城市排水管网与内部河道耦合模拟研究-论文.pdf

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1、·管网设计与运行·城市排水管网与内部河道耦合模拟研究陆露赵冬泉陈小龙盛政。罗睿张添(1北京清控人居环境研究院有限公司，北京100083；2北京清华同衡规划设计研究院有限公司，北京100085)摘要基于城市排水管网模拟系．~(DigitalWaterSimulation)，将城市内部河道与排水管网相互关联，分析河道水位与流量控制对城市管网排水能力以及上游区域积水内涝的影响。模拟结果表明，河道在高水位条件下，会对排水管网排水产生顶托作用，造成上游检查井液位上升，雨水管道充满度上升、流速下降，同时地表积水淹没范围扩大，积水深度增加，淹没持续时间增加。因此，应在雨水管网模拟评估时，将

2、排水管网与城市内部河道进行耦合模拟评估，分析不同控制水位对排水系统的影响，确定汛期城市内部河道的合理运行水位，通过河道水工设施的动态调控，增强城市的排水防涝能力。关键词城市内部河道排水管网耦合模拟控制水位内涝风险评估0引言市排水管网的作用，忽略了城市内部河道对管网运近年来，我国大中城市频繁遭遇暴雨袭击，引发行规律的动态影响，认为排水口的水量能全部排往严重城市内涝。上海、重庆、北京、南京、武汉、西安、城市内部河道，这容易造成排水管网与城市内部河杭州等城市暴雨积涝成灾的报道屡见不鲜E。住房道的运行调控不衔接。为了更为系统和全面地分析和城乡建设部2010年对351个城市进行的专项调

3、城市排水过程的变化规律，提高排水系统建模评估研结果显示，20082010年，全国有629／6的城市发的准确性、客观性和科学性，在建模过程中考虑城市生过城市内涝，发生3次以上城市内涝的城市有内部河道的影响是非常必要的。137座。城市内涝不仅给城市的正常生活秩序带来1城市内部河道与排水管网关联模拟的方法了影响，也造成了严重的生命财产损失E。在建模过程中将城市内部河道与城市排水管网引起城市暴雨内涝灾害的原因是多方面的，如：关联主要有两种途径。传统的方法是通过设置排放城市局部气候变化、城市硬化地表面积的急剧增加、口的边界条件来控制排水口的水位，将河道水位曲排水系统设计标准偏低等因素，

4、其中城市内部河道线作为下游边界条件输入到排水管网模型中。这种与城市排水管网运行管理不衔接也是造成局部区域方法比较简单，但只能反映河网水位对管网排水的内涝的重要原因。在我国大多城市，城市内部河道单向作用，而不能反映管网排水能力对河道水位和承担了雨天排水与旱天景观的双重作用，大量城市流量的影响，适合于排水管网的径流量对水位或流雨水管网直接与内部河道相互连接，共同形成城市量影响不显著的河流与湖泊。排洪防涝体系E3l。为了达到较好的景观效果，旱季由于城市内部河道通常与排水管网连接关系密期间城市内部河道通过闸阀、橡胶坝等措施保持了切，管网排水入河将影响河道水位与流量的变化，同高水位，但

5、是由于缺乏系统性的评估分析和有效的时河道水位的变化又将同样影响管网的排水能力，应急预案，在降雨前不能及时降低到合理的控制水因此需要将城市排水管网与内部河道进行集成模位，城市排水管网系统容易受到河道高水位运行的拟[5]。通过对内部河道进行合理的概化，将城市内影响，造成局部地区排水管网不但不能向河道排水，部河道纳入排水管网模型，可以实现排水管网与内甚至存在河水倒灌现象，加剧了城市内涝的发生I-。部河道的动态耦合模拟计算。而在城市排水管网建模分析时，大多仅考虑城城市排水管网模拟系统(DigitalWaterSimula—tion)(以下简称DS)将“排水管网动态模拟计算功国家水体污

6、染控制与治理科技重大专项(2012ZX07302-001)。能”和“GIS空间关系分析功能”融合在一起，实现了给水排水Vo1．40No．102014103排水数据集成管理、空间数据查询分析、排水系统模本次研究中管网尺寸和埋深等数据根据实际测拟计算、结果展示等功能[6]。利用该平台建立排绘数据获得；汇水区面积和坡度等参数通过GIS统水管网与河道耦合模型，通过河道下游水工设施的计方法获取；曼宁系数、下渗等参数根据文献调研获水位调控，可以模拟不同河道水位情况下管网的运得；河道断面形状根据收集到的断面资料获得，包括行情况，分析河道水位对管网系统排水能力的影响，每个断面的起点距和河底高

7、程值，根据文献调研，河辅助确定汛期城市内部河道的合理运行水位，为制道粗糙率设为0．03。定合适的城市内河水位调控方案提供技术支持。另2．2降雨条件设置外，系统可进行城市一维管网与二维地表耦合模拟，本研究利用设计降雨对排水系统进行水力评体现城市溢流造成的地表积水深度、积水范围的变估，考察和研究模拟区域内的管网负荷情况和区域化，分析河道水位对城市内涝灾害风险程度的影响。内涝状况。按照当地暴雨强度公式，采用芝加哥雨鉴于这些特点，本文采用DS软件进行城市排水管型l8]生成重现期为5a，降雨历时为2h的降雨过程网