城市排水管网动态水力学建模技术研究

' 杭州电子科技大学硕士学位论文城市排水管网动态水力学建模技术研究研究生：施南征指导教师：朱亚萍2015年03月 DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterCityDrainagePipeNetworkDynamicHydraulicsModelingTechnologyResearchCandidate:ShiNanzhengSupervisor:Prof.ZhuYapingMarch，2015 杭州电子科技大学硕士学位论文摘要随着城市建设步伐的不断加快和受全球气候变暖的影响，城市内涝发生频率和危害程度都在不断增大。而当前城市排水系统又存在诸多问题：基础设施建设和运行管理等问题，使得各大中小型城市在内涝灾害的防御、预警以及风险评估等方面日显不足。为了解决这一难题，本文将采用SWMM模型软件作为建模平台，根据城市易涝点的特性，针对单个易涝点建立积水模型，用于易涝点的积水预测、风险评估以及辅助排水系统工程改造。本文研究的重点以及主要工作内容总结如下：1、分析了城市易涝点地形、地物、排水系统的结构特征，根据易涝点积水模型的功能需求，确定了模型的整体构架。在整体构架下，研究易涝点积水模型在不同约束条件下的求解方法。2、研究针对易涝点区域各单元的概化技术：排水单元概化、排水管网结构拓扑优化、子汇水区域划分。3、以下穿式立交桥作为建模对象，研究建模所需参数。根据参数性质，将它们归为两类：确定性数据和经验数据。以水力、水文经验数据作为模型校准参数集，研究了模型校准方法：参数灵敏度分析方法和率定方法。4、以下穿式立交桥作为实例，建立积水模型。在设定的降雨情境下，对下穿式立交桥排水系统进行模拟。分析在不同降雨强度下，排水系统运行状况。以节点洪流、管段超载数量、路面积水状况作为排水系统性能评估指标。根据模拟结果可以识别出当前排水系统存在的“瓶颈”，并采用增大管径和增设排水泵站两种改造措施，利用模型对改造后的效果进行评估，实验结果表明该模型可用于模拟易涝点管网的水流状况，对管网改造具有一定的指导意义。关键字：积水模型、SWMM、排水单元概化技术、模型校准方法I 杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTWiththeacceleratingpaceofurbanizationandglobalwarming,urbanwaterlogginganditsdamagedegreesareincreasing.However,manyproblemsareexistedinthecurrentunbandrainagesystem,suchasinfrastructureconstructionandoperationmanagement,whichresultinthedeficiencyincities’floodprevention,earlywarningandriskassessment.Inordertosolvethisproblem,thispaper,basedontheSWMMmodelofsoftware,isusedtomakethewaterloggingprediction,riskassessmentanddrainagesystemevaluationofthewaterloggingplace.Moreover,Iwillsetthewaterloggingmodelbasedonthecharacteristicsoftheurbanwaterloggingplace.Thecontentandemphasesofthepaperaresummarizedasfollows:1、Thisthesisanalyzesthestructuralcharacteristicsoftheurbanwaterloggingplace,includingitsterrain,surfacefeaturesandthedrainagesystem.Besides,itdefinestheoverallstructureofthemodelaccordingtothefunctionalrequirementsofitswaterloggingmodel.Intheframeworkoftheoverallstructure,itstudysthewaterloggingmodelinthemethodofcalculatingthedifferentconstraintconditions.2、Itfocusesonthegeneralizedtechnologyforeachwaterloggingplace:drainageunitgeneralization,drainagenetworktopologyoptimization,subdividedcatchmentarea.3、Thispaperregardstheundercrossinggradeseparationasthemodelingobject,anditdefinesthemodelparameterobject.Thisthesisanalyzesandcategorizesthecontentandresourcesofthemodelingparameterobjects.Dataofthemodelingparameterobjectscanbedividedintotwocategories:deterministicdateandempiricaldata.4、Thispaperestablisheswaterloggingmodelbyconsideringtheundercrossinggradeseparationasanexample.Itanalyzestheconditionsofthedrainagesystemunderdifferentrainfallintensity,consideringthenodeoverflow,thenumberofoverloadingpipelineandthewaterloggingsituationonthesurfaceastheperformanceevaluationindexofthedrainagesystem.Wecanrecognizethatthedrainagesystemmeets“bottleneck”bythesimulationresults.Wecanincreasethepipesizeandadddrainagepumpingstationtosolvetheproblem.ExperimentalresultsshowthattheII 杭州电子科技大学硕士学位论文modelcanbeusedtosimulatethewaterloggingplaceofpipelinenetworkofflowsituation,ithasacertainguidingsignificanceforthemodificationofthepipelinenetwork.Keywords:Waterloggingmodel,SWMM,modelcalibrationmethod,drainageunitgeneralizedtechnologyIII 杭州电子科技大学硕士学位论文目录摘要..............................................................................................................................IABSTRACT.................................................................................................................II目录............................................................................................................................IV第一章绪论..................................................................................................................11.1课题研究背景...................................................................................................11.2城市排水系统概述...........................................................................................11.2.1城市排水系统组成.................................................................................11.2.2城市排水系统存在的问题.....................................................................31.3城市内涝现象..................................................................................................31.3.1内涝带来的危害.....................................................................................31.3.2内涝现象产生的原因.............................................................................41.4研究课题的提出...............................................................................................51.5当前国内外研究状况......................................................................................51.5.1国外研究现状和发展.............................................................................51.5.2国内研究现状和发展.............................................................................61.6研究的目的和意义...........................................................................................71.7论文的