市2001—2016年绿色发展水平现状,探索了提升城市绿色发展水平的调控方案。研究表明:重庆市绿色发展逐渐从资源利用和环境质量改善转变为生态保护和经济增长质量改善,绿色发展水平在0.41~0.62之间,呈现波动性上升趋势。在环境质量改善、产业结构调整和人口增长控制等结合的调控方案下,重庆市绿色发展水平明显提升,其中环境质量改善效果最好。

    2023年08期 v.56;No.317 952-960页 [查看摘要][在线阅读][下载 1377K]
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  • 基于SWMM模型与层次分析法的海绵城市LID设施布局评估研究

    杨逸帆;潘国艳;刘洁;张翔;曹利勇;

    系统地总结了低影响开发模式(low impact development, LID)措施布局优化中使用的模型工具和评价方法,以西宁市海绵城市研究区为例,通过数据收集建立暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM),对其参数进行率定检验。应用SWMM对LID布局方案进行模拟,以年径流控制率、建设成本和LID措施总面积为目标,运用层次分析法评估了LID布局方案。结果表明:3种LID布局方案的年径流控制率分别为88.2%、88.8%、90.1%,建设成本分别为93、71、90万元,LID措施总面积分别为125.6、120.0、132.4 hm~2。研究为西宁市和其他大陆高原半干旱气候城市的海绵城市LID设施的布局提供了有益的参考与案例借鉴。

    2023年08期 v.56;No.317 961-968页 [查看摘要][在线阅读][下载 1421K]
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  • 不同降雨情况对武汉市主城区典型区域积水过程影响分析

    肖桐;佘敦先;夏军;吴盈盈;周延;卢亮;

    以武汉市港西片区为研究对象,构建了暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)和Newflood模型的城市地表水文水动力耦合模型,模拟不同重现期设计暴雨情景下研究区内涝积水变化情况,分析了城市内涝对不同强度降雨条件的响应特征。结果表明:构建的耦合模型可较好地模拟研究区内涝积水变化情况,SWMM模型的纳什效率系数在率定和验证环节中均高于0.8,Newflood模型模拟的积水点位置及对应的最大积水深与实际情况较为吻合,模型模拟效果较好;随着设计降雨重现期的增大,研究区的淹没面积、淹没水量及平均水深也随之不断增加,研究区总淹没面积由1.55 km~2增加至2.65 km~2;在5 a一遇~100 a一遇的所有设计降雨情景下,研究区域的积水情况主要以轻微积水为主,积水深度大于0.15 m的区域占淹没面积的比例随着重现期的增大而增加,重现期为100 a一遇时该比例达到最大。研究成果可为城市内涝防治和管理提供技术支撑和参考。

    2023年08期 v.56;No.317 969-977页 [查看摘要][在线阅读][下载 2140K]
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  • 改进的径流系数法在城市小流域设计洪水中的应用研究

    桂海娇;张翔;王瑶;刘洁;曹利勇;

    为了探究城市化带来的下垫面不透水面变化导致的径流系数取值差异问题,根据城市不透水面水文效应实验,建立了径流系数(runoff coefficient, RC)-总不透水面积比(total impervious area, TIA)关系,提出了改进的径流系数确定方法,并与常用的面积加权法和SCS(soil conservation service)模型的径流曲线数模型进行比较。以深圳新和润小区为研究对象建立了产汇流模型,对不同方法在降雨径流模拟及设计洪水中的应用效果进行了比较研究。结果表明,构建的产汇流模型可以比较好地应用到汇水区较大雨量降雨事件的径流模拟中;改进的径流系数对于城市设计洪水的计算来说是适用的,并且较SCS模型更符合城市流域暴雨洪水的特点。

    2023年08期 v.56;No.317 978-986页 [查看摘要][在线阅读][下载 1453K]
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  • 1961—2016年北京地区旱涝中心的演变特征

    霍鹏颖;李占玲;王佳雯;黄俊雄;韩丽;

    受气候变化影响,北京地区旱涝事件的时空变异性增强。为全面评估北京地区旱涝严重区域的演变特征,通过融合历时、强度、烈度、峰值、频率等多个旱涝特征,采用熵权法构建了归一化旱涝综合特征指标,并通过Kmeans算法识别了旱涝中心。结果表明:归一化旱涝综合特征指标能全面地反映出该地区的旱涝状况;1961—2016年北京地区南部偏旱,昌平、海淀、房山区旱情较为突出,北部偏涝,密云区雨涝较为严重;20世纪60—90年代旱涝交替,整体偏涝,21世纪00—10年代整体偏旱;对于高等级及以上旱涝中心,干旱中心多分布于平原区,雨涝中心多分布于西南部和东北部山区;整体上,干旱中心的重心有向北迁移的趋势,雨涝中心的重心有向东迁移的趋势。

