城市雨水管网模型的水文参数灵敏度分析

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1、2016年02月第O2期城市道桥与防洪科技研究159DOI：10．16799~．enki．csdqyfh．2016．02．044城市雨水管网模型的水文参数灵敏度分析王荫茵，陶涛，吕永鹏2,3(1．同济大学环境科学与工程学院，上海市200092；2．上海城市排水系统工程技术研究中心，上海市200092；3．上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海市200092)摘要：为定量分析上海某区域的SWMM模型输出的总径流量和峰值流量对输入水文参数的变化响应的灵敏度，使用修正的Morris灵敏度分析法分析了3场降雨中SWMM模型中总径流量和

2、峰值流量对水文参数不渗透性洼地蓄水(Destore—Imperv)、渗透性洼地蓄水(Destore—perv)、不渗透性粗糙系数曼宁值(Manning—Imperv)、渗透性粗糙系数曼宁值(Manning-perv)等参数的局部灵敏度。模拟结果证明，总降雨量变大，峰值流量对于参数Manning-Imperv、Destore—Imperv响应的灵敏度程度变大，并且峰值降雨强度越大，总径流量对于参数Max．InfiltrationRate、DecayConsrant、Min．InfiltrationRate响应的灵敏度随之变大。关键词：S

3、WMM；修正的Morris筛选法；灵敏度；水文参数率定中图分类号：TU99文献标志码：A文章编号：1009—7716(2016)02—0159—04O引言也提高了参数率定的效率。1研究对象与研究方法近年来，随着城市建设的不断发展，城市地面硬化，降雨径流量增加，城市内涝问题日益加剧。1．1研究对象概况雨水管理模型能够很好地模拟降雨过程中地表径该研究区域为上海某住宅区区域，汇水面积流产生情况、管网负荷情况等，能够从水文、水质、78hm，该片区内部以建筑、道路、草地为主要地表水量等方面帮助管理和控制城市的降雨径流。类型。该片区属于城市中心城

4、区，城市化程度高，SWMM(StormWaterManagementMode1)是美国环绿化面积少，以不透水地面为主，该片区的不透水保署(EPA)开发的暴雨雨水管理模型，模型能够模面积百分比为75％。拟一系列水文和水力过程，在国内外有广泛的研1．2模型建立究和应用【11。模型主要根据一系列描述子汇水区特1_2_1模型建立过程性的参数来计算降雨产生的径流量，而这些参数根据该片区的CAD管线图，简化雨水管网，保没有明确的物理含义，无法直接测量，需要对其进留雨水干管和主要检查井节点，形成概化的雨水行参数率定，因此，雨水管网模型的参数率定是保

5、管网模型，包括80个子汇水区、46根排水管道、42证雨水管网模型准确模拟十分重要的一步。然而，个节点和1个出水El。图1为概化雨水管网模型雨水管网模型通常比较复杂，参数众多，如果对每示意图个参数都进行率定，工作量太大，工作效率也不高。实际上，不同的参数在取值范围内的变化对模拟结果的影响程度不同，有些参数对结果的影响很大，而有些几乎没有影响，因此，需要在参数率定之前，对参数进行分类，识别出对模拟结果影响程度更大的参数，即灵敏度更高的参数，挑出这些图1概化雨水管网模型示意图参数进行率定，从而在保证模型的可靠性的同时，1_2_2降雨资料收稿

6、日期：2015—10—16基金项目：公益性行业科研专项(201306102)；国家自然科学该片区的降雨资料由放置在该片区的雨量计基金资助(51408225)；国家重大水专项(2013ZX07304002)记录的24h实时数据获得，通过分析整理该片区作者简介：王荫茵(1991～)，女，上海人，硕士研究生在读，从事排水管网模型优化设计及研究工作。的降雨资料，选取了2010年3场典型降雨来进行160科技研究城市道桥与防洪2016年02月第02期模拟。3场降雨的降雨过程时间序列见图2、图3、排水设计规范》(GB50014-2006)2014版

7、、SWMM图4。20100827是典型的短历时降雨，存在明显峰用户手册以及文献调研的结果综合确定(见表1)。值，峰值较大，峰形较窄。20100618和20100611则表1雨水管网模型水文参数取值范围是两场长历时降雨，降雨强度随着时间变化有着不规则波动，存在多个峰值，0618最大峰值强度达到35mm／h，而0611最大降雨强度约12mm／h。1．4灵敏度分析方法Morris筛选法是目前应用比较广泛的一种局部灵敏度分析方法_3l。它的主要思想是选择模型中图220100618降雨过程时间序列图的一个参数作为变量然后固定其余的参数，在她的取

8、值范围内随意改变反复多次运行模型得12到目标函数y()的值，用影响值判断参数的变化对lO8模型输出值的影响程度，如式(1)：e(1)＼61蔓z式中：Y为参数变化之后的输出值；Y为参数变化0』^。^之前的输出值；为参数i的