主要内容...............................................................................................8第二章易涝点积水模型研究......................................................................................92.1前言...................................................................................................................92.2典型易涝点地形地物特征分析.......................................................................92.2.1地形地物特征.........................................................................................92.2.2易涝点排水系统分析.............................................................................92.3易涝点积水模型总体结构.............................................................................102.4易涝点排水管网动态模型.............................................................................112.4.1排水管网控制方程...............................................................................112.4.2节点控制方程.......................................................................................122.4.3排水泵运行曲线...................................................................................122.5集水区降雨合成模型.....................................................................................132.5.1降雨的基本概念...................................................................................132.5.2降雨合成模型.......................................................................................14IV 杭州电子科技大学硕士学位论文2.6易涝点地表径流计算模型.............................................................................152.6.1地表渗透计算.......................................................................................152.6.2易涝点区域产流计算...........................................................................162.6.3易涝点区域汇流计算...........................................................................172.7易涝点路面积水计算模型.............................................................................18第三章易涝点建模技术和模型校准方法研究........................................................203.1SWMM模拟软件简介与应用.......................................................................203.1.1简要介绍...............................................................................................203.1.2模型功能...............................................................................................203.2模型单元概化技术研究.................................................................................223.2.1排水单元概化技术...............................................................................223.2.2排水管网结构拓扑优化技术...............................................................233.2.3子汇水区域划分技术...........................................................................253.3建模数据需求分析.........................................................................................273.3.1模型参数对象确定...............................................................................273.3.2数据分类及来源分析...........................................................................283.4模型精度校准方法研究.................................................................................303.4.1参数的不确定性分析...........................................................................303.4.2参数灵敏度计算方法研究...................................................................313.4.3参数率定方法分析...............................................................................32第四章实例分析........................................................................................................344.1研究区域概况.................................................................................................344.2模型建立流程.................................................................................................354.2.1实例子汇水区域划分...........................................................................354.2.2实例排水管网概化...............................................................................364.2.3参数的选取与输入...............................................................................374.2.4不同降雨场景设定...............................................................................404.2.5模型精度校准过程...............................................................................414.3模拟结果分析.................................................................................................444.3.1地表径流状况.......................................................................................444.3.2排水管网运行状况...............................................................................444.3.3路面积水状况分析...............................................................................494.4排水系统改造前后对比分析.........................................................................504.4.1管径变化对排水系统的影响...............................................................50V 杭州电子科技大学硕士学位论文4.4.2增设排水泵对排水系统的影响...........................................................51第五章结论与展望....................................................................................................545.1结论.................................................................................................................545.2展望.................................................................................................................55致谢............................................................................................................................56参考文献......................................................................................................................57附录1：作者读研期间科研成果...............................................................................61VI 杭州电子科技大学硕士学位论文第一章绪论1.1课题研究背景随着社会发展和人口数量急剧增长，越来越多的人口涌入城市，导致城区建设速度不断加快，加速了城市化的进程。