城市暴雨管理模型在雨洪利用SWMMapplicationinzjwproject.ppt

SWMM模型在城市排水防涝规划中的应用采用SWMM模型对研究区内雨水管网进行系统概化研究，分别在现状和规划下垫面条件下，模拟了不同暴雨重现期下城市排水系统的运行状况，对模拟结果中低于设计标准的雨水管道进行重新规划设计，反复模拟校核，确保所有雨水管网满足设计重现期要求。

结合城市地形，利用不同暴雨重现期长历时雨型对城市内涝风险进行模拟分析，提出超标暴雨的应对措施，为合理制定排水防涝方案提供科学依据，同时可供其他城市排水防涝系统规划参考。

标签：SWMM模型；城市排水防涝规划；内涝评估【文献标志码】A1、引言随着我国城市化进程的加快，城市下垫面硬质化越来越严重，加上极端气候的出现，城市内涝灾害事件频频发生，发生的范围越来越广，造成的危害也越来越严重。

城市内涝很大部分原因在于在城市快速发展过程中，对城市排水防涝工作不够重视，排水管道建设标准过低，防治城市内涝的措施简单化，城市排水防涝规划不够科学合理。

在排水管网规划设计中，一般仍采用传统的雨水设计流量计算公式，该计算方法在计算管道非压力均匀流存在一定的缺点，一方面难以根据降雨过程线计算管道流量过程，另一方面当管道处于超载状态（即压力流）或受水体水位顶托时，不能应用于管道流量计算。

目前，很多发达国家已采用數学模型模拟降雨过程，把排水管渠作为一个系统考虑，并用数学模型对雨水管网进行系统规划管理。

因此，利用模型对城市暴雨径流进行模拟研究，为城市排水防涝规划提供科学依据，是未来城市排水防涝规划的主要研究方向之一。

本文基于暴雨洪水管理模型（SWMM），对研究区内排水管网排水能力进行模拟评估，在不同暴雨重现期下对城市排水防涝系统进行能力评估，模拟分析研究区内两条主要排水河道连通的必要性，旨在为研究区制定排水防涝规划方案提供技术参考。

2、SWMM模型简介暴雨洪水管理模型（SWMM）是由美国环境保护局（EPA）开发，免费向公众发布的一个动态降雨一径流水文水力模型，主要用于城市区域降雨径流水量和水质的单一事件或连续事件模拟。

利用SWMM模拟LID在宣城海绵城市示范区的雨洪控制效果摘要主要利用SWMM，以其它常用于分析水利情况的软件为辅，选取宣城市海绵城市示范区为研究对象，进行不同降雨强度条件下的暴雨模拟数据处理，模拟低影响开发措施（LID）对城市雨水的控制效果。

其中，低影响开发措施以下凹式绿地和生物滞留网格为例。

结果表明，低影响开发（LID）技术可有效降低城市内涝风险。

关键词模拟雨洪控制暴雨管理模型低影响开发目前，我国城市给排水建设主要面临水资源短缺、内涝频繁发生等问题。

因此，有必要加强海绵城市的给排水建设，以改善城市居住环境，满足城市居民不断增长的供水需求，促进城市化健康发展。

建设海绵城市的措施中，重中之重的是低影响开发技术的应用。

美国环境保护署(EPA)发现，在绝大多数情况下，通过合理使用LID设施，不仅能够有效降低项目总成本，同时也有助于改善与保护水质。

所以，本研究中运用SWMM5.1、AutoCAD、ArcGIS10.1、GoogleEarth以及Excel等软件进行建模及数据处理。

1 研究内容综述1.1SWMM模型介绍SWMM是EPA开发的一个比较完善的城市暴雨水量、水质预测和管理模型，可根据降水输入和系统特性模拟完整的城市降雨径流过程，具有较好的灵活性，通用性较好，准确性较高，与其他模型相比，SWMM的模拟结果与实测值更加相近，且模拟的径流量达到峰值所需要的时间更短。

故SWMM被专业领域公认为现阶段城市地表径流研究的最佳模型。

1.2研究区域概况随着全国范围内海绵城市建设浪潮的兴起，安徽省以海绵城市建设试点城市为契机，制定多项地方建设标准。

宣城市具有良好的自然生态条件，在以往的城建工作中，就融入了低影响开发的建设理念，在多个重点建设项目中率先提出要建设透水砖、植草沟、下沉式绿地等低影响开发措施。

目前为了规范城市低影响开发雨水工程的规划、设计和实施管理，推动宣城市生态文明建设，落实海绵城市创建要求，在宣城市中心城区建立了海绵城市示范区，示范区总面积为20.54平方公里，包含两个完整的雨水分区以及以宛陵湖为主的特色生态区，可以充分发挥海绵城市建设项目源头控制的功能，同时整体连片也可以充分增强示范效果和关联性，通过对城区最大天然海绵体的保留、有限度的开发，体现了对原有生态系统的尊重。

浅谈暴雨洪水管理模型的城市内涝淹没模拟摘要：伴随着城市化进程脚步的不断加快，城市内涝灾害作为城市发展中不可忽视的问题。

为进一步控制城市内涝灾害发生，我国随之提出了暴雨洪水管理模型。

该模型虽然能给城市内涝灾害处理给予一定的参考价值。

但实际实施中我们仍可发现，该模型无法模拟城市地表淹没的过程。

对此，为改善该模型存在的不足，本文将提出一种改进后的SWMM内涝灾害模拟方式。

经研究结果表明可知，SWMM模拟方式能够模拟出城市地表的淹没深度与淹没范围，并且能给予城市内涝防治一定参考。

关键词：暴雨洪水管理模型；城市内涝淹没；模拟引言：城市内涝灾害作为我城市发展中不可忽视的事。

随着近年来我国部分城市内涝灾害的频繁发生，城市内涝灾害风险评估随之得到了人们的高度重视。

就风险评估而言，其研究重点在于应用水力模型对城市排水管网系统进行模拟，进而得到不同重现期降雨下的淹没过程，判断出相应的淹没范围等，并以此为基础给予城市排水系统评估。

暴雨洪水管理模型（SWMM）作为一种先进的模拟技术，其现阶段在城市排水系统模拟中的应用十分广泛。

但不可否认该模型在应用上仍存在有部分问题。

主要可表现在:部分管网汇流只能模拟管网节点的溢流量，不仅无法模拟出水体从节点溢流后在地表的淹没情况，而且不能模拟内涝灾害的淹没过程。

对此，改进SWMM模型，让其变得更加完美已迫在眉睫。

针对该类容，本文首先将分析暴雨洪水管理模型地表淹没模拟的原理，其次，阐述该模拟方法的实现，以供参考。

1.暴雨洪水管理地表淹没模拟原理对于暴雨洪水管理模型而言，其模拟管网节点一流的方式主要为:当某一节点产生溢流时，水体将从该节点流出，并累计溢流的水量[1]。

随着模拟进行，当该节点不在溢流时，累计的溢流水量将通过该节点流回到管网系统中，最终实现节点溢流与回流的过程。

然而在这个过程中，由于该过程根本没有考虑地形因素，所以对于实际情况来说，在某个节点溢流之后，溢流水体将按照地形沿地表流动。

基于SWMM模型的城市降雨径流规律及城市雨洪利用控制研究城市化发展极大地改变了流域的气候和下垫面的组成,使流域内降水的时空分布和降雨径流效应发生很大的改变,这些改变与流域的水循环模式、水资源利用、雨洪控制紧密相关,由此带来的是原本天然河道的渠道化,天然河道渠道化又反过来加剧城市化给流域水文效应带来的影响,因此有必要对城市化下的暴雨特性和降雨径流规律进行研究和模拟,探究城市雨洪控制和雨洪资源利用对策。

