赵冬泉-基于数字排水技术的城市雨洪综合利用方案设计与评估1汇编

1、 内容提要 研究背景 雨洪控制技术的发展和应用 数字排水平台(DigitalWaterTM DS)介绍 雨洪控制方案设计与评估 雨洪控制方案设计流程 雨洪控制案例应用 结论和展望 城市发展带来的问题 不透水地表显著增加 对水文循环过程产生 重要影响 地表径流量增加 峰值流量增加 峰值发生时间提前 增加城市洪水发生的 风险 带来严重的城市水体 污染 国内外雨洪控制技术体系 技术体系 最佳管理实践（Best Management Practice, BMP） 低影响开发（Low Impact Development, LID） 可持续性城市排水系统（Sustainable Urban Draina

2、ge Systems, SUDS） 水敏感区域城市设计（Water Sensitive Urban Design, WSUD） 低影响城市设计与开发（Low Impact Urban Design and Development, LIUDD） 共同特点 通过对降雨径流过程的控制，在减轻城市排水系统压 力的同时，减少城市径流的负面影响，具有更好的可 持续性。 雨洪控制技术推广的问题 BMP和LID等城市降雨径流控制理念已经得到了人们的普 遍认可，但工程实践中成功应用的实例仍然较少。 原因之一：雨洪控制是一项综合性强的系统工程，涉及的 学科和部门较多，控制措施的设计需全面考虑当地的土地 利用状况

3、、水文特征、土壤类型、气候和降雨特征等因素。 原因之二：由于雨洪控制方案设计较为复杂且无法通过简 单计算预知实施效果，缺乏有效的设计评估工具。 数字化排水管理与分析模式 n支持规划方案数据管理与评估 n多源数据集成显示，基于汇水关系与复杂网络进行排水系统的资 产管理解决家底不清、资料混乱的问题解决家底不清、资料混乱的问题 n构建模型对排水系统运行状况进行评估、发现管网缺陷点，并对 改造方案进行设计评估解决排水系统状态评估的缺乏科学手解决排水系统状态评估的缺乏科学手 段的问题段的问题 n基于模型对规划方案进行不同降雨情景的评估分析，提高规划设 计方案的科学性解决规划方案合理性难于评估的问题解决规

4、划方案合理性难于评估的问题 n支持排水系统的可靠运行 n事故应急处理实现发生前能进行预测，发生时能快速处理实实 现防患于未然现防患于未然 n支持排水管网的跨流域调度分析，指导管网调度 n实现集团化管理模式改变分散、不系统的管理模式改变分散、不系统的管理模式 n实现排水管网巡查养护工作的全流程精细化监管理解决管网解决管网 养护管理随意性大，难以监管的问题养护管理随意性大，难以监管的问题 数字排水平台的技术架构 空间数据与属性数据 的统一存储 GIS分析与专业模拟 的统一规划 数据管理与网络分析 的统一开发 专业应用与综合分析 的定制开发 排水管网软件（DigitalWaterTM DS） 模拟常

5、见管道及附属设施模拟结果数据表模拟结果统计 模拟结果专题图 模拟结果曲线图事件追踪管理 排水管网模拟软件的扩展功能 管网监测扩展模块管网规划设计扩展 模块 空间资料管理扩展 模块 户线接入管理扩展 模块 管网三维扩展模块暴雨生成扩展模块模拟结果率定扩展 模块 用户权限管理扩展 模块 管网模拟分析多窗口动态展示技术 基于数字排水的雨洪控制方案设计 与评估流程 多源数据集中管理模块、设计暴雨生成模块 动态模拟分析模块、模拟结果多视图展示 案例分析与应用模型构建 实验小区总面积约为12.9 ha，属 于典型的文教区，下垫面主要由 屋顶、路面、草地等三种类型构 成，各占47%、13%、40%。实 验小

6、区地形较为平坦，降雨径流 由独立的分流制管网收集后排入 临近河道。 模型概化后共包括26个汇水子区， 65个节点和64根管道。参数率定 采用蒙特卡罗方法（Monte Carlo），采用Nash-Sutcliffe效率 系数评价模拟结果曲线与监测序 列的吻合程度，率定和验证结果 证明构建的模型较为可靠。 案例分析与应用现状模拟结果 参照北京市暴雨强度公式，采用芝加哥法生成1年一遇、历 时120 min、雨峰系数为0.2的前峰型降雨，降雨量45.7 mm。 雨洪控制方案设计前 3个节点溢流量较大 溢流总量191 m3 案例分析与应用改造方案设计 具体措施包括： 将小区不透水路面改造为透水铺装； 在

7、屋面比例大于70%的汇水区中，将屋面改装为绿 色屋顶； 对溢流节点对应的汇水区，设置具有渗透和储水功 能的滞留塘。 修改模型参数： 在上述雨洪控制措施实施后，研究区域不透水比例从 60%降低至34.5%； 设定透水砖、绿色屋顶对COD的去除效率分别为30%、 50%； 在设置滞留塘的汇水区设定“透水区洼蓄量”为0.3m。 案例分析与应用方案效果评估 雨洪控制方案设计后 各汇水区净径流量减少， 无节点发生溢流，排水系 统出流过程相对平缓； 洪峰流量由1.04 m3/s减 少至0.74 m3/s，降低了 28.84% 总径流量显著降低，由 2.61103 m3减少至 1.98103 m3，降低了

8、24.27%； 总COD负荷由63.31 kg减 少至53.05 kg，降低了 16.21%。 案例分析与应用多情景对比 现状模拟结果 5年一遇降雨 方案效果评估 10年一遇降雨 结论与展望 （1）雨洪控制综合措施的成功应用需要以成熟完善的排水管理分析 工具做为工作平台，数字排水平台通过对GIS和相关排水模型的集成 开发，可用于设计和优化雨洪控制方案，并定量评估其实施效果。 （2）对实验小区实施透水砖铺装、绿色屋顶和滞留塘等措施后，系 统降雨径流量和COD污染负荷显著降低，缓解了小区内的雨天积水状 况，并降低了小区内的非点源污染。 （3）由于降雨事件的强度、历时、雨型具有高度随机性，推荐采用 实测的连续降雨过程或不同重现期的降雨过程对雨洪控制措施的实施 效果进行分析和优化调整，分析方法与本文介绍方法相同。 （4）目前我国雨洪