城市化过程整合了各方资源，有利促进了资源的重新配置，经济结构也得到了明显的改善，不仅加快了经济的发展，同时也促进了文化、教育、卫生、邮电、通讯等事业的发展。然而城市化也有其负面的影响，例如加剧了大气污染、噪声污染、光污染、水污染、电磁波污染等，尤其对城市水文、气候的改变尤为明显。城市化进程改变了城区原有的气候、水文特征，这些变化给城市发展带来了负面影响，使得城市当前主要面临的问题有：城市水污染、水资源紧缺和城市内涝等三大水文问题[1]。其中城市内涝问题随着城市化建设步伐加快而日益凸显，尤其在每年的夏秋之际，强降雨出现频繁，全国各大中小城市，都会遭受内涝的困扰。例如2007年7月，杭州市受“罗莎”台风的影响，遭遇40年一遇的罕见内涝灾害，造成城区533处道路积水，有1563户居民家中进水，道路、桥梁、水利工程受损严重，直接经济损失多大3.464个亿；2014年，深圳两次遭遇暴雨，出现“水漫金山”的现象，市区出现200多处积水，多人遇难，2000多辆汽车被淹，交通瘫痪。类似的城市内涝事件举不胜举。城市内涝灾害不仅严重了阻碍城市经济的发展，同时也威胁到人民群众生命财产的安全。“十二五”时期，水务工作面临着新任务新要求，新型城市化的发展，要求城市具备更高的洪涝灾害防御能力和水资源、水环境保障能力。其中防洪减灾要求中解决最凸显的城市内涝问题已刻不容缓，如何解决城市内涝问题，就需要对城市排水系统进行信息化改造，利用信息化手段实现对排水系统智能化管理。同时开展对城市内涝问题的研究，针对研究区域建立内涝模型，以此来提高内涝灾害的预测、预警、风险评估等方面的能力，为决策者制定防洪减灾措施，排水系统运行调度方案提供有力的理论支持。1.2城市排水系统概述城市排水系统被称作“城市生命血管”，排水系统的建设是城市重点建设的基础设施之一，是城市防洪、排涝以及水污染防治的骨干工程。对能否实现城市现代化具有全局性、先导性的影响。1.2.1城市排水系统组成城市排水系统是由雨（污）检查井、管渠、泵站、蓄水池、排放口、监测设1 杭州电子科技大学硕士学位论文备和污水处理厂等组成。其主要用于收集和处理城市污水、大气降水（含雨、雪）径流以及其他废水等。城市排水系统根据处理的水体性质，可分为雨水排放系统、污水排水系统和雨污合流制排放系统[2]。单独的污水排放系统和雨水排放系统属于分流制排放系统。合流制排放系统是指使用同一个排放系统对城市污水和雨水共同排放。选择何种排放体制需要综合考虑城市的地理环境、人口分布、工业分布等因素来决定。城市排水系统组成示意图如图1.1所示：图1.1城市排水系统组成示意图城市排水系统运行的主要目标归纳为以下三方面：（1）保证污水与雨水的日常输送与处理排水管网系统在日常情况下，应当能够及时、安全可靠的排水，保证污水尽量不溢出，从而为城市创造一个舒适安全的生产、生活环境。（2）暴雨情况下的防汛应急在强降水或连续性降水情况下，排水系统应能够及时排除雨水，防止内涝现象；当超过城市排水能力时，应对内涝的发生区域、内涝情况进行预报与预警，保证人民群众生命财产安全；暴雨过后，应能够快速排除积水，恢复正常，以减少内涝产生的危害。（3）节能降耗排水企业是能耗大户，如何提高排水系统运行效率，降低排水能耗，节约排2 杭州电子科技大学硕士学位论文水成本是排水企业的重点建设目标。1.2.2城市排水系统存在的问题根据研究调查，将城市排水系统当前存在的主要问题归纳如下：1、污水溢出污染环境和洪涝灾害是城市排水管网安全运行面临的首要问题。由于我国许多城市排水基础建设落后，排水设计标准偏低，运行管理手段粗放[3]。日常运行时，缺乏全局的安全运行控制策略，无法充分发挥出排水系统的功能。强降雨时，短时间内排水量突增，无法科学合理的对排水系统进行优化调度，导致局部地区污水溢出，造成污染。部分雨水未能及时排出，造成区域局部积水现象。此类问题已经威胁城市排水安全。2、排水系统中排水泵站能耗偏大，效率偏低。由于当前排水泵站主要控制手段为手动控制和水位信号反馈控制。而控制方式多是针对单个泵站，未能实现泵站级联控制，这就制约了各泵站排放能力的充分发挥。由于排水系统未实现全局信息的整合、共享，从而难以达到优化控制，提高排水效率，实现节能减排的目标。3、排水系统检测与状态评估困难。由于排水管网深埋在地下，年长日久，资料缺失。无法直观的判断和分析管网状况，管网长期的超负荷运行，容易出现淤堵、渗漏，致使管网实际运行能力无法准确度量。加之当前的检测和维护工作主要依靠人工方式，缺乏自动化系统监控和排水管网动态模型，不能做到对排水管网运行能力进行实时监控和模拟评估。4、运行数据获取和处理缺乏有效手段，排水系统优化运行效果差。近年来，虽然各种监测技术开始运用于排水系统中。大量的监测数据仅用于监测，未能实现数据融合和共享，数据分析和处理方法过于单一。导致无法准确，全面的了解排水系统运行状况，进而不能实时，准确的进行调度，不能实现排水系统优化运行。上述城市排水系统当前存在的问题，造成最直接也是最直观的影响就是城市内涝现象。1.3城市内涝现象现阶段，我国诸多城市的排水设施建设相对滞后，现有的排水系统自身又存在诸多问题。短时强降雨、台风等极端天气增多，致使城市内涝灾害频发。城市内涝，不仅阻碍了城市经济发展，同时也影响群众的日常出行和生产生活。1.3.1内涝带来的危害2007年7月18日下午5时许，济南及其周边地区遭遇了特大暴雨袭击。这次降水历时时间短、雨量大，3小时降水量达180毫米，是有气象记录以来的历史最大值；小清河流量是1987年8.26事件的一倍以上。这场暴雨造成济南城区3 杭州电子科技大学硕士学位论文多处社区、街道、低洼地段积水严重，城区的大部分路段交通瘫痪。据统计，有22名市民遇难，6人失踪，142人受伤[4]。2010年5月7日，广州市遭遇特大暴雨侵袭，最大降雨量达213毫米，致使全市共有118处地方发生内涝险情，导致935人受灾，38间房屋倒塌，直接经济损失过亿元。其他例如北京、上海、西安、重庆、杭州等城市均是内涝多发城市，暴雨造成的城市道路、部分社区积水严重，地下广场、商铺被淹，立交桥、低洼涵洞积水导致交通中断，车辆、房屋受损严重。经济损失之大，群众生命财产安全威胁之深。城市内涝问题，日趋成为城市亟待解决的重要问题。图1.2济南7.18暴雨事件济南泉城广场图1.3北京7.21特大暴雨市区积水1.3.2内涝现象产生的原因城市内涝是由多方面因素共同作用的结果，主要因素归纳为以下几点：（1）自然因素1、城市化建设，自然绿地面积减少，加之工业废气、汽车尾气等大量排放，改变了区域的大气成分，使得区域的气候特征发生了变化，即出现所谓的“城市热岛效应”[5-7]。“热岛效应”改变了城市区域的降雨特性，使得短时长，雨量大的暴雨出现频率增大，增加了城市内涝的出现频率。2、城市化进程致使大量土地性质发生了改变，原有的自然地面被大量硬化，地面不透水面积大幅度增加，改变了区域原有的径流特性，强降雨时，地表总径流量和峰值流量增大，滞后时间缩短，如果排水不及时，极易发生内涝。（2）排水系统基础建设1、排水系统基础设施建设跟不上城市化建设的步伐。当前很多城市进行旧城改新城，但改造过程中对原有的旧排水系统改造不足，有些年代久远的排水管网发生淤积、漏损现象也未进行清理和修复。如遇强降雨时，排水能力受限，不能及时将雨水排出，导致内涝发生。2、排水系统设计标准低，规划不合理。当前排水系统大多凭借经验和参考相关文献资料进行工程设计和改造。而这样的设计未能够从整体出发，进行全面4 杭州电子科技大学硕士学位论文的考虑，使得采用的设计标准和实际需求偏差较大。（3）排水系统运行管理1、由于当前排水系统尚未完全实现数字化信息管理，各类运行监测数据不能实现有效的融合和共享，且未建立管网模型用于管网动态模拟研究、，由此不能准确预估某时段排水系统整体运行状况，难以对排水系统做出科学合理的调度和优化运行，以提高整个系统的工作效率，降低内涝发生频率。1.4研究课题的提出通过对当前城市排水系统现状和城市内涝问题的论述可知，城市内涝问题除了受自然因素和排水系统基础设施建设滞后的影响外，排水系统运行管理缺乏信息化监管也是一大因素。针对这一现状，为响应浙江省提出的“五水共治”方针，结合国家自然科学重点基金——《城市排水管网系统建模、优化运行与控制方法及应用》研究需求，本文将以城市内涝问题作为研究对象，针对单个易涝点，研究利用计算机建模方式建立易涝点积水模型。该模型可根据提供的降雨资料，对管网运行状况进行模拟，也能够模拟出易涝点区域某时段的积水状况。可为水务指挥中心预警、应急调度提供良好的决策，并且可用于后期易涝点工程改造效果的评估分析。1.5当前国内外研究状况城市内涝模型是用于对城市内涝灾害的预测和产生过程的模拟，其建模过程主要包括数学建模和计算机建模两部分。数学建模是指运用水文、水力学原理，建立某一流域对水流变化过程的数学描述方程，而计算机建模是利用计算机大容量、高速率处理信息的能力，集合已建立的各个数学模型，通过对输入的大量数据进行解析和仿真，模拟出地表和管网里水流变化的过程。随着计算机技术的飞速发展，将信息化技术应用到解决城市内涝问题已成必然之势。其中利用计算机建立的计算机模型来模拟排水过程是城市排水系统辅助管理的一种有效方法，是优化排水管网运行，解决城市内涝问题的一种新技术。内涝模型是对城市排水系统的抽象和概化，通过设定的降雨情境或实测降雨资料，可以模拟地面径流过程和排水管网运行状况，并可预测出某些地段出现积水的概率或者积水状况。根据模拟结果可对易涝点排水系统整体运行状况进行评估和运行管理，同时也为排水系统规划、设计、风险评估等提供辅助决策。1.5.1国外研究现状和发展为了解决城市排水系统缺乏信息化管理以及抵御洪涝灾害能力较弱的问题，国内外许多研究机构和学者都致力于这一邻域的研究，从六十年代起就有一些发达国家开始研究城市内涝模型，这些国家中主要有美国、英国、法国、日本、德国和澳大利亚，以及发展中国家俄罗斯。到了七十年代初，已经开发出了一些城5 杭州电子科技大学硕士学位论文市内涝模型，后期得到了逐步发展和完善。