本文以宣州区1953-2013年61年间实测资料为基础,采用线性趋势回归、Mann-Kendall趋势检验法和滑动平均法,对宛溪河流域年降雨量、汛期雨量等参数的时间序列进行趋势分析；采用双累积曲线法、有序聚类法和非参数M-K突变检验法,对流域年降雨量、汛期雨量等参数的时间序列进行突变点分析；对实测降雨过程资料进行统计,分析各重现期、各降雨历时的暴雨时程分布,为研究城市化下降雨径流效应提供有力的支撑和资料基础。

代表站点降雨序列趋势分析表明,区域城市化、用地性质的改变对长历时、长周期尺度降雨序列影响较小,其影响体现在短历时、短周期降雨序列上。

代表站点降雨序列突变点分析表明,降雨突变时间点分别是1990年和2000年,分析结果与城市化进程一致。

暴雨频率和雨型分析表明,50年、20年稀遇暴雨出现年份仍集中在1990年以前,说明城市化扩大对暴雨量级影响较小,其次对暴雨雨型分析可知,研究区暴雨主要是双峰型暴雨。

以宣城市宛溪河典型流域作为研究区域,根据实际用地资料、遥感资料和地形地貌资料,对研究区开发前、现状和规划的用地性质进行分析,了解不同时期研究区土地利用格局的变化,并且对研究区现状城市排水分区进行分析,结合天然水文分区划分情况,明确研究区整体汇水、排水区域的划分,将SWMM模型运用于城市和天然流域的降雨径流模拟,通过比较模拟结果发现,城市化对降雨径流效应的影响十分明显,各径流参数随着城市化发展呈非线性的变化规律。

DOI：10.15913/ki.kjycx.2024.04.002基于GIS和SWMM的城市道路暴雨积水模拟唐智慧1，2，胡慧宁3，陈春江1，2（1.西南交通大学交通运输与物流学院，四川成都610031；2.西南交通大学综合交通大数据应用技术国家工程实验室，四川成都610031；3.苏交科集团股份有限公司，江苏南京210019）摘要：针对暴雨导致的城市道路积水模拟问题，采用GIS（Geographic Information System，地理信息系统）技术耦合SWMM（Storm Water Management Model，暴雨洪水管理）模型，提出积水扩散算法，以实现对城市道路积水范围和积水深度的模拟。

首先利用GIS技术耦合SWMM构建城市雨洪模型；然后提出积水扩散算法，解决了特殊地形的积水扩散处理问题，并提出确定积水区范围问题的算法，解决搜索过程中因重复遍历而进入死循环的问题；最后以成都市某区域为例，进行不同重现期降雨情景下的模型计算。

结果表明，积水扩散算法设计合理，计算结果准确，能直观表示城市道路积水范围，且计算速度较其他算法更快，在城市道路雨洪管理和灾后损失评估等方面具有一定的应用价值。

关键词：GIS；SWMM；城市暴雨；城市道路中图分类号：P333.2 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）04-0006-06由于城市化效应、气候变暖、海平面上升等原因，极端降雨事件发生频率急剧增加，诱发了一系列内涝灾害问题，尤其是对城市道路产生的影响巨大，易引发交通事故、人员转移困难等问题[1]。

由于极端降雨事件具有突发性，由局部性、短历时的强暴雨造成的城市内涝问题尤为显著[2]。

在此背景下，加强城市道路暴雨内涝研究具有重要的实际意义。

积水模拟技术是城市暴雨内涝研究的重要部分。

其中，一维地表水文水动力模型SWMM是目前最通用的模型，能够有效模拟较小区域的雨水下渗、蒸发、地下径流、排水系统输出等过程，计算出排水管网节点的溢出水量，即留存于地表的积水量，但其无法模拟地表积水的范围和积水深度[3]。

