swmm水文模型.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：3.04M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1城市化引起的水文效应

1.1.2城市化带来的水资源危机

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3本课题的研究意义

第2章SWMM模型系统研究

2.1 SWMM模型的概述

2.1.1 SWMM模型组成

2.1.2 SWMM模型特点

2.2径流子系统模拟原理

2.2.1地面产流计算基本方程及求解

2.2.2地面汇流计算基本方程及求解

2.3传输子系统模拟原理

2.3.1传输子系统的基本元素

2.3.2管道控制方程和节点控制方程

2.4 SWMM的应用步骤

2.5本章小结

第3章SWMM模型在研究区域的建立

3.1研究区域排水系统的概化

3.2 SWMM模型参数的确定

3.3设计暴雨的计算

3.3.1不同频率点雨量计算

3.3.2任一历时设计点雨量

3.3.3北京24小时不同降雨频率设计暴雨分配结果

第4章推理公式法-计算洪峰流量

4.1推理公式法

4.2推理公式法系数C

4.3重现期修正系数

4.4推理公式系数C的确定

第5章降雨强度、不透水面积比例对雨洪的影响

5.1两种方法计算洪峰流量的对比

5.2降雨频率对雨洪的影响

5.3不透水面积比例对雨洪的影响

5.4本章小结

第6章透水砖、下凹式绿地对雨洪的影响

6.1不同降雨频率时的模拟结果

6.1.1降雨频率P=5％的模拟结果

6.1.2降雨频率P=10％的模拟结果

6.1.3降雨频率P=20％的模拟结果

6.2两种雨洪措施下洪峰流量对比

6.3两种雨洪措施下径流系数汇总

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

北京工业大学硕士学位论文基于SWMM的北京市暴雨洪水模拟分析姓名：晋存田申请学位级别：硕士专业：市政工程指导教师：赵树旗20090501

摘要摘要随着城市化的发展，城市化面积和城区下垫面发生了很大的变化，降雨产汇流规律也发生了较大的改变。在相同量级别降雨情况下，由于不透水面积的增加，致使产流量增加，径流系数加大，洪峰流量明显增大。这不但给下游的防洪排涝带来很大负担，宝贵的雨水资源也被排放出境，未得到充分的利用。为了减轻城市暴雨洪水的灾害就必须深入的认识不同下垫面对雨水产流、汇流的影响；为了能够收集利用宝贵的雨水资源，就必须对雨洪利用措施——下凹式绿地、铺设透水砖、蓄水池等进行相关的研究。因此本文选择美国环保局开发的SWMM(StormWaterManagementModel)模型，对城市雨洪进行了模拟分析。首先，分别运用传统的推理公式法和SWMM模型计算不同降雨频率条件下的洪峰流量，并进行对比分析，结果表明SWMM模型能够满足工程的需要，验证了SWMM模型的准确性和可行性。其次，基于SWMM主要从“不同降雨频率条件下”，“不同不透水面积比例条件下”进行雨洪模拟，计算分析地面产流、汇流以及排水管道主要断面洪峰流量的变化情况。结果表明，随着不透水面积比例的增大和降雨强度的增大，雨水的入渗量减少，产流量增大，城市洪峰流量明显增大，径流系数增大。最后，研究了铺设透水砖和下凹式绿地两种雨洪措施对城市雨洪的影响。结果表明铺设透水砖在降雨强度较大的地区雨洪利用效果明显，下凹式绿地在降雨强度较低的地区雨洪利用效果明显，在降雨强度变化剧烈的地区可考虑两种雨洪措施联合的方式，并根据当地的实际降雨情况、城市排水管网运行能力以及防洪排涝标准进一步确定铺设透水砖和下凹式绿地的面积比例。关键词：SWMM；透水砖；下凹式绿地；推理公式法；雨洪资源

ABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofurbanization，theareaandsurfaceofurbanchangealot，therainfallproductionandaffiuxrulesalsohaveabigchange．Underthesameconditionofrainfall，therainfallproductionandrunoffcoefficientandpeakflowallbecomebigeraccordingtotheresultofimperviousareabecominglargerandlarger．Notonlythisbringsabigburdenforfloodpreventionatdownstream，butalsodischargesrainresources，rainwaterresourcesdoesnotbefullyutilized．Inordertoreducetheurbanstormflooddisaster,itneedsathoroughunderstandingonrainfallproductionandaffiuxunderdifferentconditions；Inordertocollectandusevaluablewaterresources，itneedsaresearchonrainwaterutilizationmeasuressuchaspermeablebrick、sunkenlawnandreservoir．SothispaperstudiesonanareaofBeijingbySWMM，whichisdevelopedbyU．S．EnvironmentalProtectionAgency．First，usesbothreasoningformulaandSWMMtocalculatethepeakflowofdifferentfrequencies，thenitshowsthatSWMMmodelsimulationsCallmeettheneedsofprojectsandverifiestheaccuracyandfeasibilityofSWMMbydoingacomparativeanalysis．Second，simulatesstormfloodunderdifferentconditionsbySWMM，includingdifferentfrequenciesofrainfallanddifferentproportionsofimperviousarea．Thenanalysisthechangesofrainfallproduction、rainfallaffiuxandthepeakflowofthemaindischargepipe．Theresultsshowthatrainwaterrunoffandpeakflowareincreasingsignificantlywiththeincreasingoftheintensityofrainfallandthepercentageofimperviousarea．Atlast，thispaperhasaresearchonrainwaterutilizationmeasures，suchaspermeablebrick、sunkenlawnandreservoir,caculatestheirinfluencesonurbanrainwater．Theresultsshowthatpermeablebrickmeasurehasagoodeffectundertheconditionofgreaterwaterintensity,sunkenlawnhasagoodeffectundertheconditionoflowerwaterintensity．ItCancombinethetwomeasuresundertheconditionofrainwaterchangingintensivly,anddeterminesthearearatioofpermeablebrickandsunkenlawnaccordingtotherealrainwaterintensityandthedischargingabilityofdrainagenetwork．Keywords：SWMM；permeablebrick；sunkenlawn；reasoningformula；rainwaterresources．II

独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：置盘里导师签名：基垒盘邀日期：三咝

第l章绪论1．1研究背景第1章绪论城市是一定地域范围内非农业人口和产业高度密集的自然综合体，它是人类社会发展的必然产物，也是人类文明进步的标志。到2000年全世界有54．7％的人口居住城市，一些发达国家这一比例高达80％以上，同时城市也集中了人类绝大部分的经济和消费活动，使得其成为受人类活动影响和改造最为强烈的区域。城市化的进程中，带来的是人口在城市的聚集，城市工业化程度的不断提高和向郊区的扩张，成为人类活动影响环境的重要因素。人类通过大规模的改变城市区域的下垫面，大量建设人工构筑物，高强度的人为开发活动改变了城市环境自然结构、物质和能量的运动方式和强度。因此城市是研究人与自然关系的相互作用最为典型和最有意义的区域。1．1．1城市化引起的水文效应城市化是社会经济发展的一大主题，也是现代文明发展不可逆转的走向。目前我国正以世界罕见的速度推行城市化，我国的城市数量己增加到660多个，城市化水平为41．8％，预计到2010年我国的城市化水平将达到45％，本世纪中叶城市化率将提高到75％左右。城市地区的经济对国内生产总值的贡献率己经超过70％，全国城镇人口达到5．4亿人，城市人口占总人口的30％左右，预计到2020年前后可达到50,-一60％[11。据国家统计局提供的数字，1990年到2001年11年间，我国地级市数量由188个增加到269个，城市覆盖的面积达408．9万kmz，增加了219．2万km2t21城市化使经济飞速发展，城市规模不断扩大，城市人工建筑物不断增加，但同时城市化的发展也带来了城市水资源短缺，城市雨洪灾害和城市水环境污染等问题，引起一系列的水文问题，见图1．113j1．1．1．1城市化对水循环的影响水分的蒸发、凝结、降落(降雨)、输送(径流)循环往复运动过程，称为水分循环。天然流域地表具有良好的透水性，雨水降落时，一部分被植被截留蒸发，一部分降落在地面填洼，一部分渗到地下，补给地下水，还有一部分涵养在地下水位以上的土壤空隙内，其余部分产生地表径流，汇入受纳水体。据北美洲安大略环境部资料，城市化前，天然流域的蒸发量占降水量的40％，地面径流占10％，入渗地下水量占50％。城市化后，由于人类活动的影响，天然流域被