由于这些国家在这一邻域研究起步较早，无论是对模型理论研究还是对计算机模拟软件的开发都有大量的知识和技术的储备，具有较强的优势和前瞻性。其中有代表性的模型有SWMM（暴雨洪水管理模型）[8]、STORM（蓄水、处理与溢流模型）[9]、WALLINFORD（沃林福特模型）。（1）SWMM模型（StromWaterManagementModel）SWMM模型是由美国EPA出资，佛罗里达大学和美国水资源有限公司共同参与开发出的城市水文模型。它可以用来模拟城市区域地表径流过程、管网运行状况、水质变化过程等。该模型将研究区域划分成多个子汇水区域（Catchment），将排水系统中的管网概化成线（Link），将检查井、蓄水池等概化成节点（Node）进行建模。并采用非线性水库模型模拟地表径流，通过求解圣维南方程来模拟管网中水流特征，用累积——冲刷模式模拟地面污染水体的扩散。由于城市水环境的特殊性，SWMM模型进行了有针对性的设计，对模型的输入和输出都没有严格限制，使得模型的灵活性和适用性得到了显著的提升，也利于推广使用。（2）STORM模型(StorageTreatmentandOverflowRunoffModel)STORM模型是1973年由美国陆军工程兵团水文工程中心开发的[10]。该模型能够对城市水量和水质变化过程、地表蓄水、漫流等进行模拟，还能用于研究水土流失状况。STORM模型是以小时作为时间步长的连续模型，能够对单一事件进行模拟，但无法模拟出流域的径流过程线[11]。该模型是一个准动态模型，其计算原理和方法为：单位过程线法、系数推理法和线性回归方程法。它有三个主要功能：模拟污水浓度和扩散过程、研究水土流失、用于蓄水和处理设施的辅助设计和评估。（3）WALLINFORD模型（WallingfordModel）WALLINFORD是由英国沃林福特水利学研究机构于1978年开发的。该模型主要包含：降雨径流模块（WASSP）、动力波管道演算模块（SPIDA）、简单管道演算模块（WALLRUS）和水质模拟模块（MOSQITO）[12]。该模型可用于城市雨、污排放系统的规划设计，又可以实现对系统的运行管理实时分析。近年来，该模型已被广泛应用于城市内涝预警、风险评估分析。通过大量实验证明该模型具备良好的适用性。1.5.2国内研究现状和发展虽然国内在这一邻域研究起步相对较晚，但通过对国外成果的深入研究和吸收，并结合我国城市特征，近年来也取得一些试验性研究成果。1993年，岑国平和詹道江等人建立了城市雨水管道计算模型[13]。它是我国6 杭州电子科技大学硕士学位论文第一个能够应用于城市雨水管道径流计算和设计的模型。在模拟精度要求不高且受回水影响不大的情况下，模型采用了流量过程线滞后法对管渠中的水流特征进行演算。在有较高精度要求下，则采用了明渠非恒定流计算方法对管渠中的水流特征进行演算。1997年，刘俊[14]针对城市化区域的径流、汇流特性进行了研究，在缺乏对水文分析和计算方法的情况下，以SWMM模型软件作为平台，建立了针对天津某试验区的城市排水管网模型。并在试验区使用，取得了良好的效果。1998年，周玉文等人采用非恒定流模拟技术，建立了城市排水管网非恒定流模型（CSPSM）[15]。该模型能够运用于城市排水系统设计评估和运行管理，并取得了满意的结果。非恒定流技术也开始被广泛的使用在其他区域的排水管网建模中。2001年，赵雅娟等[16]以深圳罗湖小区作为试验区，在分析了该区的排水系统和下垫面的特征后，采用SWMM模型建立了适用于该小区的排水系统动态模型。2002年，中国水利水电科学研究院防灾所[17]以二维非恒定水力模型作为建模基础，采用无结构不规则网格方法作为建模技术，建立了天津市暴雨沥涝仿真系统。该系统在具有气象部门提供的雨量监测数据时，能够对城区沥涝情况进行仿真模拟。并将城区排水管网中的水流特征和路面积水状况结合在一起，实现统一模拟。2004年，王喜冬以香港岛南区市政雨水管网作为研究对象，采用了HydroWorks建立了该区的雨水管网系统模型。同时采用MIKE11模型建立了香港岛南区郊区排洪沟系统模型。对香港岛污水管网系统建设，采用了InfoWorks3.0进行研究[18,19]。2006年，丛翔宇、倪广恒等[20]以北京市万泉河立交桥作为研究对象，采用SWMM模型在不同的降雨情境下，对区域排水系统运行情况和路面积水状况进行了分析。2008年，清华大学规划院通过对SWMM模型的研究，自主开发出了城市水资源管理模型（DigitalWater模型）[21]，它是将“排水管网模拟计算功能”和“GIS空间管理分析功能”结合在一起的城市排水管网模型，为城市排水系统数据处理和管网建模提供了一套完整的解决方案。2010年开始，我国各大城市高校和科研单位的专家学者也相继展开了关于城市内涝问题研究的相关工作。1.6研究的目的和意义根据当前解决城市内涝问题的迫切需求。笔者通过研究水文、水力学原理和7 杭州电子科技大学硕士学位论文雨洪数学模型，并借鉴国内外的城市雨洪模型建模技术，建立针对单一易涝点的积水模型。该模型能够根据预知的气象条件或设定的降雨情境，模拟易涝点排水系统运行状况，预测出可能出现内涝的区域以及内涝程度，并可模拟内涝的整个过程，根据模拟结果可以识别排水系统中的“瓶颈”，进而提出优化的改进措施。当今世界计算机技术飞速发展，实现水务信息化管理是城市水务建设和发展的必然趋势。解决城市内涝问题，必须借助计算机技术和现代化信息手段建立内涝模型。1.7论文的主要内容目前我国城市内涝问题研究仍处于起步阶段，尚未建立适用于各大城市的内涝模型，而且当前城市内涝模型研究大多是以城市的某一片区域作为研究对象，针对单个易涝点建模甚少。为此本文将以城市的典型易涝点作为研究对象，分析易涝点特征和易出现积水的原因，对适用于单个易涝点的建模技术进行研究。最后以杭州市某座下穿式立交桥作为实例分析对象，以SWMM5.0软件为建模平台，建立适用于该立交桥的积水模型。并对模拟结果进行分析，验证模型的适用性。论文共分为五个章节，各章节的研究内容归纳如下：1、第一章阐述了论文的选题背景，分析了当前城市排水系统存在的问题和城市内涝产生的原因，并进行了归纳。对国内外关于内涝问题的研究现状进行分析。提出了本文研究课题——城市易涝点积水模型研究。2、第二章对城市易涝点的地形、地物结构特点和排水系统的特征进行了分析。根据模型功能需求，确定了易涝点积水模型的总体结构，并对各单元模块的数学原理和求解方法进行分析。3、第三章首先对SWMM模型软件的功能和应用做了简要介绍。根据SWMM模型软件建模要求，研究了建模的相关技术。以下穿式立交桥作为模型数据需求分析的对象，对模型参数对象的分类和数据来源做了分析。研究了模型校准三个过程的方法和步骤：确定校准参数集，校准参数灵敏度分析，参数率定。4、第四章以杭州市某座下穿式立交桥作为实例分析对象，介绍了研究区域概况，详细阐述了易涝点积水模型数据内容、建模流程以及模型校准过程。设定不同的降雨情境，对模型的模拟结果进行分析，识别出排水系统存在的“瓶颈”。并将模型应用于工程改造后效果的评估。5、第五章总结全文内容，提出本文研究的不足之处，并展望了未来针对单个易涝点建模的研究发展方向。8 杭州电子科技大学硕士学位论文第二章易涝点积水模型研究2.1前言本章首先对易涝点地形、地物的结构特点和排水系统的特征进行了研究。根据研究结果和易涝点积水模型功能需求，确定模型的总体结构。在总体结构下，展开对易涝点积水模型的各组成单元数学模块原理和求解过程的分析。2.2典型易涝点地形地物特征分析当前，国内的许多城市一旦遭遇强降雨天气时，往往都会出现积水现象。而积水多是发生在城市某些特定区域，例如立交桥、过街的地下通道、铁路公路涵洞、低洼地段等区域。这些区域由于其地势、建筑物结构特征以及排水系统的特殊性，极易发生积水，且积水量大，积水时间长，积水排除困难，造成的影响也是最大的。2.2.1地形地物特征城市中易发生积水现象的区域其主要原因是受地表覆盖物和地势的影响。一方面，这些区域建筑相对其他区域密集度高，土地开发程度高，地表不透水覆盖物面积增加，使得地表透水性和洼蓄性变差。遇到强降雨时，地面短时间内形成的径流量增加，流速加快，汇流时间缩短，加之排水能力受限，极易形成积水。另一方面，易涝区域通常地势相对于周边地势较低，比如下穿式立交桥[22,23]，两边引道的纵坡坡度通常达到2%~7%，而涵洞路面的纵坡坡度也在0.2%~0.5%之间，与周边正常路面高程差最大在4~7m之间[24]。由此整个下穿式立交桥下层路面就形成了一个低洼盆地，强降雨时周边的降雨产生的径流极易汇集到下穿涵洞从而形成积水。城市有些道路容易出现积水，除了受地势和地表特征影响外，还受区域排水系统的影响。由于过往车辆携带的尘土易留在路面上，降雨时这些尘土随着径流流入管道内，造成管道淤积，使得管道排水不畅，影响了管道的排水效率。此外路边缘处的雨篦容易因大量泥沙堵塞，造成路面径流无法及时流入排水管道，从而引发道路积水现象。2.2.2易涝点排水系统分析易涝点区域的排水系统在设计标准上比其他地区的排水系统设计标准要高。比如下穿式立交桥、涵洞等区域的排水系统，由于下穿引道坡度较大，使得两侧引道的排水管道铺设坡度也较大，这导致管道中单位水流量也较大。另外这些区域一般都位于重要的交通枢纽上，车流量较大，要求地面集水时间较短，一般以5—10min为宜。综合上述因素，这些易涝区域的排水系统设计重现期不能低于9 杭州电子科技大学硕士学位论文3a，特殊区域还应提高设计标准。立交桥、涵洞等易涝点区域的排水系统往往是有几个独立的排水子系统组成，比如立交桥排水系统可分为：高架桥道路面排水系统、底层道路面排水系统以及地下水排水系统。而铁路或公路涵洞一般分为上层路面排水系统和下穿涵洞排水系统。这些排水系统相互间独立运行、互不影响。通常遵循“高水高排，低水低排”的原则。易涝区域排水系统中通常会增设蓄水池或者排水泵站。其中蓄水池的作用是在暴雨时收集未能及时排出的雨水，削减洪峰流量。暴雨过后，再将池中的雨水排出，为该区域的排水系统起到一个缓冲的作用。池中的雨水还可用于绿化浇灌、喷泉用水、作为灭火预备水源等用途，提高水资源的利用率。排水泵站的作用也分为两方面，一方面通过机械方式，提高管网排放能力，减少积水的可能性。另一方面在产生积水时，及时的排除积水，恢复通行。2.3易涝点积水模型总体结构易涝点积水模型实现的动态模拟功能包括以下三点：1、排水管网中节点水流特征模拟：节点水位、洪流量、超载时数等；2、排水管网中管道水流特征模拟：管道水位、流量、流速、满流时数等；3、积水状况的模拟：路面积水深度和积水面积；根据易涝点积水模型功能需求和特征分析结果，整个易涝点积水模型将有四个单元模块组成：排水管网动态模型、地面径流模型、集水区降雨合成模型和路面积水模型。具体的每个单元模块又包含各自的水文、水力学数学计算模块。易涝点积水模型总体结构如图2.1所示：图2.1易涝点积水模型总体结构框图10 杭州电子科技大学硕士学位论文2.4易涝点排水管网动态模型易涝点排水管网动态模型主要用于模拟地表径流流入管网至排放口的整个过程管网内水流特征。整个排水管网动态模型由三个部分组：排水管网控制方程、节点控制方程、排水泵运行曲线。2.4.1排水管网控制方程通用的排水管网控制方程（即圣维南方程组[25-28]）是由连续方程和动量方程组成的，但其求解方法需根据研究区域排水管网水流特征决定。考虑到易涝点排水管网水流特征的复杂性，管道和节点处易出现有压流、回水、逆流等现象，为此本模型的排水管网控制方程需对圣维南方程组进行完全求解得到。