基于SWMM模型的城市暴雨内涝研究——以东莞市典型小区为例的开题报告一、研究背景城市化进程加快，城市化率不断提高，给城市内涝带来了严重挑战。

内涝造成的经济损失和人员伤亡也越来越大。

因此，城市内涝成为城市安全和发展的重要问题。

东莞市是一个典型的充分发展的工业城市，其城市化进程快速，街道、住宅社区和公共基础设施建设密集。

这些都给城市内涝问题的解决带来了极大的挑战。

因此，针对东莞市典型小区进行暴雨内涝研究，具有重要的理论和现实意义。

二、研究目的本研究旨在基于SWMM模型，对东莞市典型小区的暴雨内涝问题进行研究，并提出针对性的解决措施。

具体目的如下：1. 研究东莞市典型小区在不同降雨条件下的排水系统状况。

2. 研究东莞市典型小区的雨水径流特征以及径流洪峰流量的预测方法。

3. 建立东莞市典型小区的SWMM模型，对其进行模拟和分析。

4. 提出适合东莞市典型小区的暴雨内涝治理措施。

三、研究方法本研究采用以下方法：1. 通过现场实地调研，获取东莞市典型小区的水文地理特征数据和暴雨内涝情况。

2. 收集东莞市历史降雨资料，并进行统计分析。

3. 建立东莞市典型小区的SWMM模型，对其进行模拟和分析。

4. 基于SWMM模型结果，提出预防措施和治理方案。

四、研究内容与进展1. 已完成了对东莞市典型小区的实地调研工作，获取了水文地理特征数据和暴雨内涝情况。

2. 收集了东莞市历史降雨资料，并对其进行了初步统计分析。

3. 已建立了东莞市典型小区的SWMM模型，并进行了模拟分析。

4. 目前正在进一步分析模型结果，制定适合东莞市典型小区的暴雨内涝治理方案。

五、研究意义本研究将为东莞市城市暴雨内涝的治理提供经验和措施。

同时，通过SWMM模型的建立与研究，将能够更好地理解城市排水系统的运行情况，为提高城市水环境的质量和安全提供科学依据。

SWMM 模型精度在城市雨洪模拟中的影响分析摘要SWMM 模型是一种常用的城市雨水模拟工具，它可以用来模拟城市降雨下的雨水径流、污水流量和水质污染等问题。

本文对SWMM 模型的精度在城市雨洪模拟中的影响进行了分析。

通过收集各种文献，结合实际数据以及模型的应用经验，本文发现SWMM 模型精度可能受到多种因素的影响，包括模型输入数据、参数设置、模型结构以及不确定性等。

此外，本文还对SWMM 模型的进一步改进提出了一些建议和展望。

关键词：SWMM 模型；城市雨洪模拟；精度；影响因素I.介绍随着城市化进程的加速，城市雨洪问题越来越受到人们的关注。

为了解决这一问题，SWMM 模型被广泛应用于城市雨水模拟，它可以模拟城市下雨时的雨水径流、污水流量以及水质污染等问题。

在实际应用中，模型的精度是决定其可靠性的关键因素之一。

因此，本文旨在探究SWMM 模型精度在城市雨洪模拟中的影响因素，以及如何进一步提高模型的精度和可靠性。

II.影响因素(A)模型输入数据模型输入数据是影响模型精度的最重要因素之一。

城市雨洪模拟的输入数据包括降雨量、地形、城市排水系统等。

如果输入数据存在误差或者不准确，则会严重影响模型的精度。

(B)参数设置SWMM 模型包含了大量的参数，这些参数的设置对模型的定量分析和预测起到至关重要的作用。

参数的正确设置需要对具体场景进行调整，并尝试不同值进行模拟。

如果参数设置不正确，则模型的精度会受到影响。

(C)模型结构SWMM 模型的复杂性也会影响其精度。

模型的结构涉及到数据处理的很多细节，如果模型结构不完善，会导致模型结果不准确。

(D)不确定性城市雨洪模型的输出结果和真实情况往往存在一定差异，这是由于城市雨洪问题的复杂性和不确定性所引起的。

这些不确定性因素包括气象条件、土壤渗透能力、排水系统容量等。

III.提高模型精度的方法和建议(A)改进模型输入数据在SWMM 模型中，改进模型输入数据是提高模型精度的最基本方法。

基于GIS与SWMM耦合的城市暴雨洪水淹没分析摘要：针对暴雨导致的城市内涝问题，采用GIS与SWMM耦合的城市暴雨洪水淹没分析计算方法，对郑州市暴雨内涝淹没范围和淹水深度进行了模拟分析，对组成排水系统的排水管网、道路和河道水系等进行合理概化，构建了暴雨洪水淹没分析模型，对重现期分别为0.5、1、2、5、10 a设计暴雨情形下的管道节点溢流和积水深度进行了模拟。

结果表明：郑州市区总体排涝标准较低，排涝能力严重不足；该模型能直观表现受涝区淹没范围和淹水深度，在城市排水管网规划、雨洪管理和灾后损失评估等方面具有一定的应用价值。

关键词：GIS；SWMM模型；淹没分析；暴雨；城市内涝；郑州市近年来，随着气候变化和城市化的发展，由暴雨引起的城市内涝日趋频繁，造成的灾害损失越发严重［1］。

对城市雨洪过程进行模拟与预测是有效应对城市暴雨内涝灾害的重要技术手段，因此如何构建城市暴雨洪水淹没分析模型成为城市水文学研究的热点问题［2］。

城市区域不透水面积比例较大，产汇流历时较短，导致城市水文效应明显，主要表现在洪水总量增加，洪峰流量加大；另一方面，市政集／排水口众多且分散，管网结构复杂，实际过流能力各异。

因此，对城市暴雨洪水过程进行模拟时需要考虑城市下垫面空间变异性，并合理处理路网、管网、河网等主要径流通道之间的复杂水力联系［3］。

SWMM模型能较好地计算暴雨条件下研究区域经下渗、蒸发、地下径流、排水系统输出等方式的水循环后留存于地表的积水量，模型输出结果为各个管网点的溢出水量［4］，不能表达现实城市雨洪管理中溢出水量产生内涝的淹没范围和淹水深度问题［5-8］。

也就是说，单纯应用SWMM模型对城市暴雨洪水进行分析计算，不能反映积水点的积水时间和积水范围，使城市暴雨洪水预警预报结果不直观。

快速发展的地理信息系统（GIS）技术为繁杂的SWMM城市排水管网模型的构建提供了有力的支持［9-10］，也为模型结果的拓展应用提供了一种新的便捷、高效的技术手段，并且SWMM为开源软件，便于与GIS结合以实现二次开发［11-13］。

