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城市暴雨径流计算模型

2020-04-09 21:00

对城市暴雨径流过程进行分析计算的一种数学模型。它是水文模型的一种,主要用于城市防洪、排水和水污染控制。

城市的暴雨径流过程包括城市暴雨过程、产流过程、汇流过程以及暴雨径流中污染物的冲洗和汇集过程。与一般流域的径流过程相比,城市暴雨径流过程有其特殊性:①城市有大量的混凝土、沥青地面和屋面,其地表入渗量大为减少,产流量明显增加。②城市有比较完善的人工排水系统,其汇流过程与天然河渠有明显区别,汇流速度快,使洪峰比较集中。③城市降水径流中污染物较多,除地面径流冲洗垃圾、灰尘、工业废料等引起的污染外,还有当采用合流制排水系统时,管渠污水溢流引起的污染。因此用普通的流域水文模型难以准确计算城市的暴雨径流的水量和水质,需要有专门的城市暴雨径流计算模型。

城市暴雨径流量常用推理公式计算,但只能计算洪峰流量,无法计算流量过程线。为了更好地分析和预测城市排水系统中的径流和污染状况,从20世纪70年代开始,国际上研制了不少城市暴雨径流模型。著名的有美国的暴雨水管理模型(SWMM),贮蓄—处理—径流模型(STORM)和伊利诺伊城市排水模型(ILLUDAS)以及英国的TRRL模型,丹麦的MOUSE模型等。中国近年来也开始研制了一些城市暴雨径流计算模型,如城市雨水道计算模型(SSCM)等。

城市暴雨径流计算模型按主要功能可分为规划模型、设计模型和管理模型3类。规划模型研究未来各种工程和非工程措施条件下的城市径流状况,为这些工程的规划提供依据。设计模型主要研究城市设计暴雨以及雨水管渠中各部分的径流量,确定各种排水设施的尺寸,还可对已经存在的排水系统进行校核。管理模型能够模拟和预报实时的城市排水系统各部分的水量和水质,并能对雨水进行控制和管理。上述模型功能的划分并不是绝对的,许多模型往往有多种功能。如美国环保局的暴雨水管理模型(SWMM),除主要用于雨水的管理,也可对雨水管渠尺寸进行设计。该模型由暴雨模块、径流模块、输送模块、扩充输送模块、存贮和处理模块及受纳水体模块等组成,能模拟地面、管道和雨水存贮、处理构筑物中的水量、水质过程,以及对受纳水体的水质影响,功能较全面,在许多国家得到应用。中国研制的城市雨水道计算模型(SSCM),主要用于城市雨水管道的设计。模型包括设计暴雨、城市产流、地面汇流、管渠汇流、雨水管道设计等5个子模型。其中设计暴雨子模型包括暴雨总量和时程分配的计算;地面产流子模型包括不透水区产流和透水区产流两部分,不透水区产流采用变径流系数法计算,透水区产流采用下渗曲线法计算;地面汇流采用变动等流时线法计算;管渠产流采用时间漂移法和运动波法计算;雨水道设计部分可进行圆形、矩形或梯形等多种管渠的设计计算。此外,还可对已经修建的排水系统进行校核,确定各部分输水能力是否满足要求和不满足要求处的溢流量等。

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