虽然计算过程较复杂，但考虑全面，模拟结果与实际更贴切。圣维南方程组如式（2-1）和（2-2）所示。连续方程：∂QA∂+=0（2-1）∂∂xt动量方程：2∂∂HQAQ(/)∂gA⋅⋅+++⋅⋅=gAs0（2-2）f∂∂∂xtt32式中：Q—流量m/s，A—过水断面面积m，x—水流方向距离m，t—时间2s，H—静压水头m，g—重力加速度9.8m/s，S—摩阻坡度。其中S可由曼ff宁公式求得：KSQ=⋅⋅||v（2-3）f4gAR⋅⋅32式中Kgnn=⋅,m为管道曼宁系数；R为过水断面的水力半径m；v为流速/，s绝对值表示水流方向和摩擦阻力方向相反。2Q2假设=⋅vA，将其带入方程（2-2），可得方程：A∂∂Hv2∂A∂QgA⋅⋅+⋅20Av⋅+⋅++⋅⋅=vgAs（2-4）f∂∂xx∂x∂t再将QAv=⋅带入连续方程（2-1），同时两边乘以v，移项可得：∂vAA∂∂2Av⋅⋅⋅=-v−v⋅（2-5）∂x∂∂tx将方程（2-5）带入方程（2-4），可以得方程：∂∂∂HAA2∂QgA⋅⋅−⋅−⋅++⋅⋅=20vvgAs（2-6）f∂∂∂xtx∂t将方程（2-6）与方程（2-5）联立成方程组，采用有限差分格式法将其离散11 杭州电子科技大学硕士学位论文化，可以求解出各时段内每个管网的流量和每个节点的水头⎡⎤⎢⎥1⎡2AA21−−HH21⎤QQ=⋅⋅2V⋅ΔA+V⋅Δt−g⋅A⋅⋅Δttt+Δ⎢⎥+Kt⋅ΔV⎢⎣tLL⎥⎦1(−43)⎣⎦R（2-7）式中，A、V、R分别为t时刻管段末端对应变量的加权平均值。此外，考虑到管段水流在进出时会有水头损失，可以从H和H中减去损失的水头。方程12（2-7）的未知量主要有：Q、H、H，而变量A、V、R与Q、H都有关tt+Δ12系。为此，求解还需要有关于Q和H的方程，可以由节点控制方程得到。2.4.2节点控制方程排水管网中节点的控制变量有三个：节点水头、节点水流量、节点自由表面积。它们之间的关系如式（2-8）所示。∂H∑Qt=（2-8）∂tAsk式中：Q—节点进出水流量m3/s，H—节点水位m，A—节点表面积m2。tsk对式（2-8）仍采用有限差分格式进行求解，其离散化后的的结果如式（2-9）所示：∑Qt⋅ΔtHH=+（2-9）tt+ΔtAsk将式（2-9）与排水管网控制方程离散化后的解方程（2-7）联立，就能计算出Δt时段内每个节点水位和管段水流量。2.4.3排水泵运行曲线排水泵主要用于排除洪涝渍水和用于排水管网中途或终点处废水提升。在城市易涝点区域，通常都会增设排水泵站用于应急排水。水泵的控制方式以水位反馈控制为主。在模型中水泵的运行控制过程是将其转化为水泵运行曲线，使用水泵运行曲线来描述水泵的运行状况。由于易涝点区域的水泵运行是根据前池水位反馈或者前池水体容量进行控制。为此易涝点积水模型的泵站控制过程将采用水泵流量——前池液位关系曲线（图2.2所示）或水泵流量——前池水体容量关系曲线（图2.3所示）作为模型水泵运行控制输入。还有一种理想的水泵模型，它是假设水泵的抽水速率等于前池入流速率，在这种情况下没有水泵曲线，这时水泵必须将入口和出口节点连接在一起。12 杭州电子科技大学硕士学位论文水泵流量ms3前池液位m图2.2水泵流量——前池容量关系曲线图图2.3水泵流量——前池液位关系曲线图在SWMM模型软件中，提供了两个变量用于水泵启停控制：水泵初始开关状态及启动和停止时的水深变量。根据获取的水泵资料和研究区域实际情况，选择合适的水泵运行曲线，确定控制水泵启停状态变量，即可模拟出水泵运行的过程。2.5集水区降雨合成模型降雨是易涝点积水模型最主要的输入变量，也是模型主要的上游边界条件。通常模型的降雨输入可以是来自气象局的降雨实测资料，在缺乏实测降雨资料的情况下，可根据当地降雨特性，采用暴雨强度计算公式来合成模拟需要的降雨情境。2.5.1降雨的基本概念（1）降雨的基本要素1)降雨量降雨量是指在某个时段内，降落到地面的雨水在未经扣损（蒸发、入渗、流失）的情况下在地面积累的深度。通常以mm作为降雨量的单位。2)降雨强度以min或h为单位时间内累计的降雨量称为降雨强度，单位为mm/min或mm/h，通常有平均降雨强度和瞬时降雨强度之分。3)降雨历时降雨的历时长度，通常可以是降雨的开始到结束时间段或者是降雨过程中某一时刻起到另一时刻截止的时间段。（2）降雨的表示方法通常采用降雨过程线和降雨累积曲线来表示降雨过程空间分布对应时间变化规律的特征。1)降雨过程线13 杭州电子科技大学硕士学位论文降雨过程线通常用曲线图或者柱形图量来反映降水量在一定时间段内的变化过程。图形中只包含降水强度、降雨时间。2)降雨累积曲线降雨累积曲线是将横坐标作为时间单位，纵坐标表示各时刻的累积降雨量。曲线上每个时段的平均坡度可以用来表示相应时段内的平均降雨强度。2.5.2降雨合成模型降雨合成模型是采用数学方法建立的降雨模型，是通过降雨过程线来描述单场降雨过程，目前采用较多的数学方法有：Huff法[29]、PilgrimandCordery法、芝加哥降雨过程线法[30,31]。当前适用于国内，也应用较多的方法是芝加哥降雨过程线法。该方法是采用与平均降雨量相同的平均降雨强度的暴雨生成雨量过程线，并且可以在降雨历时内造峰[32]。该方法合成的降雨模型，虽然对平均降雨强度有一定的影响，但仍适用于不同历时的降雨。我国的暴雨强度公式一般采用：ACPa⋅(1+⋅lg)q==（2-10）avgnn()()tb++tbdd式中q—平均暴雨强度mm/min；t—降雨历时min；P—降雨重现期；A、avgdC、b、n—研究区域所在城市的地方参数；a=ACP⋅(1+⋅lg)。A、C、b、n参数的确定可以查看全国各个城市的暴雨强度计算公式。所以a是个常数。在设计时只需确定重现期P以及降雨历时t，即可获得研究区域d的降雨动态模型。上述q是平均暴雨暴雨强度，现假设降雨历时为t，那么瞬时降雨强度为：avgddqt()avg⋅dat⋅[(1)]⋅−+nbq==（2-11）n+1dt()t+bdd式中：q—瞬时降雨强度mm。由q可以描绘出一条关于降雨强度随时间变化的曲线。通常还需要引入一个参数来描述雨峰值发生的时间即r(0=1i灵敏度参数0.2<=S<1i中等灵敏度参数0.05<=S<0.2i不灵敏度参数0<=S<0.05i3.4.3参数率定方法分析模型校准过程实质就是对模型参数率定的过程。考虑到当前许多易涝点区域都尚未建立数据采集系统，缺乏用于模型校准的监测数据。同时考虑易涝点积水模型的适用性，笔者通过研究相关文献对模型校准参数目标选取的对比分析结果，确定本文将选取综合径流系数作为模型校准的参照目标。模型多数参数的变化都会对综合径流系数结果有直接的影响，这一点也是选取综合径流系数作为模型校准参数目标的缘由之一。选取径流系数作为模型参数校准的目标函数，其原理是：将根据《城市排水设计手册》和《室外排水设计规范》选取的综合径流系数与模型模拟得到的径流系数进行对比，依据对比结果进行参数的率定。由于采用径流系数作为模型参数校准目标函数，因此可以采用降雨合成模型作为参数率定的降雨情境。采用这种方法能够简化模型参数率定的工作量，同时也能够保证模型的精度。模型参数率定过程的主要步骤归纳如下：、（1）降雨情境的合成根据地表径流特性，采用2.5节介绍的降雨合成模型的计算方法，选取不同重现期，确定降雨历时（通常选取1~2h为宜）和雨峰系数（通常选取0.375~0.5为宜），合成几场不同的降雨情境，用于本文模型的校准工作。32 杭州电子科技大学硕士学位论文（2）综合径流系数的确定参照《室外排水设计规范》手册中规定的城市地表综合径流系数，同时根据易涝点区域的土地使用情况，确定易涝点区域的综合径流系数范围。《室外排水设计规范》手册的城市综合径流系数取值范围如表3.8所示：表3.8城市地表综合径流系数取值参照表区域土地使用情况综合径流系数取值范围城镇建筑密的中心区（不透水面积>70%）0.60~0.80城镇建筑较密的居住区（不透水面积50%~70%）0.5~0.7城镇建筑较稀疏区（不透水面积30%~50%）0.4~0.6城镇建筑稀疏区（不透水面积<30%）0.20~0.5（3）选取模型校准初始参数集选取一组参数集模型输入初始参数集。将模型初始参数集分为两类：校准参数和非校准参数。对校准参数集采用3.4.2节介绍的参数灵敏度分析法计算出各参数的灵敏度。根据灵敏度排序结果确定校准参数校准顺序和调整方向。（4）模型校准参数集确定将模拟得到的径流系数和表3.8城市地表综合径流系数中相应的综合径流系数取值范围进行对比，根据对比结果对校准参数逐步迭代调整，直至满足模型精度要求。（5）参数集的稳健性验证上述模型校准得到的参数集是在单场降雨情境下确定的，这不能说明该参数集适用于其他降雨情境。为此需要选用多场降雨来验证该参数集的稳健性，确保该参数集的适用性。33 杭州电子科技大学硕士学位论文第四章实例分析4.1研究区域概况城市易发生积水现象的区域有很多，其中较为典型的区域主要有：立交桥、过街的地下通道、铁路公路涵洞、低洼地段等区域。本文实例分析选取杭州市一座典型的下穿式立交桥（铁路涵洞）作为的研究对象。该下穿式立交桥已成为杭城汛期积水“老大难”，几乎每逢强降雨必有积水出现，去年受台风“菲特”影响，最大积水深度达到2.5m。该下穿式立交桥分为上下两层，其中下层为南北向的双向六车道，左右两侧为人行通道，比涵洞路面高2.4m。南边的引道长度约为173m，坡度为2.32%，北边引道长度为236m，坡度为2.66%，涵洞路面长度为33m，坡度为0.34%。上层东西向为并联的南环路和浙赣铁路。桥底路面与上层道路最大高度差为4.5m，涵洞形状类似于倒梯形。该下穿式立交桥排水系统的设计依据“高水高排，低水低排”的原则。因此上下层路面排水系统相互独立。上层桥面雨水迎着桥面横坡坡向流入在桥面边缘设置的雨水口，经两边雨水管渠汇集后排入附近的永久河。下层道路两边边缘均设有雨篦和雨水沟渠，雨水管道的铺设方向和道路的坡向相同，路面雨水经雨篦口流入雨水沟渠再通过雨水井流入雨水管道，最终汇至最低点通过排水管排入永久河。由于上层路面排水系统和下层道路排水系统相互独立运行，为此在建模时只需考虑下层道路的排水系统。该下穿式立交桥现场如图4.1所示：图4.1下穿式立交桥现场图34 杭州电子科技大学硕士学位论文4.2模型建立流程下穿式立交桥积水模型建立的主要流程包括：建模数据的收集、研究区域的概化（子汇水区域划分、排水管网结构拓扑化）、模型精度校准、模型验证等流程。具体流程可如图4.2所示：图4.2下穿式立交桥积水模型建立流程框图确定研究对象和模型功能需求后，收集整理建模需要的数据资料。根据汇水区划分技术对研究区域进行子汇水区域划分，根据排水单元概化技术和排水管网结构拓扑化技术对研究区域排水系统进行概化。同时根据研究区域的地形、地物特点和排水系统特征以及建模目标分析模型各单元模块的数学计算方法。模型初步建立后，对模型的精度进行校准，使模型的精度达到实际模拟要求。最后，根据模拟需要，设定不同的降雨情境，对模型的适用性进行论证。4.2.1实例子汇水区域划分本模型目标对象下穿式立交桥汇水区域总面积约为18.8公顷，在建模前，首先需要对该汇水区域进行划分。由于研究区域面积较小，且地面地势起伏不大，缺乏高精度的DEM数据和详细的立交桥结构数据资料，因此不易采用GIS进行子汇水区域的自动划分。此处子汇水区域的划分将选择Google地球提供的卫星图片作为背景图，通过实地考察该区域土地使用状况和雨水口分布情况，同时结合某水务集团提供的区域CAD地形图和排水管网铺设图作为划分依据。