第35卷第2期2024年3月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCE Vol.35,No.2Mar.2024DOI:10.14042/ki.32.1309.2024.02.006考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型王小杰1,夏军强1,李启杰1,侯精明2(1.武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室,湖北武汉㊀430072;2.西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西西安㊀710048)摘要:为准确模拟城市洪涝过程,以地表二维流动模型和SWMM 一维管流模型为基础,同时考虑地表径流与地下管流交换的3种模式,构建了城市地表与地下管流双向耦合的水动力学模型㊂采用水槽试验算例和理论算例对耦合模型进行验证,并将耦合模型应用到英国Glasgow 城市街区,分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响㊂结果表明:模型在试验算例和理论算例的模拟中均具有较好的精度和可靠性,模型能够准确地模拟具有排水管网的城市洪涝演进过程;与无排水系统相比,检查井简化法㊁雨水口法和雨水口-检查井法3种水流交换模式下Glasgow 城市街区模拟的最大淹没面积分别减少9.3%㊁23.2%和24.5%,其中对重度积水的消减作用更显著,淹没面积分别减少43.6%㊁79.9%和80.9%;检查井简化法的消减作用要远小于雨水口法和雨水口-检查井法,后两者差异较小㊂雨水口法和雨水口-检查井法比较符合实际情况,且雨水口-检查井法的计算效率更高更简单,因此,在城市洪涝模拟中采用雨水口-检查井法考虑地表径流与地下管流交换过程更符合实际㊂关键词:城市洪涝;SWMM;地表二维模型;模型耦合;地表径流与地下管流交换中图分类号:TU992;P333.2㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2024)02-0244-12收稿日期:2023-07-30;网络出版日期:2023-12-19网络出版地址:https:// /urlid /32.1309.P.20231219.1110.002基金项目:国家自然科学基金资助项目(41890823;52209098)作者简介:王小杰(1995 ),女,陕西西安人,博士研究生,主要从事城市洪涝方面研究㊂E-mail:wangxiaojie@ 通信作者:夏军强,E-mail:xiajq@受全球气候变化和人类活动的双重影响,短历时强降雨引起的洪涝灾害频发,造成了严重的经济损失和人员伤亡[1-2]㊂据‘中国水旱灾害公报“统计显示,2000 2022年中国平均每年因洪涝死亡1008人㊁受灾11549万人和直接经济损失1737亿元[3]㊂城市暴雨洪涝模拟是制定城市防洪减灾措施和暴雨洪涝预报的重要手段,及时准确地模拟城市暴雨洪涝过程,对提高洪涝风险防范能力和减少洪涝灾害损失具有重要意义[4]㊂城市洪涝模拟中,美国环保署(EPA)开发的暴雨洪水管理模型(Storm Water Management Model,SWMM)应用最为广泛,但该模型不能准确给出地表水深及淹没范围[4-5]㊂基于二维浅水方程的水动力模型可以表征复杂地形条件下地表径流运动过程,但该模型未考虑地下排水管网的影响㊂近年来,国内外众多学者集2种模型的优势,将SWMM 与地表二维模型进行耦合㊂根据二维模型是否对一维模型产生反馈,模型耦合可分为单向耦合和双向耦合[6]㊂对于单向耦合方式,模型间水流只能从节点处溢出到地表流动,而地表水流不能通过节点重新回流到管网中㊂例如,Hsu 等[7]采用单向耦合方式将SWMM 与地表二维模型耦合,水流从检查井处只能溢流到地表,而不能重新回流到管网;廖如婷等[8]采用单向松散耦合将SWMM 节点的溢流过程作为点边界条件输入InfoWorks ICM-2D 模型;王兆礼等[9]将SWMM 和TELEMAC-2D 模型进行单向耦合构建了TSWM 模型㊂对于双向耦合方式,地表水流与地下管流可通过节点进行相互交换㊂例如,Seyoum 等[10]采用双向耦合方式将SWMM 与地表二维模型进行耦合,地表与地下水流通过检查井相互交换;黄国如等[11]和Chen 等[12]采用动态链接库文件方式将SWMM 与地表二维模型进行侧向㊁正向和垂向耦合;Wu 等[13]以SWMM 和LISFLOOD-FP 模型为基础,采用双向耦合方式构建了城市洪涝水动力模型;Li 等[14]和侯精明等[15]将地表二维水动力模型和SWMM 管网一维水动力模型进行双向耦合,构建了GAST-SWMM 耦合模型㊂随着技术的不断发展,一㊁二维模型的耦合研究逐渐从早期单向耦合发展到双向耦合㊂此外,SWMM 与地㊀第2期王小杰,等:考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型245㊀表二维模型的时间步长不同,目前的研究主要集中在采用SWMM运行时间作为地表与地下水流交换的同步时间[7-10],SWMM与地表二维的耦合模型大部分在时间上未能实现实时同步㊂对于地表二维模型与一维管网模型的水流交换,国内外最常用的有检查井简化方法㊁雨水口方法和雨水口-检查井方法等[16]㊂例如,黄国如等[11]和Borsche等[17]将地表径流直接排入检查井,通过检查井进行地表径流与地下管流的相互交换(简称检查井简化方法);Dong等[18]模拟英国Glasgow城市洪涝时将地表径流通过雨水口流入距离最近的检查井,采用雨水口-检查井方法实现了地表径流和管道水流之间的相互交换;Bazin等[19]在城市洪涝演进概化模型试验和一㊁二维耦合水动力模型验证中将每个雨水口通过连接管与排水管道上的节点相连,进行地表与地下水流交换(简称雨水口方法)㊂地表径流与地下管流之间有多种交换模式,而考虑不同地表地下水流交换模式的研究较少㊂本文将地表二维模型与SWMM一维管网模型进行双向耦合,同时考虑地表径流与地下管流交换的3种模式,实现了一维与二维模型实时同步㊁严格对应和动态双向的数据交互㊂采用水槽试验算例和理论算例对耦合模型的可靠性和适用性进行验证,然后使用该耦合模型对英国Glasgow城市街区的洪涝事件进行模拟,分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响㊂1㊀模型构建1.1㊀二维地表水动力模型1.1.1㊀控制方程地表水动力模型控制方程为二维浅水方程,忽略风应力㊁科氏力和紊动项的影响,可表示为[20]:水流连续方程:∂η∂t+∂q x∂x+∂q y∂y=R-q m-q f(1)水流运动方程:∂q x ∂t+∂(βq2x/h)∂x+∂(βq