【基于SWMM的城市暴雨内涝探究开题报告（附提纲）5400字】

项目名称基于SWMM的城市暴雨内涝研究项目来源项目经费拟完成时间主要内容1、研究背景近年来，北京、广州、武汉等国内大城市相继因暴雨而发生严重的城市内涝，城市内涝的频率和规模也在逐年扩大，轻则造成城市交通拥堵，重则造成人员财产损失，城市内涝所带来的一系列的社会经济问题成为困扰城市发展的主要灾害因素，城市化和现代化步伐的加快，暴露出大城市在防御气象灾害方面的脆弱性。统计显示2010年到2015年全国有351个城市，近70%的城市发生过内涝，平均每次城市内涝的损失都超亿元，城市暴雨内涝形势的严峻性，全世界范围内的城市都在为减轻暴雨内涝灾害而进行着各种各样的努力的尝试，而各国的水利方面的专家和学者也在为降低暴雨内涝灾害损失而进行探索和实验，城市暴雨内涝所引发的一系列的问题越来越成为人们关注和研究的热点。一方面，在全球气候变暖的大背景下，气象灾害呈多发、重发的趋势。异常气候所引发的暴雨、台风、山洪地质灾害等极端天气气候事件的发生频率和影响范围呈现增加趋势。人类的活动对城市气象的影响力越来越显著，城市规模的扩大，城市绿地面积的减小，城市是高程建筑的集中区，阻碍了热量的散发，城市的局地热岛效应明显，热岛环流加剧了城市上空的热对流，加之城市上空的污染物的增多，有利于凝结核的形成，极易引发城市局部暴雨，暴雨具有历时端、雨量大、频率高等特点，由暴雨所易发的城市气象灾害相比与其他的气象灾害对城市的影响更为严重，由城市热岛所诱发的“城市雨岛效应”是城市暴雨进而产生内涝的直接诱因。另一方面，伴随着我国GDP的不断增长，城市化进程在加快，城市规模在不断扩大，城市排水系统的规划早己更不上城市化进程，快速的城市化进程与低速的排水管网改造速度直接的矛盾日益尖锐，盲目的城市化进程造成的原有的城市排水标准过低；城市硬化面积增加，渗透性变差；城市规划赶不上城市化；排水系统建设滞后，自然水塘或城市河道的消失，老城区排水设施改造困难等等问题成为大城市内涝频频的主要原因。在国外为防范城市内涝，设置了极高的城市排水标准，日本东京拥有世界最高效的排水网络，保证了城市排水系统安全。成为可资借鉴的目标，2010年的上海世博会，提出了城市雨水综合利用理念，对城市合理用水、高效排水进行了探索和实验。2、研究的目的和意义2.1研究的目的论文课题通过对城市内涝灾害发生的原因和特点的分析，进行城市内涝风险等级划分的研究，以确定内涝等级与积水深度的关系。并在暴雨内涝风险等级划分标准和暴雨内涝积水试验研究的基础上，提出城市暴雨内涝风险识别技术。其次利用城市暴雨内涝风险识别技术，分析降雨在不同暴雨强度下造成内涝等级的大小。详细介绍SWMM软件的背景、应用以及模型的操作和参数的设定;以实际的排水管网为基础，构建城市降雨径流模型，分析研究区域排水管网的排水能力与内涝的形成机理总结归纳研究区域排水管网在城市防洪防涝方面存在的缺陷和不足。2.2研究的意义我国是一个发展中国家，社会发展一直是国家发展的重要战略之一。而城市雨水排水系统的落后、城市内涝的频繁发生，严重制约着社会的发展，因此如何解决城市内涝问题，如何避免城市内涝造成的损失是我们面临的一个重要课题。2413年国务院提出的《关于加强城市基础设施建设的意见》，计划用10年时间来解决城市内涝问题；“十三五”规划建议也提出，要加快防洪防涝等设施建设，可见国家对城市内涝问题的重视。然而城市内涝的发生总是不可避免的，即使是在排水系统先进的国家，例如东京、纽约等国际大都市，也发生过严重内涝灾害。历史经验告诉我们，仅仅依靠工程措施来防止城市内涝的发生是不可能实现的，但目前城市内涝问题已经对我国的社会发展造成了严重影响，所以应用一些非工程措施，如城市内涝风险识别、预警等技术来避免或减少城市在内涝发生时损失，是目前我们最需要考虑的问题。