基于SWMM模型的西安市城区汇水区域划分与径流特征研究

1.绪论 (1)

1.1研究目的与意义 (1)

1.1.1研究背景 (1)

1.1.2研究意义 (2)

1.2国内外研究进展 (3)

1.2.1雨洪模拟方法研究进展 (3)

1.2.2国内外代表性雨洪模型 (6)

1.2.3 SWMM模型研究进展 (9)

1.2.4 LID研究与模拟进展 (10)

1.3论文研究内容 (12)

1.4 技术路线 (13)

1.5 本章小结 (13)

2. SWMM模型功能介绍 (14)

2.1 SWMM模型功能概述 (14)

2.2 SWMM模型原理 (14)

2.2.1模型地表产流模型 (14)

2.2.2 地表下渗模型理论 (16)

2.2.3 汇流模型理论 (18)

2.2.4 模型污染物累积和冲刷理论 (19)

2.3 SWMM模型的建模步骤 (19)

2.3.1 创建新工程 (19)

2.3.2 绘制对象 (20)

2.3.3 设置对象属性 (20)

2.3.4 执行模拟 (20)

2.3.5 结果的查看 (21)

2.3.6 模拟结果的输出 (22)

2.4 本章小结 (22)

3.研究区域模拟 (23)

3.1 研究区域概况 (23)

3.1.1 地理位置 (23)

3.1.2 地质地貌条件 (23)

3.1.3 水文气象条件 (23)

3.1.4 土壤植被 (24)

3.1.5 河流水系 (24)

西安理工大学硕士学位论文

II 3.2 研究区域雨洪内涝 (24)

3.2.1 西安市历史内涝 (24)

3.2.2 西安市内涝成因分析 (25)

3.3 排水流域划分及子汇水面划分原理 (28)

3.3.1 西安市排水分区 (28)

3.3.2 研究区域子汇水区划分 (31)

3.4 各项参数设置选取 (37)

3.4.1 子汇水区不透水比率 (37)

3.4.2 特征宽度的确定 (37)

3.4.3 子汇水区的坡度 (38)

3.4.4 暴雨设计及参数选取 (38)

3.4.5 其他水力参数 (39)

3.5 模型验证 (40)

3.6 本章小结 (42)

4.现状条件下水文过程模拟 (43)

4.1 不同雨峰系数下水文过程模拟结果分析 (43)

4.1.1 不同雨峰系数降雨设计 (43)

4.1.2 模拟结果分析 (44)

4.2不同降雨重现期下水文过程模拟结果分析 (47)

4.2.1 排放口径流过程线变化情况 (47)

4.2.2 排放口径流特征值变化规律 (48)

4.3 不同下垫面条件下水文过程模拟结果分析 (49)

4.3.1 排放口径流过程规律 (49)

4.3.2 降雨径流各特征值变化规律 (51)

4.4 本章小结 (53)

5.加装LID措施下水文过程模拟 (54)

5.1 LID主要工程措施分类 (54)

5.2 模型LID布设型式 (57)

5.3 不同LID布设型式下研究区域水文过程模拟分析 (59)

5.3.1 排放口流量过程线变化规律 (59)

5.3.2 排放口径流特征值随不同LID布设型式变化情况 (60)

5.3.3 研究区不同LID措施下径流系数变化规律 (63)

5.4不同降雨重现期下LID与现状条件下研究区域水文过程模拟分析 (64)

5.4.1 不同降雨重现期下加装LID措施排放口流量过程规律 (64)

5.2.2 不同设计重现期下加装LID措施对洪量的影响 (66)

3.2.3不同设计重现期下加装LID措施对洪峰推迟时间影响 (66)

5.2.4不同设计降雨重现期下集水区域径流系数变化规律 (67)

5.5 本章小结 (68)

6.结论与建议 (70)

6.1主要结论 (70)

6.2 不足与建议 (71)

致谢 (72)

参考文献： (73)

附录： (77)

III

绪论

1.绪论

1.1研究目的与意义

1.1.1研究背景

洪涝灾害在我们社会中是主要的自然灾害，洪水常常发生在降雨丰富、河流集中的区域，这些地方恰好又是人口居住比较稠密的地区。我国地理地形比较复杂，受季风气候影响显著，是世界上水灾频发且影响范围最为广的国家之一，大范围工业、农业生产常遭受到洪水的威胁，洪涝灾害造成的人员伤亡和财产损失在我国居各种灾害之首[1]，在城市化发展越来越高的城市地区，雨洪内涝造成的损失也逐年增加。

我国是一个传统的农业大国，在以往，防洪重心主要是放在农业上面的，但是现在的防洪现状已经悄然发生变化，特别是在近几十年以来，伴随着社会经济的迅速发展，我国城市化进程逐步加快，城市化率由新中国成立初期的20%上升到了2005年的43.6%，且在未来的20-30年里，城市化率可能超过60%[2]。现代世界正处于一个城市化的时代，先进工业化国家的经济发展，大多以城市建设为中心，自从20世纪80年代以来我国许多大城市形成了由大城市及其周围若干个县组成的类似卫星城围绕特大型城市的密集城市区域系统。在目前，国内正处于异常迅猛的城市化进程当中，2012年与1980年相比，我国城市人口从1.91亿增长到7.12亿人，城市的人口占全国总人口的比例，从19.39%上升到了52.57%，预计在2025年将会达到59%，城市化是现代社会发展的最终趋势[3]。本文研究的西安市建成区面积由1978年的95km2到2015年达到549km2（数据来自西安市统计局资料），城市面积在31年中增长幅度接近6倍，城市化进程非常快，也带来了城市内涝频发的问题。

全世界城市化发展的实践经验告诉我们：城市化发展过程会直接或者间接地影响城市水环境，从水文学方面来看，主要包含有三个城市水文问题，即城市水资源短缺、城市雨洪灾害于城市水资源污染问题。

城市化水文过程效应变化具体表现在城市地区径流过程的变化，主要由以下两个因素造成的：第一，城市区域内不透水面积比率大幅度增加，导致这些区域内雨水下渗量极大减少，洼地蓄水量也大为减小，使整个流域内径流增加，继而洪峰和洪量增大，径流系数也大大提高；第二，在城市化高度发展的区域内，为了使市区免受洪涝灾害，城市市政部门往往设置雨水管网、边沟和排水沟等一些工程措施，同时对天然河道进行疏浚整治以及裁弯取直，这些措施增加了城市汇流的水力效率，加快了汇流速度，增大了洪水总量，使得洪峰增大和洪峰的出现时间提前，反而加剧了洪水对城区的威胁。在城市区域的降雨径流的观测资料表明城市区的洪峰流量与天然流域相比会高数倍甚至数十倍，城市雨洪产生径流量的增加，加上城市地区人口比较密集，工业、商业与交通发达，建筑物集中，遭遇雨洪内涝后的损失也更严重[4]。

城市化对于水文效应的影响往往是巨大的，对城市防洪和水资源保护都是很不利的。