根据地35 杭州电子科技大学硕士学位论文形坡度变化、流域的实际汇流方向以及遵循雨水就近流入雨水井的原则，采用手工划分子汇水区域。手工划分子汇水区域的三个主要步骤：1、根据区域的地形特征和土地使用情况，确定该区域的汇流方向，按照汇流方向划分为子汇水区域。2、结合每个子汇水区域的排水管网和节点分布情况，确定每个子汇水区域地表径流出口（流入哪个雨水井）。3、检查子汇水区域与周边雨水井的正确连接关系。按照上述的三个子汇水区域划分步骤，可将下穿式立交桥汇水区域划分成12个子汇水区域，如图4.3所示。图4.3下穿式立交桥子汇水区域划分图4.2.2实例排水管网概化根据某水务集团提供的下穿式立交桥下层排水管网CAD图，在SWMM模型软件上对排水管网空间结构拓扑化。根据模型的模拟指标要求，对管网结构进行简化，同时保证管网的连通性和管网水流方向和变向点的正确性。具体的排水管网概化方法和步骤可参照3.2.2节所述。下穿式立交桥下层排水管网概化后可得：共有排水管网23根，节点23个，1个排入永久河的排放口。排水管网概化的结果如图4.4所示：36 杭州电子科技大学硕士学位论文图4.4下穿式立交桥下层排水管网概化图4.2.3参数的选取与输入根据第三章对下穿式立交桥模型建模数据需求及来源分析，可以确定本文建模需要的相关参数类型，其中主要有汇水区域的相关参数、管网参数、节点参数。这些数据由两部分组成，一部分是由资料直接提供或需经过计算后得到的确定性数据，另一部分是通过查阅文献资料和研究前人的取值方法，结合研究区域下垫面、管网等特性选取的，需经过参数率定的经验数据。下穿式立交桥积水模型具体数据取值如表4.1、4.2、4.3、4.4所示：表4.1模型经验参数取值范围和初始值表参数名称取值范围初始值汇水区域曼宁不透水区域N-Imperv0.01~0.0150.013系数透水区域N-Perv0.05~0.40.24汇水区域洼蓄不透水区域Dstore-Imperv1.5mm~5mm2.54mm量透水区域Dstore-Perv3mm~8mm6mm管道曼宁系数混凝土材质Con-Mann0.011~0.0150.013最大入渗率Max.Infil.Rate65.8~85mm/hr75.6mm/hr霍顿公式最小入渗率Min.Infil.Rate2.67~3.82mm/hr3.24mm/hr衰减常数DecayConstant2~4h-13.2h-137 杭州电子科技大学硕士学位论文对研究区域排水管网概化后，根据某水务集团提供的CAD管网图可获取下穿式立交桥积水模型中各管段基础数据，如表4.2所示：表4.2管段基础数据表管段ID进水节点出水节点管段直径m管段长度m材质（圆形）GQ1JD1JD20.450混凝土GQ2JD2JD30.475混凝土GQ3JD3JD40.450混凝土GQ4JD4JD50.430混凝土GQ5JD6JD50.440混凝土GQ6JD7JD60.455混凝土GQ7JD8JD70.480混凝土GQ8JD9JD80.465混凝土GQ9JD10JD110.465混凝土GQ10JD11JD120.480混凝土GQ11JD12JD130.455混凝土GQ12JD13JD140.435混凝土GQ13JD15JD140.425混凝土GQ14JD16JD150.445混凝土GQ15JD17JD160.475混凝土GQ16JD18JD170.450混凝土GQ17JD19JD40.320混凝土GQ18JD20JD150.325混凝土GQ19JD22JD50.410混凝土GQ20JD21JD140.415混凝土GQ21JD23JD110.560混凝土GQ22JD14JD50.829混凝土GQ23JD5PFK10.8185混凝土38 杭州电子科技大学硕士学位论文根据某水务集团提供的排水管网CAD图，可获取下穿式立交桥积水模型节点（雨水井）的基础数据，如表4.3所示。表4.3节点属性数据表节点ID内底标高最大深度进水管个数出水管个数JD16.51.001JD25.751.011JD34.41.211JD43.381.011JD52.950.841JD63.451.011JD74.81.211JD86.31.011JD96.951.011JD1071.011JD116.81.021JD124.71.211JD133.61.011JD143.160.831JD153.471.021JD164.41.211JD175.71.011JD186.51.001JD195.21.501JD205.11.501JD214.91.501JD224.91.501JD236.61.201排放口2.50.81039 杭州电子科技大学硕士学位论文对下穿式立交桥汇水区域进行子汇水区域划分后，根据CAD地形图可计算出各子汇水区域属性数据。如表4.4所示：表4.4子汇水区域参数表汇水子区域面积ha特征宽坡度%不渗透性面无洼地蓄水土地使用情况度m积%不渗透性%ZMJ11.48114.20.2683.715工业园区ZMJ21.1262.750.3312.65绿化地ZMJ31.3187.80.2286.715工业园区ZMJ41.2482.40.18648荒地ZMJ50.7641.12.3296.418沥青公路ZMJ60.4229.40.3862.510建筑物和荒地ZMJ70.5931.50.3133.63耕地ZMJ84.49162.50.4226.35耕地和草地ZMJ94.83171.20.4628.36荒地ZMJ101.3785.60.4584.215居民区ZMJ110.3540.60.3492.518沥青公路ZMJ120.8441.32.6693.418沥青公路4.2.4不同降雨场景设定降雨是模型输入的上游边界条件，本文采用芝加哥降雨过程线合成模型模拟需要降雨情境。该方法合成的降雨过程线可以充分反映出各种特征的暴雨雨型，符合模拟需求。通过查阅《浙江省各城市暴雨强度公式表》可获得杭州市的暴雨强度公式：9634.9(10.927lg)+Pq=（4-1）1.008(t+31.546)式中q—暴雨强度L/s，P—降雨重现期a，t—降雨历时min；qP57.69(10.927lg)+i==（4-2）1.008167(t+31.546)其中i—降雨强度mm/min；假设降雨时常为t时，在t时段内总降雨量为：Hit=⋅（4-3）根据模拟需求，选取重现期P=1a、3a、5a、10a，降雨历时为2h，雨峰系数值r取0.375，合成四场不同降雨强的的降雨情境用于模型的模拟分析。下面以40 杭州电子科技大学硕士学位论文重现期P=5a为例，则暴雨强度公式为：95.07i=（4-4）1.008(t+31.546)当雨峰系数r=0.375时：⎧2999.082.03−tbit=<0≤t⎪tbb2.008⎪⎛⎞tb+31.546⎜⎟⎪⎝⎠0.375⎨（4-5）2999.081.22−t⎪it=不透水区洼蓄量（Dstore-Imperv）>透水区洼蓄量（Dstore-Perv）>衰减系数（DecayConstant）>不透水区曼宁系数（N-Imperv）>透水区曼宁系数（N-Perv）>最小入渗率（Min.Infil.Rate）>管道曼宁系数（Con-Mann）。（2）参数率定由上节模型参数灵敏度分析结果，可以确定本节模型校准参数的调整幅度和调整方向。率定的参数仍然是这八个水文、水力经验参数，根据灵敏度排序结果，首先对最大入渗率进行率定，其次为不透水区洼蓄量。根据这两个参数的率定情况，再对剩余的六个参数按照灵敏度排序依次进行率定。采用3.4.3节总结的参数率定方法，选取综合径流系数作为模型校准的参照目标，模型模拟得到的综合径流系数等于地表径流总量与总降水量的比值。根据研究区域不透水面积占总面积的比例为49%，参照表3.8《城市地表综合径流系数取值参照表》，确定模型模拟获取的综合径流系数应在0.4~0.6的范围内。这里采用重现期P=5a的降雨过程线作为参数率定的降雨情境，并选取降雨重现期P=1a、10a的降雨过程线用于验证率定后得到的参数集的稳健性。本文通过5步迭代计算来获取模型校准的参数集，具体的参数率定过程和方法可参照3.4.3所述。5步迭代获取的模型校准参数集如表4.6所示：表4.6基于径流系数的模型参数率定过程（P=5a）调整值率定参数初始值第1次第2次第3次第4次第5次Max.Rate75.6mm/hr71.868.0468.0464.2664.26Ds-Imperv2.54mm2.542.412.1762.1762.176Ds-Perv6mm665.45.45.4DecayCons3.24h-13.243.243.243.43.4N-Imperv0.0130.0130.0130.0130.0120.012N-Perv0.240.240.240.240.240.22Min.Rate3.56mm/hr3.563.563.563.563.24Con-Mann0.0130.0130.0130.0130.0120.012模拟径流系数0.3760.3910.4280.4650.480.51综合径流系数0.4~0.643 杭州电子科技大学硕士学位论文由于参数率定采用迭代计算方法，通常是无定解的，而且参照的综合径流系数也不是一个标准值。因此，模型参数率定能够得到多组位于取值范围内的参数校准集，通常称为“满意集”。根据表4.6模型参数率定结果，这里折中选取第五组参数集作为本次模型校准的“满意集”。选取重新期P=1a、10a的降雨情境用于验证该“满意集”在不同降雨强度下的稳健性。在这两场降雨情境下，计算得到的模拟径流系数值分别为0.472和0.527，这表明选取的“满意集”在不同雨强下仍表现出良好的适用性。因此本模型将采用这组参数集作为模型的标准输入值。4.3模拟结果分析在4.2.4节合成的四场不同重现期降雨情境下对模型进行模拟分析。主要研究分析地表径流、节点洪流、洪流时常、管道满流及整个排水管网超载运行状况。同时根据节点处的洪流量计算出路面积水面积和深度。4.3.1地表径流状况SWMM模型软件中模拟出的地表径流信息主要包括：降水总量、渗入损失量、蒸发损失量、地表径流量、最终地表蓄水量、综合径流系数。针对各子汇水区域除上述六个信息外还包括：总入流量和高峰径流。这些信息为分析研究区域积水和排水过程提供了参考。表4.7是在四场不同重现期的降雨情境下研究区域总的径流信息表。表4.7不同重现期的降雨情境下研究区域总的径流信息表重现期P/a降水总量入渗损失地表径流量地表蓄水量综合径流系/mm/mm/mm/mm数1a14.37.046.30.9540.4723a20.610.039.640.960.495a23.711.0911.550.9680.5110a28.612.5914.560.9770.527从表中可以看出，随着降雨强度的增加，各参数量都随之增大。其中入渗损失增加的趋势变缓，这是由于在一定的降雨时段内，随着雨强增大，土壤入渗饱和时间缩短。地表蓄水量增幅不大的原因是由于在四场降雨强度下，地表洼蓄量均能达到饱和状态。这些参数的模拟结果综合的反映了在研究区域下垫面属性和降雨强度对径流的影响情况。4.3.2排水管网运行状况SWMM模型软件可以提供时序图、离散点图、动态剖面图以及针对对象或变量的统计报表用于模拟结果的分析。其中管网的水流动态剖面图可以直观的向44 杭州电子科技大学硕士学位论文人们展示整个模拟过程中管网和节点处水位线变化过程。图4-10为下穿式立交桥排水管网部分剖面示意图。图中蓝色部分为管网和节点处的水位线，模型运行中可以全程观察排水管网中水位变化的整个过程。