x q y/h)∂y=-gh∂η∂x-gq x q2x+q2yh2C2(2)∂q y ∂t+∂(βq x q y/h)∂x+∂(βq2y/h)∂y=-gh∂η∂y-gq y q2x+q2yh2C2(3)式中:x㊁y分别为水平方向的横㊁纵坐标;t为时间;η为水位;q x㊁q y分别为流体在x㊁y方向的单宽流量;R为降雨强度;q m为排水强度;q f为下渗强度;β为动量修正系数;g为重力加速度;h为水深;C为谢才系数㊂1.1.2㊀数值方法采用TVD-MacCormack格式有限差分法求解二维圣维南方程组㊂MacCormack有限差分格式使用预测-校正两阶段方案可以很容易地处理源项,实现时间和空间上的二阶精度㊂在MacCormack格式的校正步骤中增加一个五点对称TVD项,可有效消除陡坡附近可能产生的数值振荡现象㊂模型能在急流㊁缓流㊁临界流各种流态条件中进行精确求解,可用于模拟急流和缓流共存的地表径流复杂流动情况[21]㊂在数值模拟过程中通过设置最小水深和判别计算网格干湿状态的阈值水深,将计算网格分为干网格㊁半干网格和湿网格,在每个时间步长对计算网格的干湿状态进行判别[20]㊂TVD-MacCormack格式为显式数值格式,计算时间步长在x㊁y方向上需同时满足CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)限制条件,模型采用自适应动态变化时间步长,确保在满足数值稳定性的同时提高计算效率[22]㊂本研究采用霍顿方程进行下渗计算,霍顿方程比较适合城区,且率定参数少,在国内外得到了广泛使用[4]㊂霍顿下渗公式为246㊀水科学进展第35卷㊀q f=fɕ+(f0-fɕ)exp(-k d t)(4)式中:fɕ为稳定下渗强度;f0为初始(最大)下渗强度;k d为衰减系数,与土壤的物理性质有关㊂参考SWMM 的水文模块,使用Newton-Raphson迭代法求解霍顿下渗公式㊂1.2㊀一维排水管网模型SWMM的管网水动力模块作为一款成熟且被广泛使用的一维水动力模块,适合各种复杂条件下的一维水流模拟,包括明渠流㊁有压流㊁明满交替流㊁枝状管网水流和环状管网水流等,对城市复杂管网的模拟能力得到广泛的验证和认可[23]㊂此外,SWMM具有能够处理各种水工建筑物(如泵站㊁水闸和堰等)㊁允许各种管渠几何形状(如圆形㊁矩形和三角形等)的优势,对不同连接方式的复杂人工管道具有很强的适应性和较好的模拟效果,且其源代码开放㊂因此,本研究采用SWMM的管网水动力模块作为耦合模型的一维排水管网模块㊂SWMM提供了恒定流㊁运动波和动力波3种水流运动模拟方法,用于支持不同复杂度管网系统中水流运动过程演算㊂动力波方法是通过求解完整的一维圣维南方程,从而得到理论上的精确解,能够计算管道蓄水㊁回水㊁有压满管流㊁逆向流㊁出口水位顶托和检查井溢流等,适合任何排水管网较短时间步长模拟,结果准确,适用性较强,本研究采用动力波法进行管网汇流计算[4,24]㊂SWMM将复杂的排水管网系统概化为由 节点 和 管渠 2种要素构成㊂在 管渠 上满足连续方程和动量方程,在 节点 上满足连续方程㊂基于有限差分法离散方程,利用隐式欧拉法进行迭代求解㊂求解的圣维南方程为一维明渠非恒定流方程,当处理有压流问题吋,该方程不再适用,而需采用一维有压非恒定流方程㊂SWMM基于 管渠-节点 机制对节点水头的计算进行改进,从而实现一种简便的有压流模拟方法㊂SWMM管网模型控制方程及求解过程详见参考文献[24]㊂1.3㊀模型双向耦合地表二维模型与一维管网模型耦合实现的关键在于一㊁二维模型的时间同步及空间对应的水量交换[25],空间上对应的水量交换主要表现为地表径流与地下管流交换㊂1.3.1㊀时间同步SWMM管网模型和地表二维模型的时间步长不一致,且管网模型的时间步长一般大于地表二维模型㊂SWMM与地表二维模型耦合的时间同步方法大致可以分为3类[12]:第1类采用SWMM运行时间作为地表与地下水流交换的同步时间;第2类采用一维模型与二维模型中最小时间步长作为一㊁二维模型和水流交换时间步长,即耦合模型实时同步;第3类为设置固定同步时间,一维模型和二维模型的时间步长可采用两模型的最小时间步长,也可采用模型自身的时间步长[14]㊂本研究采用第2种方法进行一㊁二维模型耦合的时间同步㊂SWMM源代码采用C语言编写,二维模型代码采用Fortran语言编写㊂SWMM的时间步长是固定的,结果输出时间最小为1s;而地表二维模型的时间步长是动态变化的,计算时间步长可采用小数秒㊂为了实现一㊁二维模型和地表地下水流交换在时间上实时同步,SWMM管网水动力模块采用Fortran语言重新编写,并对时间步长㊁节点进流量和结果输出等部分进行修改㊂采用地表二维模型的动态变化时间步长作为管网模型和水流交换的时间步长,实现2项水动力过程实时同步㊁严格对应及动态双向的数据交互㊂自适应动态变化时间步长计算公式:Δt2D=CrΔx|q2x+q2y/h|+gh (5)Δt1D=Δt e=Δt2D(6)T1D=T e=T2D(7)式中:Δt2D为地表二维模型的自适应动态变化时间步长,s;Cr为库朗数;Δx为网格大小,m;Δt1D为一维管网模型的时间步长,s;Δt e为水流交换的时间步长,s;T2D㊁T1D和T e分别为二维模型㊁一维模型和水流交㊀第2期王小杰,等:考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型247㊀换的计算时间,s㊂1.3.2㊀地表径流与地下管流交换地表径流和地下管流模型是通过在节点处发生的溢流和泄流现象来交换水流㊂当地表水位大于管网节点水位时,进行泄流计算,水流从地表流向管网;当地表水位小于管网节点水位时,进行溢流计算,水流从管网流向地表;当地表水位等于管网节点水位时,不进行流量交换㊂(1)节点泄流近年来,众多学者基于水槽试验和理论分析开展了节点泄流能力研究,提出了适用于不同水流条件下的节点泄流计算公式㊂陈倩等[26]提出的雨水口泄流公式和姚飞骏[27]提出的孔流堰流公式适用于水深较大的计算工况,且与标准图集中雨水口泄流能力曲线相符效果较好,得到了广泛应用[22]㊂雨水口泄流公式:Q s=auAFr b(8)式中:Q s为节点泄流量,m3/s;a和b为泄流参数;A为节点过水面积,m2;u为箅前流速,m/s;Fr为箅前弗劳德数,Fr=u/gh㊂孔流堰流公式:Q s=min(C w Ph1.5,C o A2gh)(9)式中:C w为堰流系数;P为节点湿周,m;C o为孔流系数㊂为保证模型计算的稳定性,对节点泄流量添加限制性条件[11]:Q s=min(Q s,V c/Δt e)(10)式中:V c为节点所在地表网格内的当前水量,m3㊂(2)节点溢流采用孔口流量公式计算节点溢流量,公式如下所示:Q o=C o A m2g(h nod-h sur)(11)式中:Q o为节点溢流量,m3/s;A m为节点过水面积,m2;h