而对于成都市的暴雨内涝研究更具现实意义，成都市是中国快速城市化的典型城市，截止2015年成都市中心城区建成面积为400平方公里，且以每年10平方公里的速度在扩张，成都市域内总人口将达810万人，城镇化率为65，中心城区总人口将达400万人，而统计显示，自2006年开始成都市平均每年遭遇严重暴雨内涝灾害(降雨量大于100毫米)次数为15次，平均每年的暴雨内涝灾害损失超过2亿元，城市暴雨内涝灾害己成为制约郑州城市发展的主要因素，因此成都市的暴雨内涝研究对提高城市气象防灾减灾能力有重要的意义。3、国内外研究概括3.1国外研究现状国外对城市雨洪径流模型的研究起步较早，欧美、日本等发达国家在上世纪60年代，为了解决城市内涝和城市排水等问题，就开始了城市雨洪径流的研究。到了70年代开始提出针对不同使用目的和需求的几种城市雨洪径流模型。国外无论是在模型理论方面上的研究还是对模型软件的开发都在国际最前沿。比较典型的模型有:暴雨洪水管理模型，蓄水、处理和溢流模型、城市排水系统模型、沃林福特模型、暴雨洪水管理模型是最早开发的，也是应用范围最为广泛的一种城市雨洪径流模型。最初开发于1971年，是美国环境保护署出资，联合美国水资源有限公司、梅特卡夫有限公司和佛罗里达大学共同研发。SWMM模型提供了地表产流、地表径流、管网汇流和水污染负荷量的模拟分析，地表径流的模拟计算采用非线性水库模型进行模拟，管网的汇流过程用圣维南方程来分析，水污染负荷量的模拟则采用累积一冲刷模式进行计算。所以SWMM模型可用于城市现有排水系统的能力分析，在城市排水系统规划和设计方面也有着广泛的应用。沃林福特模型(Wallinford)是在1981年英国为了解决城市排水系统设计不合理和城市内涝灾害评估困难的问题，由英国环境部水利研究院研发的城市雨洪径流模型。该模型主要包括地表径流模块、管网计算模块(简单和复杂)和水质分析模块，可以进行城市水循环过程的模拟分析，城市雨水、污水排水系统能力模拟。3.2国内研究现状我国的城市防洪、排涝的相关研究起步于上个世纪80年代，近几年呈较快发展趋势，相关研究成果颇丰。目前来讲，我国的城市排水防涝理论与技术处于研究示范阶段，大规模的推广还没有正式运用，相关法律法规还不是很健全。谢映霞从城市规划的角度分析了暴雨内涝产生的原因，对城市排水防涝规划现状进行了深入分析和研究，提出了构建城市大排水系统的理念，开展城市内涝灾害评估，优化城市排水系统与暴雨综合防治方案。刘超针对福州市的排水现状及存在的问题，重点分析了江北城区的内涝原因，进行涝水量的计算，并提出整治方案。陈利群等分析了城市暴雨内涝的总体原因，认为全球气候变化，城市不透水面积的不断扩大，雨洪设施消纳暴雨能力不足，综合调度和管理体制不健全是城市内涝产生的一个主要原因。侯玉栋等通过对2011年媒体报道我国暴雨事件的统计分析研究，提出了就地排除雨水径流，在雨水口控制雨水径流，管理措施，模拟城市暴雨水文过程等措施来降低城市内涝风险。芮孝芳结合水文学与水力学基本原理，总结了中国城市排水问题存在的主要原因：城市快速粗放的发展模式；城市建设重视地表轻视地下；排水系统设计标准偏低；城市排水排涝意识淡薄，灾害预报预警能力不完善等。刘武艺等人提出将雨水资源化利用加入到城市排水系统的规划和设计当中，充分运用系统的特长，减缓缺水型城市的水资源紧张问题。我国一些大城市如北京、上海、天津、南京、大连、西安、哈尔滨等城市陆续开展雨水资源可持续利用的相关研究，在一些地区建造了示范性工程。北京是严重缺水城市，在这个方面研究处于国内前列。1998年对雨水可持续利用技术开展了研究，在2000年开始启动住宅小区雨水利用项目，到2007年底已有400多个雨水利用项目。