    2023年08期 v.56;No.317 987-997页 [查看摘要][在线阅读][下载 1830K]
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  • 海绵城市源头设施生命周期评价研究进展

    徐常青;张潇月;陈正侠;贾海峰;

    建设海绵城市源头设施作为城市降雨径流控制的有效举措,受到世界各国的广泛关注。基于生命周期视角量化分析海绵城市源头设施建设和运行过程中的环境、经济影响与效益,可为海绵城市建设提供科学、全面的依据。采用内容分析法,综述分析了当前世界各国关于源头设施生命周期环境与经济效益的研究。研究结果表明,源头设施建设阶段会产生较高的环境影响及经济成本,但运行阶段会产生较大的环境与经济效益。当前研究存在的不足之处主要包括环境影响类别和设施种类单一、研究范围比较小及对环境与经济综合影响研究较少。最后,提出了海绵城市源头设施今后的研究方向,研究结果可为未来海绵城市量化研究提供一定的参考。

    2023年08期 v.56;No.317 998-1005页 [查看摘要][在线阅读][下载 957K]
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  • 武汉市黑臭水体辨识及其治理效果评价

    罗安琪;陈辉煌;张永勇;肖鹏;杨军;

    于2019、2020和2022年夏季在武汉市建成区19个河流湖泊监测了21个采样区,分析近年来武汉市黑臭水体的空间分布及变化趋势。结果显示,2019—2022年武汉市溶解氧平均值达到地表水环境质量标准Ⅴ类。2019—2022年,武汉市水体的富营养化程度有所改善,水浑浊度(浊度)总体上降低,但是部分地点(黄孝河、青菱河、塔子湖和巡司河)的叶绿素水平在2022年较高。对21个采样区域水体评价黑臭等级,结果表明,2019年,武汉市无黑臭的水体有14个,占66.7%;轻度黑臭的有5个,占23.8%;重度黑臭的有2个,占9.5%。2020年无黑臭的水体有14个,占66.7%;轻度黑臭的有6个,占28.6%;重度黑臭的有1个,占4.7%。2022年无黑臭的水体有19个,占90.5%;轻度黑臭的有2个,占9.5%。2022年,武汉市建成区消除了重度黑臭水体,溶解氧明显好转,下一步水体治理与保护的重心应该是预防黑臭水体发生。

    2023年08期 v.56;No.317 1006-1012页 [查看摘要][在线阅读][下载 1250K]
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  • 实时控制技术对合流制排水系统溢流污染削减效果模拟研究

    于磊;李荣;严玉林;黄瑞晶;鞠琴;黄俊雄;

    实时控制技术是当前国内溢流污染控制的研究热点。以北京城市副中心为研究区域,采用Mike Urban模型构建排水数值模型评估管道排水能力,提出了4种特征水位,设计了排水系统实时控制方案,并利用模型对溢流削减效果进行了模拟分析。结果表明:排水系统实时控制方案使合流制溢流(combined sewage overflow,CSO)总量削减了50%~100%,效果明显,排水系统实时控制方案可作为合流制溢流控制工程措施的优选方案,可为城市副中心合流制溢流污染治理工作提供借鉴;在区域管道排水能力确定的前提下,实时控制措施对CSO削减效果主要受场次降雨的降雨量及平均雨强影响,降雨量越小平均雨强越小,控制效果越好;各排水分区CSO削减效果与排水能力大于3年一遇的管线调蓄能力占比存在极强正相关关系,因此在具体工程设计中可基于本研究拟合的两者关系曲线初步判别是否适合利用实时控制技术。

    2023年08期 v.56;No.317 1013-1024页 [查看摘要][在线阅读][下载 1733K]
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  • 城市道路雨水初期径流效应及适宜弃流量研究

    汤桂荣;张书函;于磊;朱永华;

    道路雨水径流是城市面源污染的主要来源之一,随着海绵城市的建设,初期径流弃流等源头减排技术成为控制城市面源污染的重要措施。为了提出适宜的城市道路雨水初期弃流量,削减城市面源污染,对北京温榆河公园来广营北路部分路段的雨水进行了监测采样,得到了2022年6—8月共计13场降雨的雨量、流量和水质等过程数据。采用基于污染物累积负荷M(累积径流量V)曲线初期冲刷效应的评价方法分析了来广营北路的初期径流效应,并探讨了适宜北京城市道路的初期径流弃流量及弃流效果。结果表明:城市道路各降雨类型初期径流效应存在较大差异,该道路初期径流弃流量宜采用6 mm径流深,该弃流量能控制大部分中小降雨的径流污染,其余场次降雨弃流后径流中总磷、总氮、氨氮、悬浮物和化学需氧量的平均负荷削减比例分别为31.85%、32.78%、32.30%、34.31%和30.95%。

    2023年08期 v.56;No.317 1025-1032页 [查看摘要][在线阅读][下载 1177K]
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