nod为节点水位,m;h sur为地表水位,m㊂为保证模型计算的稳定性,对节点溢流量添加限制性条件[11]:Q o=min(Q o,V o/Δt e)(12)式中:V o为SWMM节点的溢流水量,m3㊂(3)地表径流与地下管流交换模式地表径流与地下管流之间有多种交换模式,检查井简化方法㊁雨水口方法和雨水口-检查井方法是最常用的3种交换模式[16],如图1所示㊂检查井简化方法忽略了雨水口作用,地表径流和地下管流直接通过检查井进行交换,即节点泄流和溢流均通过检查井进行(图1(a))㊂雨水口方法中,地表径流通过多个雨水口泄流至单个检查井后流向排水管网,管网水流通过检查井分流至与之相连的多个雨水口后溢流到地表(图1 (b))㊂雨水口-检查井方法中,地表径流通过多个雨水口泄流至单个检查井后流向排水管网,管网水流直接通过检查井溢流到地表(图1(c))㊂地表水流进入排水系统节点的流量为Q j=ðN i=1Q i,s-Q m,o(13)式中:Q j为地表水流进入排水系统单个节点的流量,m3/s;Q m,o为与排水系统节点相对应的检查井溢流量, m3/s;Q i,s为与检查井相连的第i个雨水口的泄流量,m3/s;N为检查井相连的雨水口个数,若为检查井简化方法,N=1,此时Q i,s表示检查井的泄流量㊂地表单个网格进入排水系统的流量为Q c=ðK k=1Q k(14)248㊀水科学进展第35卷㊀Q k =Q k ,s -Q k ,o (15)Q k ,o =Q m,o ,检查井简化方法/雨水口-检查井方法Q m,o /N ,雨水口方法{(16)式中:Q c 为地表单个网格进入排水系统的流量,m 3/s;K 为单个网格中的节点个数;Q k 为网格中第k 个节点进入排水系统的流量,m 3/s㊂Q k ,s ㊁Q k ,o 分别为节点的泄流量和溢流量,若为雨水口-检查井法,当节点为雨水口时Q k ,o =0,当节点为检查井时Q k ,s =0;若为雨水口法,当节点为检查井时Q k ,s ㊁Q k ,o 均为0;若为检查井简化法,当节点为雨水口时Q k ,s ㊁Q k ,o 均为0㊂图1㊀地表径流与地下管流交换模式Fig.1Exchange modes of surface runoff and underground pipe flow 1.3.3㊀模型双向耦合实现方式耦合模型是以水量交换为纽带,将节点泄流/溢流量作为源项加入地表二维模型中,同时也作为一维管网模型节点的外部入流/出流量加入排水管网系统中[11]㊂地表二维模型和一维管网模型双向耦合过程中具体步骤如下:(1)设置地表二维模型和一维管网模型的边界条件和初始条件㊂设置地表径流与地下管流交换模式,将地表节点坐标和地下管网节点坐标进行对应,保证地表节点泄流/溢流和管网节点入流/出流在空间位置上严格对应㊂此外,还需要注意的是SWMM 排水管网模型需启用节点积水功能㊂(2)读取地表二维模型和一维管网模型输入文件,获取并初始化地表和排水管网的属性信息㊂(3)根据地表网格水位和单宽流量等,采用CFL 条件计算动态时间步长㊂(4)将时间步长㊁管网节点水深和溢流量等信息与地表网格水位和单宽流量等信息输入到地表径流与地下管流交换模块,根据地表径流与地下管流交换模式,计算地表径流与地下管流交换水量㊂(5)将计算得到的交换水量和时间步长输入到排水管网模型㊂运行排水管网模型,推进1个时间步长㊂计算得到节点水深和管道流量等信息,用于下一时间步长模拟㊂(一维模型演进1步)(6)获取排水管网模型计算得到的节点水深和溢流量等信息,用于水量交换计算㊂(7)计算地表网格下渗率㊂(8)将计算得到的时间步长交换水量和下渗率输入到地表二维模型㊂运行地表二维模型,推进1个时间步长㊂计算得到网格水位和单宽流量等信息,用于下一时间步长模拟和水量交换计算㊂(二维模型演进1步)(9)判断模拟时间是否到达结束时刻㊂若未到达结束时刻,重复上述(3) (8)计算步骤;若到达结束时刻,输出计算结果,关闭程序㊂2㊀模型验证采用试验算例和理论算例对构建的城市地表径流与地下管流双向耦合模型进行验证㊂选取的试验算例水流在地表演进过程中部分从节点下泄至排水管网,汇流至管道出口排出;选取的理论算例管网水流从节点顶㊀第2期王小杰,等:考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型249㊀部溢出,在地表上流动,并经其余节点重新汇入管道,在管网溢流量和回流量达到平衡后,管道顶部地表区域水流最终趋于平衡状态[28]㊂2.1㊀试验算例采用Dong等[18]开展的城市洪涝地表与地下排水系统双层结构试验数据对耦合模型进行验证㊂试验模型整体几何比尺为1ʒ10,地表部分包含水库㊁闸门㊁道路㊁人行道㊁房屋等结构,地下部分包含雨水箱㊁连接管㊁排水干管等结构,地表和地下排水管道之间采用10个雨水口连接,雨水口沿水槽中轴对称分布,前后间距1.8m(模型布置平面示意图详见文献[18])㊂地表水槽从上游至下游布置了7个水位测点(P1 P7),排水干管底部布置了1个压力水头测点(P8),8个测点的具体坐标详见文献[18]㊂水库内初始水深为0.3m,闸门下游和地下排水管道内初始水深为0m,模拟时间为340s㊂地表和排水管道的曼宁系数均为0.011s/m1/3㊂建筑物采用真实地形法表示,地表下游边界和排水系统下游出口边界均为自由出流,其余边界为固壁边界条件㊂节点泄流和溢流中的参数随着节点型式的不同而变化,因此,在不同的算例中需对公式中的参数进行率定㊂经过率定,采用综合流速公式(a=0.225,b=-2.063)和孔口流公式(C o=0.15)进行节点泄流和溢流计算㊂不同测点模拟水深与实测水深变化过程对比结果如图2所示(仅展示了部分测点,P1 P7为地表测点, P8为管道测点)㊂将采用二维模型动态变化时间步长作为管网模型和水流交换时间步长(Δt2D,即耦合模型实时同步)的模拟结果与采用固定时间步长(1㊁0.6㊁0.2s)的模拟结果进行对比,分析耦合模型是否实时同步对洪涝过程的影响㊂管网模型采用固定时间步长时,管网模型运行时间作为地表与地下水流交换同步时间的具体实现过程可参考文献[10]㊂可以看出,固定时间步长的大小对模拟结果有着显著影响,且对管道的影响要大于地表㊂当固定时间步长较小时,固定时间步长与动态变化时间步长的模拟结果基本一致,即耦合模型是否实时同步对洪涝过程基本无影响㊂随着固定时间步长的增大,固定时间步长与动态变化时间步长的模拟结果相差越来越大,且与实测水深的误差也在增大㊂总的来说,固定时间步长的准确性取值对于模拟结果的精度至关重要,且相较于固定同步时间,实时同步的耦合模型模拟的水深与实测水深更为接近㊂图2㊀不同测点模拟和实测水深比较Fig.2Comparisons of simulated and measured water depths at different measuring points250㊀水科学进展第35卷㊀将实时同步的耦合模型模拟结果与实测值进行对比,地表测点P1 