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Janet等利用SWMM对巴拉纳河流域的适用性进行了模拟,并利用实测降雨资料对模型进行率定,通过敏感性分析得出敏感性最高的参数是汇水区不透水率和不透水区地表洼地蓄水量,最不敏感的参数是曼宁系数。
王雯雯等利用SWMM模型对LID模式的水文效应进行了模拟评估,结果表明,城市化后流域的洪峰流量显著增大、洪峰时间前移、径流系数变大,透水铺装和下凹式绿地两种LID设施在有效缓解雨水管网泄洪压力的同时亦可削减洪峰流量和减小径流系数。
1.4城镇+单元
SUSTAIN模型是应用在流域+单元上较为典型的雨洪模型,其是目前国内LID/BMPs技术应用最多的模型,主要用于LID/BMPs水文水质设施的布局和优化。
SUSTAIN以ArcGIS模型为基础平台,在成本分析和技术优化的基础上,融合了水文、水力和水质分析模型,以实现城镇或单元范围内雨洪整治方案有效性和经济性的评估和分析。SUSTAIN模型包括框架管理、BMPs布局、土地模拟、BMPs模拟、传输模拟、优化和后处理程序等7个模块,不仅可以分析区域内的雨洪情况,同时也具有优化空间布局、输送设施间水文、模拟低影响开发设施水文效能等综合功能,BMPs模拟情况如图1所示。
图1SUSTAIN模型在BMP中的模拟流程
Lee等利用SUSTAIN模型评估堪萨斯州一处面积约为40.5km2区域的雨洪过程,最终模拟出径流量削减曲线和TSS污染负荷削减曲线,得出模拟区域实施的生物滞留池与透水路面两种LID设施有效削减了70%的年径流量,同时这些LID设施的最低成本为320000美元。
美国EPA为了更好诠释SUSTAIN模型的使用,选取了美国威斯康星州的UpperNorthBranchOakCreek流域作为研究案例,区域面积为11.4km2,所使用的LID设施为植生滞留池、透水铺面、干式滞留池,模拟结果表明,TSS削减率为27.3%。
唐颖利用SUSTAIN模型模拟探究了广东省环境保护职业技术学院佛山校区内各种LID/BMPs规划情景,有效设计和评估了LID/BMPs措施类型、地点分布和技术效果,对于在我国利用SUSTAIN模型开展LID措施的模型分析与设计评估具有较大的参考价值。
为研究降雨径流过程和污染负荷变化规律,董欣等以屋面为例,基于HSY和MonteCarlo方法对SWMM模型的大量参数进行优化,确定了不透水区初损填洼量等6个关键参数,较大幅度提高了SWMM的运行灵敏度和运行速度。
1.5城镇
SewerGEMS模型是应用在城镇尺度上较为典型的雨洪模型,其主要用于污水或雨污排放混合系统的模拟,尤其对雨污合流系统具有很强的管道错接和溢流模拟能力,具体应用方向包括分配和估算雨污水负荷以及分析水力和雨污混合系统溢流等,其同时具备设计和优化LID设施、模拟水质变化的能力。
SewerGEMS模型其内置了水力和水文学基本公式,在多引擎计算的基础上可以进行精确的排水系统动态模拟,同时可与独立平台、AutoCAD、ArcGIS和MicroStation实现互操作,为工程人员分析、设计和运作污水及雨污混合系统提供简洁实用的操作环境。
Mallik等在2014年利用SewerGEMS对孟加拉国西部多个不同地区的排水系统进行了水力建模,并进行了相关模型的优化和修正使其最大程度地符合实际运行状况,随后利用SewerGEMS对未规划区域的排水系统进行了模拟,制定了3个经济性较强的排水系统规划方案。
王荣和等应用SewerGEMS进行了给排水管网模型评估,分析了排水系统模型的应用和发展,提出利用生命周期分析来进行相关评估的理念,从基础数据导入、模型系统建立、模型校核、模型现状分析以及模型辅助规划等方面开展了工作,最终制定出了给排水模型系统的维护与管理措施。
2雨洪模型不足之处
城市雨洪管理模型近几年发展较为迅速,但需要清楚认识的是任何雨洪模型都有其特定的前提条件和适用范围,亦即任何雨洪模型均存在一定的限制性,故当前适用于海绵城市的雨洪模型还存在一些不足,今后需要围绕以下几点不断进行完善。
(1)模拟功能不完善
多数雨洪模型未能根据不同城市的不同基础条件对水文、水力、水质、经济和环境风险等参数进行系统整合,具体表现为:1)模型的水文物理过程和污染物去除过程机理分析仍不完善;2)模型缺少可靠性和风险分析;3)模型多数用于规划设计,用于暴雨灾害预测和预报的较少;4)多数模型参数复杂,分析计算速度较慢。
(2)LID设施评价不足
目前多数雨洪模型中的LID设施在用于海绵城市建设时可以取得较好的模拟效果,但评价机制不完整,具体表现为:1)LID设施试验或模拟多是从小实验面积或微观尺度进行,研究范围尚未扩展到城市区域和流域尺度;2)缺乏与周围排水管网系统的有机结合;3)未充分考虑单项LID设施和其他LID设施组合情况下的变化情况。
(3)模型参数不准确
我国使用的雨洪模型大多由国外公司开发设计,模型手册中的数据也多数源于国外,而我国城市下垫面、土地利用类型、土壤类型、河道类型等基础条件所涉及的模型参数与国外不尽相同。使用人员在选取模型参数时多为从模型手册中直接选定,经模型率定发现部分模型参数误差较大,在一定程度上降低了模型的准确性和科学性。另外不同城市、不同功能区的基础条件也不尽相同,在选取模型参数及进行模型率定时也要加以区别。
(4)山地城市雨洪模拟缺乏
目前多数雨洪模型在海绵城市建设中的应用限于平原或地势平坦地区,在山地或地势崎岖地区中的研究还相对较少。山地或地势崎岖地区的下垫面情况较为复杂多变,在此类型中运用雨洪模型进行模拟时需考虑的因素众多、难度较大。
3展望
(1)进一步加强雨水产汇流过程中各个环节的机理研究,深化水文水力物理过程、水质净化过程、环境因子等因素之间的耦合作用,加强雨洪模型与ArcGIS、RS、WASP和HEC-HMS等模型联用方面的研究,充分发挥各软件的优势,不断完善模拟功能和丰富模拟结果输出形式。
(2)进行LID设施模拟时,应加入和周边排水管网的衔接模拟,并充分考虑单项LID设施和其他LID设施组合情况下径流和水质等结果的变化情况。
(3)应根据城市实际基础条件因地制宜地设置SWMM模型的参数,必要时要通过试验方式确定参数数值,而非仅仅从模型手册中获取。同时,对不同城市、不同功能区所涉及的模型参数进行甄别,确保模型参数的准确性。
(4)加强雨洪模型在山地或地势崎岖地区中的模拟研究,此方面的研究应确保坡度、土地类型、土壤类型和河道参数等数据的准确性。
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