当蓝色充满整个管段时（如J7~J3间的管段），可知该管段在此时刻处于满流状态，如果时间过长，说明管网系统处于超载运行。当蓝色充满整个节点时（如J5节点），说明该节点处出现洪流现象，如果时间过长，可能会造成路面积水。图4-10管网水流动态剖面示意图（1）节点洪流状况分析节点洪流是指当节点处水位超过节点最大深度时溢出节点，滞留在地面的那部分水流。在四场不同重现期的降雨情境下，除了重新期P=1a的降雨情境下节点没有出现洪流状况。其余的三场降雨情境下均出现节点洪流状况。具体的节点洪流状况可分别参照表4.8、4.9、4.10所示。表4.8重现期P=3a节点洪流情况节点ID洪流时数h最大速率最大发生时总洪流容积最大积水深m3/s间minm3度mJD50.150.52300:561940.8JD110.010.02300:5601.0JD130.010.00900:5101.0JD140.010.04900:5000.8在降雨重现期P=3a的降雨情境下，研究区域排水系统共有4处的节点出现洪流情况。其中洪流量最大和洪流时数最长的都是节点JD5，总的洪流量为194m3，最大洪流时常为9min。45 杭州电子科技大学硕士学位论文表4.9重现期P=5a节点洪流情况节点ID洪流时数h最大速率最大发生时总洪流容积最大积水深m3/s间minm3度mJD40.010.07300:4901.0JD50.180.69100:563430.8JD60.010.07200:4901.0JD100.020.04300:5111.0JD110.090.09100:56211.0JD120.010.04900:4901.2JD130.120.05800:5091.0JD140.010.03400:5100.8在降雨重现期P=5a的降雨情境下，研究区域排水系统共有8处的节点出现洪流情况。其中洪流量最大和洪流时数最长的也都是节点JD5，总的洪流量为374m3，最大洪流时常为11min。表4.10重现期P=10a节点洪流情况节点ID洪流时数h最大速率最大发生时总洪流容积最大积水深m3/s间minm3度mJD40.010.100:4901.0JD50.230.86100:565670.8JD60.010.12100:4911.0JD90.010.03100:4901.0JD100.110.08200:51191.0JD110.140.11200:49471.0JD120.010.09100:4911.2JD130.160.06300:49161.0JD140.140.07300:4980.8JD150.110.08100:56131.0在降雨重现期P=10a的降雨情境下，研究区域排水系统共有10处的节点出现洪流情况。其中洪流量最大和洪流时数最长的都是节点JD5，总的洪流量为672m3，最大洪流时常为14min。在重现期P=3a、5a、10a的降雨情境下，洪流量最大的节点均为JD5，这说明JD5在此排水管网中是最大的“瓶颈”。除自身因素外，由于此节点汇集了各子汇水区的径流量，而出水口管径可能过小都是引起洪流最大的原因。这些洪流均会在路面产生一定量的积水。造成的的积水面积和深度将在4.3.3节分析。46 杭州电子科技大学硕士学位论文（2）管道运行状况分析模拟管道运行的目的是研究管道在不同降雨强度下，管道输水能力。管道运行状况分为正常运行和超载运行。管道超载运行是指管道中水流由重力流转变成压力流的输送状态。短时间的管道超载现象不会造成节点洪流，但会影响管道正常使用年限。长时间的管道超载运行，会导致排水不畅，使节点出现洪流，由此造成路面积水。因此通过模拟管网在不同雨强下的运行状况，可以识别存在“瓶颈”的管段，为解决路面积水问题指明了方向之一。在重现期P=1a、3a、5a、10a的降雨强度下，管道的模拟结果分别如表4.11和图4-12、4-13、4-14所示。表4.11重现期P=1a管道流量总结管段ID最大流量m3/s最大流速m/s满流流量m3/s满流深度m发生时间minGQ10.1222.330.40.4300:56GQ20.1212.480.370.4100:56GQ30.1191.830.340.700:56GQ40.1351.070.551.000:56GQ50.1230.980.51.000:56GQ60.1242.270.330.700:56GQ70.1262.580.370.4100:56GQ80.1272.170.510.4700:56GQ90.1392.000.560.5600:56GQ100.2373.040.650.5900:56GQ110.2322.520.670.800:56GQ120.2321.840.841.000:56GQ130.1811.440.661.000:56GQ140.1051.550.30.6900:56GQ150.1062.380.330.3800:56GQ160.1072.270.340.400:56GQ170.0261.40.040.5600:49GQ180.0821.970.130.6200:56GQ190.0250.50.020.5500:56GQ200.0210.640.020.5500:56GQ210.1021.340.640.5900:56GQ220.4200.940.590.9200:56GQ230.8171.861.20.8200:5747 杭州电子科技大学硕士学位论文在重现期P=1a降雨强度下，管道未出现超载现象。由表4.11可得，模型在给定的降雨强度下能够全面的模拟出管道中水流特征，包括最大流速、最大流量、最大满流量、最大满流深度和发生时间。这些信息能够为我们在设计排水管网时提供参考。图4-12重现期P=3a管段满流统计图4-13重现期P=5a管段超载统计图4-14重现期P=10a管段满流统计48 杭州电子科技大学硕士学位论文上面三幅图分别统计了在降雨重现期P=3a、5a、10a的降雨情境下，下穿式立交桥排水系统满流运行管段的数量以及满流时数和高于满流正常水流时数（超载运行时间）。在P=3a降雨强度下，有7根管段出现满流现象，占总管段数量的30.4%，满流时数最长的是GQ23管段，满流时长为19min，超载运行时长15min；在P=5a降雨强度下，有9根管段出现满流现象，占总管段数量的39.1%，满流时数最长的是GQ23管段，满流时长为27min，超载运行时长24min；在P=10a降雨强度下，有12根管段出现满流现象，占总管段数量的52.2%，满流时数最长的是GQ23管段，满流时长为37min，超载运行时长30min；由于GQ23为排水口处的主干管网，各处的支线管网水流最终汇流至该管段，致使该管段水流量最大，排水任务最重，同时受管径制约，导致该管段满流时数和超载运行时数均为最长。根据节点洪流状况统计表格可以得到，在相应的降雨情境下，节点洪流个数总是少于管段满流个数。并且管段满流的情况下，两端节点也有未出现洪流的现象，这是由于管段和节点自身都存在空隙，有一定的调节作用，只有当水流量超过管段和节点极限容储能力时，节点才会出现洪流现象。4.3.3路面积水状况分析下穿式立交桥涵洞路面积水面积和积水深度是根据节点洪流流量来计算的（洪流流量由4.3.2节节点洪流模拟结果得出），下穿式立交桥由于其结构特征，积水首先在最低处产生，两侧坡面节点洪流均流向最低处，积水面积和积水深度随着节点溢出洪流量的增加而不断增加。此处的积水面积和积水深度的计算方法将根据2.7节易涝点路面积水计算模型介绍的方法来计算。根据该下穿式立交桥路面地形高程数据，拟合得出系数A、B、C分为2217、0.36、0，雨水口（JD5）有效入流面积（实际测量）μ共为0.48m2，孔口流量系数w为0.61（经验取值）。则由式（2-30）和（2-31）可得，系数M和N值分别为1.3和0.5。该下穿式立交桥积水面积和积水深度计算公式如下：0.36⎧Sh=2187⋅⎨（4-1）0.5⎩Qh=⋅1.3式中：S—积水面积m2，h—雨水口积水深度m，Q—孔口最大溢流量m3/s。根据式（4-1）可计算出，所建立的下穿式立交桥积水模型在重现期P=1a、3a、5a、10a的降雨情境下，该下穿式立交桥涵洞路面最大积水面积和最深积水深度。其计算结果如表4.12所示。49 杭州电子科技大学硕士学位论文表4.12不同重现期设计暴雨模拟结果重现期区域降水节点溢流最大溢流溢流总量最大积水最大积水332总量/mm个数速率m/s/m深度m面积/m1a14.3000003a20.640.5231940.1611315a23.780.6913740.28138310a28.6100.8616720.441627由表4.12可知，在重现期P=1a的降雨强度下，路面积水面积虽然较大，但积水深度为16cm，该积水深度不足以影响交通的正常通行；在重现期P=5a的降雨强度下，路面积水量较大，积水区域也广，积水深度达到28cm，对底盘较低的小轿车通行会造成影响，但不足以对过往行人和底盘较高的车辆造成威胁；在重现期P=10a的降雨强度下，积水情况严重，积水深度达到0.44cm，该积水深度致使行人和车辆均无法正常通行，需采取交通管制，同时需加开额外的排水泵站，及时排除积水，恢复道路通行。4.4排水系统改造前后对比分析本文建立的下穿式立交桥积水模型不仅能用于模拟该区域的排水系统运行情况和路面积水状况，还能用于评估分析该区域排水系统工程改造效果。解决易涝点积水现象常用的方法有：改造排水管网结构，增大现有的排水管道管径，增设排水泵站或者在地理条件允许的情况下增设蓄水池等。其中增设排水泵站，作为应急排水效果较好；对管网进行改造，虽工程较为复杂，但效果相对较好，也是长远之计；而增设大容量蓄水池，往往受空间条件限制，且建设成本较高，不宜首选。本文通过对4.3节模拟结果分析后，识别出该下穿式立交桥排水系统存在的“瓶颈”，并针对“瓶颈”提出两种改造措施：增大管径，增设排水泵站。采用建立的积水模型对改造措施进行评估分析，以应验证本模型的适用性。4.4.1管径变化对排水系统的影响通过模型模拟可知，该下穿式立交桥下层路面出现积水的主要原因除了自身结构特点易于汇流外，还在于排水管网设计标准偏低。在重现期P=10a的降雨强度下，路面积水状况严重，出现洪流节点个数占43.5%，超载运行的管段数量占52.2%。根据图4-14在重现期P=10a的降雨强度下管段超载运行统计结果，将超载运行管段的管径从原来的400mm增加为500mm的管径，800mm的管径增加为1000mm的管径，保持其他条件不变，增大管径后的模拟结果如表4.13和图4-15所示。50 杭州电子科技大学硕士学位论文表4.13增大管径后在P=10a的节点洪流情况节点ID洪流时数h最大速率最大发生时总洪流容积最大积水深m3/s间minm3度mJD40.010.06700:4901.0JD50.140.55600:562150.8JD60.010.04400:5001.0JD130.010.0600:4901.0JD140.010.14100:5010.8JD150.010.06900:5001.0从表4.13模拟结果统计来看，增大管径后出现洪流节点的数量由10个减少33至6个，同时洪流量由672m减少至216m，减少了67.9%。虽然也会导致路面出现积水现象，其中最大积水深度为0.18m，与为改造前的积水深度0.44m相比，减少了59.1%，且该积水深度对通行影响不大。图4-15管径变化前后重现期P=10a的超载运行管段统计从图4-15超载运行管段统计结果来看，改变管径后超载运行的管段数量由12根减少为7根，同时超载运行时间相比原有的管径都缩短。