P7的水深模拟值与实测值变化过程基本一致,上游水库水深随时间不断降低,下游城市街区水深随时间先增加后减小,其中地表测点的水深模拟值在上下游水深较小时略微低于实测值,且测点P3模拟结果相对较差㊂这是因为测点P3位于房屋上游边壁处,水流撞击边壁后产生强烈的紊动与空气掺混现象,具有三维特征水流运动,本文模型使用的二维浅水控制方程难以反映此类现象[22]㊂管道测点P8的水深模拟值与实测值变化过程较为一致,相比于地表水深变化,管道模拟结果的误差相对更大,这可能是因为地表水流下泄汇流至管道过程中产生的误差对管道模拟结果造成了一定的影响㊂相较于实测水深,管道测点的水深模拟值略大,退水过程略微滞后,其原因可能与管道水流的进口流量有关㊂在水槽试验中地表水流经雨篦子流入雨水井后,通过侧支管与排水干管相连接㊂本文模型未考虑雨水井内部的水量平衡过程及其产生的水头损失,从而使得管道的水深模拟值略大,退水过程略微滞后㊂此外,采用纳什效率系数(E NS )进一步评估模型的计算精度㊂地表测点P1 P7的水深模拟值与实测值的E NS 均在0.90以上,其中测点P3的E NS 最小,为0.92,管道测点P8的水深模拟值与实测值的E NS 为0.76,表明本模型的计算精度较高,能够准确模拟具有排水管道的城市洪涝演进过程㊂2.2㊀理论算例采用喻海军[28]开展的理论算例对耦合模型进行验证㊂该算例地表区域为边长200m 的正方形,管网系统由6个节点和6条管道组成(图3)㊂地表与管道水流之间通过节点2㊁3㊁4和5的泄流和溢流来进行交换㊂节点1㊁6分别为入流节点和出口节点,节点1的入流流量在模拟开始前10min 内由0逐渐增加至1.0m 3/s,随后保持恒定不变,节点6设置为自由出流㊂地表和管道初始水深为0m,地表曼宁糙率系数为0.025s /m 1/3,地表区域四周为固壁边界条件,模拟时间为48h㊂管道和节点属性信息详见文献[28]㊂经过率定,采用综合流速公式(a =0.046,b =-0.935)和孔口流公式(C o =0.67)进行节点泄流和溢流计算㊂图3㊀算例示意[28]Fig.3Diagram of theoretical case 将本文模型与InfoWorks ICM 计算结果进行对比,表1为稳定状态时管道流量和节点水深㊂可以看出,管道流量和节点水深最大相对误差不超过10%,节点水深相对差值更小,不超过5%,误差可能来源于地表地下耦合算法及网格划分的差异㊂本文模型与InfoWorks ICM 计算的稳定状态时地表区域水位分布基本一致,地表内均存在约0.12m 的水深,节点2的顶部区域水位较高,节点3㊁4和5的水位略低于平均水位,其他区域水位基本相等㊂总的来说,本文模型与InfoWorks ICM 计算结果基本吻合,耦合模型具有较高的可靠性㊂表1㊀稳定状态时管道流量和节点水深Table 1Pipe discharge and node water depth in steady state 编号管道流量节点水深本模型/(m 3/s)InfoWorks /(m 3/s)绝对差值/(m 3/s)相对差值/%本模型/m InfoWorks /m 绝对差值/m 相对差值/%1 1.000 1.0000㊀㊀0㊀㊀ 1.521 1.5000.021 1.4020.4530.4130.0409.69 1.447 1.3960.051 3.6530.4530.4130.0409.690.9740.991-0.017-1.7240.4820.4710.011 2.340.9740.990-0.016-1.6250.4820.4720.010 2.120.7720.779-0.007-0.9060.993 1.000-0.007-0.700.5700.574-0.004-0.70㊀第2期王小杰,等:考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型251㊀3㊀模型应用3.1㊀研究区概况采用城市地表径流与地下管流双向耦合模型,模拟英国Glasgow城市街区(1.0kmˑ0.4km)发生在2002年7月30日的洪涝过程㊂该过程水流从Q点处涵洞溢出到研究区域的街区中,最大流量为10m3/s,总泄水量约8554m3,持续时间不超过60min,Q点流量曲线详见文献[29]㊂因缺少实际管网资料,本文根据室外排水设计标准[30]和文献[18],在城市主要道路两侧每隔50m添加1对尺寸为0.75mˑ0.45m的雨水口,主要道路中间每隔100m添加1个检查井,相邻2个检查井之间添加直径为1.0m的圆管㊂排水系统由140个雨水口㊁36个检查井㊁2个排放口和38条管道组成(图4)㊂由带有建筑物高度的2m分辨率地形图可看出,研究区整体东部高西部低,按照地表高程将检查井㊁雨水口和排水管道沿道路由东北向西南布置㊂地表和排水管道的曼宁糙率系数分别为0.020和0.013s/m1/3㊂建筑物采用真实地形方法表示,研究区域四周设为固壁边界条件,地表设置了4个水深监测点(ST1 ST4,与文献[29]位置相同)㊂地表和管道初始水深为0m,模拟时间为2h㊂采用综合流速公式(a=0.302,b=-0.816)[26]和孔口流公式(C o=0.67)[27]推荐的参数计算节点泄流和溢流㊂图4㊀英国Glasgow某街区地形及排水系统布置Fig.4Topography and sewer drainage system structure in Glasgow,UK3.2㊀结果分析采用检查井简化方法㊁雨水口方法和雨水口-检查井方法分别计算地表径流与地下管流之间的交换水流,对比无排水系统的结果,分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响㊂4种情况下各监测点处的水深变化过程如图5所示㊂检查井简化方法㊁雨水口方法和雨水口-检查井方法与无排水系统的对比,最大水深在测点1处分别减小了3.16%㊁12.7%和12.7%,在测点2处分别减小了4.87%㊁20.2%和20.4%,在测点3处分别减小了23.4%㊁49.3%和50.3%,在测点4处分别减小了7.62%㊁27.4%和28.5%㊂此外,3种水流交换模式对洪涝到达时间有一定的延迟作用,检查井简化方法的延迟作用最小,其次为雨水口方法和雨水口-检查井方法,且离洪涝源头越远延迟作用越显著㊂总的来说,排水管网可以有效地减少地表水深,3种水流交换模式对地表水深的影响存在显著差异,检查井简化方法对地表水深的减少作用要远小于雨水口方法和雨水口-检查井方法,雨水口方法比雨水口-检查井方法略低,但两者差异较小,且2种方法的地表水深变化过程基本一致㊂与此同时,对4种情况下研究区域的最大淹没范围及水深进行分析,结果如图6所示㊂检查井简化方法㊁雨水口方法和雨水口-检查井方法与无排水系统对比,最大淹没面积分别减小了9.25%㊁23.2%和。