北京T业人学T学硕十学位论文开发，土地利用状况改变，植被受到破坏，混凝土建筑、道路、工厂区、商业区、住宅区、运动场、停车场、街道等不透水地面大量增加，使城市的水文循环状况发生了很大的变化，降水量增多，但降水渗入地下、蒸发及填洼的部分减少，而地表径流的部分却大量增加。城市降雨后，蒸发量减少为25％，降水入渗地下的部分减少为32％，而产生地面径流的部分增大，由地表排入地下水道的地表径流量为43％【4J，这种变化随着城市化的发展，不透水面积率的增大而增大。下垫面不透水面积的百分比越大，土壤下渗量越小，地面径流越大。1．1．1．2城市化对水文过程的影响城市化对水文过程的影响主要体现在对城市降雨的影响，对流域下垫面的影响，对雨洪产流特性的影响和对雨洪汇流特性的影响等方面。(1)对城市降雨的影响随着城市化程度的提高，城市人口大量增加，工业、商业高速发展，污尘排放量显著增加，使城市温度明显偏高，形成热岛效应，造成市区降水量增多【51。美国V巧ayP．Singh教授对城市化带来的城市化区域气候变化和降雨变化进行了研究，结果表明【6，‘7】：城市化区域降雨雨量比农村降雨雨量多5％"--10％。市区降雨量大于近郊雨量，平均增雨为6％；市区和其下风的降水强度要比郊区为大，降水时空分布趋势明显，降水以市区为中心向外依次减小；城市化后会使暴雨雨日增多。(2)城市化对产流特性的影响城市化将天然流域下垫面改变为楼房的屋顶、道路、街道、高速公路、机场、停车场、商业区、广场、公园及建筑工地等不透水地表，不透水面积大量增加，降雨的下渗量和蒸发量大大地减少，增加了有效雨量，因此地表径流系数、径流总量、洪峰流量都会显著增加；另外，由于城市化后的地表渗透能力不足，致使地下水的补充不足，造成地下水位降低，壤中流和基流减少。·(3)城市化对汇流特性的影响城市的不透水地表坡度增加，糙率减少，地面汇流速度加快。城市雨水管网的铺设，天然河道的疏通整治使雨水流向排水管网更为迅速，河道汇流的水力效应增加，汇流速度增大，汇流时间缩短，加之天然河道的调蓄能力减小，使得城市区内产汇流过程发生变化，进而导致雨洪径流、洪峰流量增大，峰现时间提前，行洪历时缩短、洪水总量增加，洪水过程线呈现峰高坡陡。据Espey等的研究【舢，城市化地区洪峰流量为城市化前的3倍，涨峰历时缩短1／3，暴雨径流量的洪峰流量为城市化前的2"--'4倍，这取决于河道的整治情况和城市的不透水面积的比重及排水设施等。(4)对流域下垫面条件的影响2

第1章绪论流域的天然下垫面一般植被良好，下渗能力较大，但城市化使其改变为楼房的屋顶、道路、街道、高速公路、机场、停车场、公园及建筑工地等，不透水面积大量增加，使天然的径流过程改变为具有城市特性的径流过程【8】。城市化对天然河道进行改造和治理，天然河道被截弯取直，疏浚整治，设置路旁边沟，雨水管网，排洪沟渠，增加了河道汇流的水力学效应。同时河道漫滩被挤占，使河槽过水断面减小，行洪能力减弱。据估计，盲目地利用河滩地和不断扩大不透水面积，百年一遇洪水可增加6倍pJ。城市化前后的雨洪过程变化如图1．2所利明城市化上I◆◆人口密度增建筑物密度增I◆1r上上上上l需水量增加废污水量增加不透水面积增加排水系统改变r城市气候变化V，v，l地下补给量减少暴雨水质恶化径流量增加流速增大J上J占l基流减少受纳水体质量下降洪峰流量增大H汇流时间缩短上上上I水资源问题污染控制问题洪水控制问题图1-1城市化水文效应，Fig1-1Hydrologicaleffectofurbanization

北京T业大学T学硕卜学位论文流量Q时间t图1-2城市化前后的雨洪过程对比【91Fig1-2Rainwaterprocesscontrastbeforeandafterurbanization1．1．2城市化带来的水资源危机随着城市化的进程，城市规模越来越大，城市人口增加，工业迅速发展，城市需水量急剧增加。据2000年的统计资料显示，我国目前14个省、自治区、直辖市的人均水资源拥有量低于国际公认的1750m3用水紧张线，其中低于500m3严重缺水线的有北京、天津、上海、河北、山西、江苏、河南、宁夏、山东等9个省区市，在全国669个城市中，400个城市常年供水量不足，其中有110个城市严重缺水，日缺水量达1600万m3[10】。尤其在我国经济比较发达、人口比较密集的地区，水资源短缺特别严重，供需问题十分突出。目前我国地表水利用率已达43％"-48％，地下水开发程度达40％"-48％，许多城市超量开采地下水，地下水位下降，地下水资源日趋枯竭，不仅加深了水资源危机，而且使地面沉降漏斗面积不断扩大，造成地面沉降、建筑物倾倒、倒塌、沉陷、地下水管道破裂、海水倒灌等问题。如天津市近年来由于人口激增，工业不断发展，城市用水量增加，造成水资源紧张，供应不足，据估计，天津市每年缺水达26．2亿m3，由于过度开采地下水，市区地下水位不断下降，使全市多处地方出现地面沉降。与此同时，随着城市建设的不断发展，不透水面积逐年增加，传统的雨水处4

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