本文也对其他三场重现期P=1a、3a、5a也进行了模拟，结果是改变管径后均未出现节点洪流和管段超载运行情况。综上所述，管径的变化对整个排水系统的排水能力有直接的影响。选择适合的管径，可以提升排水效率，减少内涝风险，同时也能节约成本。4.4.2增设排水泵对排水系统的影响通常在下穿式立交桥排水系统中都会增设排水泵站，由于涵洞路面高程低于四周，四周汇水区域产生的径流大部分最终都汇集于此，导致最低点处节点极易出现洪流现象。为此本文结合实际情况，假设在节点JD5与排放口PFK1之间设置排水泵站，同时将节点JD5改造成一个内底标高为1.5m，最大深度为2.0m，总容积为30m3的小型封闭式地下泵站前池。根据2.4.3节介绍的排水泵运行控51 杭州电子科技大学硕士学位论文制模型，该排水泵站选择以水泵径流——前池液位变化曲线作为水泵运行曲线，此处水泵的最大扬程为1.7m，在前池水位达到0.5m时，水泵启动，当水位降至0.2m时，水泵停止运行。水泵运行曲线如图4-16所示。图4-16水泵运行曲线图按照上述的改造方式，保持其他条件不变。在重现期P=10a的降雨情境下的模拟结果分别如表4.14和图4-17所示。表4.14增设排水泵站后在重现期P=10a节点洪流情况节点ID洪流时数h最大速率最大发生时总洪流容积最大积水深m3/s间minm3度mJD100.10.08200:51121.0JD110.130.13000:56391.0JD130.010.04900:4901.0JD150.010.04200:4901.0图4-15增加排水泵前后在重现期P=10a下超载运行管段统计52 杭州电子科技大学硕士学位论文从表4.14模拟结果统计来看，增设排水泵站后出现洪流节点的数量由10个33减少至4个，同时洪流量由672m减少至51m，减少了92.4%。该洪流量对通行几乎没有影响。超载运行管段数量由12根减少至10根，缩减数量不大，说明管径设计本身存在问题。综合来看，增加排水泵站对解决路面积水问题效果良好。在重现期P=1a、3a、5a的降雨情境下也进行了模拟，模拟结果是均未出现节点洪流现象。本文选择增大管径和增设排水泵站两种工程改造措施，并用模型进行了模拟分析，目的在于阐述本模型用于实际工程改造评估的可行性和适用性。实际工程改造需综合考虑改造成本、改造时间、改造后的效果等多方面的因素，才能制定准确的改造目标和具体的改造措施。53 杭州电子科技大学硕士学位论文第五章结论与展望5.1结论本文以当前阻碍城市发展所面临和亟待解决的问题——城市内涝问题作为课题研究背景，响应浙江省提出的“五水共治”口号以及国家自然科学重点基金——《城市排水管网系统建模、优化运行与控制方法及应用》的研究需求，针对城市单个易涝点建立积水模型，该模型能够用于排水管网优化设计和运行分析，同时能够为水务指挥中心提供积水预测信息，为应急调度提供良好的辅助决策。本文所研究的内容和结论如下：1、系统的分析和总结了当前城市排水系统存在的主要问题，以及引发城市内涝现象的主要原因。由此提出了利用信息化方法对单个易涝点排水系统建立计算机模型作为解决城市内涝方法之一。2、分析了当前国内外对城市内涝问题的研究现状，对已建立和使用的雨洪模型、排水管网模型做了研究和对比，总结出了各自的特点和适用性。对城市易涝点的地形、地物结构特点以及排水系统特征做了详细的分析。根据分析结果，确定采用SWMM模型软件作为建模平台。3、根据模型功能需求，确定易涝点积水模型的整体构架，由降雨合成模型、排水管网动态模型、地表径流计算模型、路面积水计算模型组成。并研究了模型在不同约束条件下的求解过程。本模型采用芝加哥降雨过程线合成降雨模型；管网动态模型采用动力波法求解圣维南方程组；采用Horton公式计算土壤渗透过程，使用非线性水库模型计算地表径流量；将研究区概化为蓄水池模型用于计算积水面积和积水深度。4、根据SWMM模型软件建模要求和本模型功能需求，对建模的相关技术：排水单元概化、子汇水区域划分、排水管网结构拓扑优化等技术做了研究。同时以下穿式立交桥为建模对象，对模型数据的分类和来源做了详细的分析。且研究了模型校准的方法，并给出了模型校准的具体步骤：参数不确定性分析、灵敏度分析、参数率定方法。5、确定建模对象——某座下穿式立交桥，根据建模流程和方法建立了下穿式立交桥积水模型。采用了Morris筛选法对模型的水文、水力经验参数进行了灵敏度分析。以城市综合径流系数作为参照目标，采用了五次迭代法对模型参数进行了率定，确定了第五组参数集作为模型最终输入值，同时验证了“满意参数集”的稳健性。54 杭州电子科技大学硕士学位论文6、在设定重现期P=1a、3a、5a、10a的降雨情境下，采用建立的积水模型对当前的排水管网系统和路面积水状况进行模拟分析。由模拟结果可知，下穿式立交桥下层排水系统在重现期P=1a的降雨强度下未出现节点洪流和管网超载运行现象。而其他三场不同降雨强度下均出现节点洪流和管网超载运行现象，同时路面也产生了积水。降雨强度越大，排水系统能力受限越突出。综合分析可确定该区域的排水系统设计标准偏低，排水系统存在“瓶颈”。7、本文根据重现期P=10a的模拟结果，识别出在该降雨情境下排水系统存在的“瓶颈”，并提出对研究区域排水系统的优化措施：增大管径，增设排水泵站或蓄水池，周边绿地改造成下凹式绿地等措施等，从而降低该区域出现积水的概率。并对增大管径和增设排水泵站两种改造措施，用模型进行了评估分析，实验结果表明该模型可用于模拟易涝点管网的水流状况，对管网改造具有一定的指导意义。5.2展望本文采用SWMM模型软件作为建模平台，以某座下穿式立交桥为实例，建立了积水模型。虽然对该模型进行仿真实验，但由于缺乏实测数据，无法对模型的实际使用效果进行验证。为此模型仍存在许多不足之处，需要后期的不断改进。本模型的不足之处和展望归纳为以下几点：1、监测数据缺乏。由于研究区域尚未建立实时数据采集系统，缺乏实测数据，以致无法使用实测数据对模型精度进行校准。2、基础数据不全。虽然某水务集团提供了大部分管网数据，但由于该区域长期进行工程改造，部分改造后的管网数据未及时更新，导致模型输入的管网数据与当前实际管网数据存在偏差，也影响的模型的精度。3、受下垫面高程数据精度影响，本模型子汇水区域划分和特征参数计算均采用人工方式。未使用ArcGIS水文分析工具进行自动划分和特征参数计算，主观因素也影响了模型的精度。希望后期能够在获取高精度的高程数据后，利用ArcGIS重新划分和计算，提升模型精度。4、在研究区域建立SCADA数据采集系统，同时拥有足够精度的高程数据和较为全面的基础数据后。利用ArcGIS强大的数据管理和分析处理能力，对模型数据进行管理和处理。对ArcGIS进行二次开发，与易涝点积水模型和SCADA数据采集系统两者进行融合，不仅能提升模型的精度，同时也能使模型具备更完善的功能。比如利用ArcGIS平台能够将模型模拟结果以三维动画形式直观展现。集成这些功能后使模型成为一个真正实用的内涝仿真、预警分析平台。55 杭州电子科技大学硕士学位论文致谢短短两年半的研究生的求学生涯即将结束，整个论文完成过程中，遇到了很多困难，但都在老师和同学的帮助下克服了。由衷的感谢我的导师、同学和家人，感谢他们给予我的支持和关心，对他们说一声谢谢。首先感谢我的导师朱亚萍教授以及杨成忠教授和徐生林老师，这三位老师学识渊博，眼界开阔，不仅在学业和科研上给予了我极大的帮助，而且在个人成长与发展中对我产生了重要的影响。三位老师的做人做事态度和魄力让我为之敬佩，以及对我们的殷切期望都使我更加感恩。在论文的完成过程中，给予了我全面的指导，让我一次次的进步。在此向我的导师致以崇高的敬意和诚挚的感谢，祝恩师们身体健康，万事如意。感谢浙江大凡科技有限公司给我在读研期间的实习机会，感谢张工、方工在我实习期间给我的指导和帮助。感谢实验室的兄弟姐妹们，感谢陆志成、郑忠杰、范利良、孙科苗、张鹏、徐高远以及我的师弟们。感谢他们在研究生期间的陪伴，感谢他们给与我的帮助，带给我的快乐。感谢一起实习的王慧琛、姚树鹤、王楠楠、尚晓波、丁煜等，还有我各位室友郭坤鹏、周帅、杨耀臻等，感谢他们两年多来的陪伴和帮助。感谢我的母校杭州电子科技大学对我的培养，感谢我的父母，他们永远是我的坚强后盾，感谢他们的支持和鼓励。最后再次向以上的各位表示感谢。56 杭州电子科技大学硕士学位论文参考文献[1]王晓霞,徐宗学.城市雨洪模拟模型的研究进展:中国水利学会2008学术年会,中国海南海口,2008[C].[2]何杨.城市排水管网水力学模型新方法及泵站节能技术研究[D].杭州电子科技大学,2011.[3]何中杰.城市分布式泵站排水系统综合节能与协调优化控制研究[D].浙江大学,2009.[4]胡伟贤.山前平原型城市雨洪模型构建及应用研究[D].华南理工大学,2010.[5]李延明,张济和,古润泽.北京城市绿化与热岛效应的关系研究[J].中国园林,2004(01):77-80.[6]张顺谦,周长艳.成都市晴天热岛效应的时空分布特征与成因[J].应用生态学报,2013(07):1962-1968.[7]刘德义,黄鹤,杨艳娟,等.天津城市化对市区气候环境的影响[J].生态环境学报,2010(03):610-614.[8]JangS,ChoM,YoonJ,etal.UsingSWMMasatoolforhydrologicimpactassessment[J].DESALINATION,2007,212(1-3):344-356.[9]WangL,WangW,GongZ.Integrityoflocalecosystemsandstormwatermanagementinresidentialareas[J].JournalofOceanUniversityofChina,2006,5(4):363-367.[10]ScholzM,YazdiSK.TreatmentofRoadRunoffbyaCombinedStormWaterTreatment,DetentionandInfiltrationSystem[J].Water,Air,andSoilPollution,2009,198(1-4):55-64.[11]谢莹莹,刘遂庆,信昆仑.城市暴雨模型发展现状与趋势[J].重庆建筑大学学报,2006(05):136-139.[12]胡伟贤,何文华,黄国如,等.城市雨洪模拟技术研究进展[J].水科学进展,2010(01):137-144.[13]岑国平,詹道江,洪嘉年.城市雨水管道计算模型[J].中国给水排水,1993(01):37-40.[14]刘俊.城市雨洪模型研究[J].河海大学学报,1997(06):22-26.[15]周玉文,赵洪宾.城市雨水径流模型研究[J].中国给水排水,1997(04):4-6.[16]赵雅娟.深圳市罗湖小区排水系统模型研究[D].中山大学自然地理学,2001.[17]仇劲卫,李娜,程晓陶,等.天津市城区暴雨沥涝仿真模拟系统[J].水利学报,2000(11):34-42.[18]王喜冬.香港岛南区雨水管网改造总体规划概述[J].给水排水,2005,31(6):103-107.[19]王喜冬.香港岛污水管网系统总体规划概述[J].给水排水,2004,30(12):103-105.[20]丛翔宇,倪广恒,惠士博,等.基于SWMM的北京市典型城区暴雨洪水模拟分析[J].水57 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