SWMM模型在城市排水系统规划中的应用摘要：随着城市化进程的不息加速，城市排水系统规划成为城市规划和管理的重要内容。

为了合理规划城市排水系统，提高城市防洪排涝能力，SWMM模型应运而生。

本文通过对进行探究，分析其优点和不足，探讨其将来进步方向。

1. 引言城市排水系统是城市公共基础设施的重要组成部分，直接影响城市的防洪排涝能力和城市环境的质量。

城市排水系统的规划是保卫城市进步、提高城市环境质量的重要环节。

SWMM （Storm Water Management Model）是一种被广泛应用于城市排水系统规划的模型，它能够精确模拟城市雨水径流和洪水分析，为城市排水系统规划提供科学依据。

2. SWMM模型的原理和结构SWMM模型是一个基于计算机的动态模拟模型，将城市排水系统中的各个组成部分以及其互相作用干系建立数学模型，通过运算得出城市排水系统的运行状态。

该模型包含五个主要部分：下雨（Rainfall）子模型、径流（Runoff）子模型、污水（Sewer）子模型、污水处理（Treatment）子模型和水质（Quality）子模型。

3.（1）排水管网规划：通过SWMM模型对城市排水管网进行仿真分析，可以明确管网的流量输送能力、水位变化和其对抗洪能力，为合理设计和扩建排水管网提供科学依据。

（2）洪水模拟与猜测：SWMM模型可模拟不同降雨事件下的城市洪水状况，猜测洪水的范围、深度和洪水过程，并为城市的防洪工作提供技术支持和决策依据。

（3）雨水收集系统优化：SWMM模型可以评估雨水收集系统的效果，通过对不同规模、形式和设计方案的分析比较，优化雨水收集系统的设计，提高雨水的利用效率。

（4）水质监测和评估：SWMM模型可以对城市雨水径流的水质进行模拟和分析，猜测污染物的扩散和水质的变化，指导城市污染物排放控制和水质改善工作。

4. SWMM模型的优点和不足（1）优点：SWMM模型能够多方面、多角度地模拟城市排水系统，精确反映系统的运行状况；模型操作相对简易，易于精通和应用；模型的结果具有较高的可信度，可为城市排水系统规划和管理提供可靠的科学依据。

基于SWMM的城市雨洪模型模拟研究——以广东东莞市东城牛山汇水片区为例韩娇;万金泉;马邕文【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2011(042)004【摘要】为研究城市雨洪规律及城市化对雨洪的影响,指导城市防洪排涝,以SWMM为研究工具,东莞市东城牛山汇水片区为研究对象,经过汇水子流域划分、管网系统概化、参数设置调试等步骤构建了研究区域的城市雨洪模型,并应用所构建的模型对不同降雨重现期、不同城市化程度设计情境进行了模拟研究.结果显示,所构建模型可以对城市雨洪过程进行全程动态模拟;模拟发现随着重现期的增加,径流总量和洪峰流量都明显增加,且增幅逐渐减小;随着城市化的发展,降雨入渗量减,径流量和洪峰流量增大,径流系数不断增高,洪涝灾害的风险升高,且短重现期的降雨条件下影响更明显.【总页数】4页(P50-53)【作者】韩娇;万金泉;马邕文【作者单位】华南理工大学环境科学与工程学院,广东广州 510006;华南理工大学工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室,广东广州 510006;华南理工大学环境科学与工程学院,广东广州 510006;华南理工大学制浆造纸国家重点实验室,广东广州510640;华南理工大学工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室,广东广州 510006;华南理工大学环境科学与工程学院,广东广州 510006;华南理工大学制浆造纸国家重点实验室,广东广州510640;华南理工大学工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室,广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】P334.92【相关文献】1.基于SWMM模型的南昌市青山湖片区雨洪模拟研究 [J], 李保建;詹健2.基于SWMM模型的济南城市雨洪模拟研究 [J], 喻海军; 黄国如; 武传号3.基于SWMM模型的大理市山地公园子汇水区雨洪特征分析 [J], 卢垚;杨茗琪4.基于GIS和SWMM的城市雨洪模型构建模拟与效益评价——以厦门市马銮湾片区为例 [J], 周红;林孟;陈江畅5.基于SWMM模型的北京大红门排水片区雨洪模拟研究 [J], 赵刚;庞博;徐宗学;杜龙刚;钟一丹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

1. SWMM模型介绍暴雨洪水管理模型SWMM最早于1971年由美国环境保护局EPA(Environmental Protection Agency)开发。

SWMM是一个基于水动力学的降雨–径流模拟模型，它是一个内容相当广泛的城市暴雨径流水量、水质模拟和预报模型，既可以用于城市场次洪水研究也可以用于长期连续模拟，也可以对任一时刻每一个子汇水区产生径流的水量和水质，包括流速、径流深、每个管道和管渠的水质情况进行模拟[7] 。

模型自开发以来，在世界范围内被广泛的应用于城市地区暴雨洪水、合流式管道、污水管道以及其它排水系统的规划和设计。

1.1. 模型结构SWMM模型由若干“块”组成，主要包括5个计算模块(径流模块、输送模块、扩展输送模块、调蓄/处理模块、受纳水体模块)和6个服务模块(执行模块、降雨模块、温度模块、图表模块、统计模块、合并模块)。

在实际应用中以上模块可以同时应用，也可以根据需要选取其中的几个应用。

每个模块相互联系又具备各自独立的功能，同时其计算结果又被存放在存储设备中供其他模块1.2. 模型原理SWMM是一个综合性的数学模型，可以模拟城市降雨径流过程的各个方面，包括地表径流和排水系统中的水流、雨洪的调蓄处理过程。

考虑到空间变异性，将整个汇水区划分成若干个子汇水区(汇水区的划分)，并根据各子汇水区地表求三类地表径流过程，然后将它们的径流出流叠加得到子汇水区的径流出流过程线，并作为管网汇流系统的输入，用来推求管道出流过程线。

模型的主要物理原理及计算方法如下：1.2.1. 子汇水区的概化每个子汇水区被分为三个部分：有洼蓄的不透水地表A1、无洼蓄的不透水地表A3和透水地表A2。

图1. SWMM模型结构示意图A2的宽度等于整个子汇水区的宽度()，A1、A3的宽度与它们各自的面积占不透水面积的比例成正比。

如图2所示。

1.2.2. 地表产流计算城市地表产流计算主要需要确定土壤洼蓄量和下渗损失量。

在SWMM模型中，初期损失，即降雨初期阶段的填洼、湿润和截留统一用洼蓄水深d p来表示，有洼蓄不透水地表洼蓄水深为d p1；透水地表洼蓄水深为d p2；无洼蓄不透水地表洼蓄水深为0。

基于SWMM模型的城市内涝洪水模拟研究的开题报告一、研究背景随着城市化进程的不断加速，城市面积不断扩大，城市排水系统也不断完善，但依然面临着城市内涝问题。

城市内涝问题极大地影响了城市的运行和市民的生活。

因此，如何对城市内涝进行准确预测和预防成为实际需求。

二、研究目的本研究旨在利用暴雨径流模型SWMM进行城市内涝洪水模拟研究，通过对城市排水系统的模拟，深入分析城市排水系统的结构和流动情况，为城市排水系统的规划和设计提供科学依据。

三、研究内容1、搜集相关资料，为模拟以及模型参数选择做好准备。

2、利用SWMM模型对城市雨洪系统进行模拟，研究城市排水系统的结构和流动情况。

3、对模拟结果进行数据分析，明确城市排水系统存在的问题。

4、根据模拟结果，提出优化城市排水系统的建议和措施。

四、研究方法和技术路线1、数据采集：采集城市排水系统的有关资料，并进行相关数据的统计和分析。

2、SWMM模型建立与验证：基于所搜集的实际数据和资料，建立SWMM模型，并进行验证。

3、SWMM模型仿真分析：在SWMM模型中构建城市排水系统，并模拟城市暴雨条件下的径流情况，得到模拟结果。

4、数据分析和模拟结果优化：根据模拟结果，对城市排水系统进行进一步的分析和优化，提出对应的建议和措施。

五、研究意义通过SWMM模型对城市内涝进行模拟，可以帮助城市规划者更好地了解城市排水系统的状况，明确存在的问题，提前预测异常情况，进一步完善和提高城市排水系统的设计和规划水平，最终达到预防城市内涝的目的。

六、预期成果利用SWMM模型模拟城市排水系统，得出模拟结果并进行分析，明确存在问题并提出优化建议。

并且能在实际应用中取得优异的效果，为城市内涝洪水的预防提供科学支撑。

基于SWMM模型的城市小区暴雨径流过程模拟
李保敏;李杰
【期刊名称】《河北水利电力学院学报》
【年(卷),期】2018(000)004
【摘要】随着城市的快速发展,城区不透水面积比日益增大.下垫面条件的变化使得降雨径流过程也发生了明显改变.文中以SWMM模型为基础,选取邯郸市城区育德花园小区为实验小区,根据下垫面情况划分成多个子流域,分别按地表产汇流和管网汇流模拟了暴雨在小区的产汇流过程.人工实测出流过程与模型模拟过程的对比分析结果表明,SWMM模型对城市小区的暴雨径流过程模拟效果较好,可以在其他城区推广应用.
【总页数】4页(P37-40)
【作者】李保敏;李杰
【作者单位】[1]河北省邯郸水文水资源勘测局,河北省邯郸市056001;[1]河北省邯郸水文水资源勘测局,河北省邯郸市056001
【正文语种】中文
【中图分类】TV213.9
【相关文献】
1.基于SWMM模型的海绵城市小区建设雨洪过程模拟——以咸阳市某小区为例[J], 席璐;石丽忠;周庆芳
2.基于SWMM模型的城市洪涝过程模拟及风险评估 [J], 朱呈浩;夏军强;陈倩;侯
精明
3.基于SWMM模型的城市小区暴雨径流过程模拟 [J],
4.基于SWMM模型的贵安新区暴雨径流过程模拟 [J], 胡彩虹; 李东; 李析男; 荐圣淇
5.基于SWMM模型的坡地小区海绵城市改造效果评估 [J], 李怀民;常晓栋;徐宗学;王京晶
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。