近几年，我国学者和工程技术人员相继应用地理信息系统GIS、空间技术、预测技术、计算机集成技术、物联网技术等将城市排水系统的规划和设计向着信息化、集成化、智慧化、绿色化方向发展。4、研究思路及方法4.1研究思路本文在对暴雨内涝概念及组成要素、城市内涝形成的影响因素分析等进行理论基础上，对SWMM模型的五大原理进行详细的介绍，并基于SWMM的城市暴雨内涝研究，对成都市内涝模型的建立及数据处理进行分析，根据模型在不同重现期中模拟结果，进行雨水管网排水能力评估。4.2研究方法首先查阅和整理文献资料，收集研究区域资料，包括研究区域的地形图、研究区域的自然气候、研究区域的详细排水管网图等。在资料收集齐全之后，把研究区域的排水管网图形在CAD中进行模型概化。当研究区域的排水管网图形概化好之后以源文件的形式导入SWMM软件中，逐步设置SWMM软件所需参数数值，包括汇水区域、节点、管道等参数。然后根据当地的降雨公式设计降雨情境，分析在不同降雨情境下，该研究区域的排水能力，管网管道、节点的超载现象等。最后归纳总结导致该研究区域管网管道和节点出现超载等现象的原因，为城市防洪防涝提供参考依据。5、研究内容及框架5.1研究内容本文一共分为五个部分；第一部分是绪论。主要是对研究背景、研究目的和意义、国内外研究现状、研究内容与方法等进行简单的阐述，为下文做简单的铺垫；第二部分是相关理论概述。主要是对暴雨内涝概念及组成要素、城市内涝形成的影响因素分析等进行理论分析。第三部分是SWMM模型及其原理。首先是对SWMM模型概述，其次对SWMM模型的五大原理进行详细的介绍：子流域概化、径流入渗模型、非线性水库模型、管网汇流过程原理、径流污染过程原理。第四部分是基于SWMM的城市暴雨内涝研究。首先对成都市的基本情况进行概括，其次对成都市内涝模型的建立及数据处理进行分析，根据模型在不同重现期中模拟结果，进行雨水管网排水能力评估。第五部分是结论与展望。主要是对全文进行总结和对未来的展望。5.2研究框架绪论绪论相关理论概述相关理论概述SWMMSWMM模型及其原理SWMM模型概述SWMMSWMM模型概述SWMM模型原理基于SWMM的城市暴雨内涝研究基于SWMM的城市暴雨内涝研究成都市基本概括能力评估内涝模型的建立及数据处理成都市基本概括能力评估内涝模型的建立及数据处理模拟结果模拟结果结论与展望结论与展望6、论文特色与创新点在城市排水系统排水能力不足的情况下，城市往往容易出现内涝的现象，通常是改变管网系统的管径来增加排水系统的排水能力。本文通过雨水管网排水能力评估方法和雨水管网排水能力评估对研究区域排水能力的影响。7、论文研究目录第一章绪论1.1研究背景1.2研究目的和意义1.2.1研究目的1.2.2研究意义1.3国内外研究现状1.3.1国外研究现状1.3.2国内研究现状1.4研究内容与方法1.4.1研究内容1.4.2研究方法第二章相关理论概述2.1暴雨内涝概念及组成要素2.1.1暴雨内涝及相关概念2.1.2暴雨内涝灾害组成要素2.2城市内涝形成的影响因素分析2.2.1自然因素分析2.2.2环境因素分析2.2.3人为主观因素分析第三章SWMM模型及其原理3.1SWMM模型概述3.1.1SWMM模型介绍3.1.2SWMM模型组成3.1.3SWMM模型应用3.2SWMM模型原理3.2.1子流域概化3.2.2径流入渗模型3.2.3非线性水库模型3.2.4管网汇流过程原理3.2.5径流污染过程原理第四章基于SWMM的城市暴雨内涝研究4.1成都市基本概括4.1.1成都市概述4.1.2地形地貌4.1.3气候条件4.2成都市内涝模型的建立及数据处理4.2.1模型建立4.2.1模型基本参数的确定4.2.2成都市降雨情景设计4.3模型在不同重现期中模拟结果4.3.1模型在不同重现期中模拟结果4.3.2模型在不同重现期中出水口处模拟结果4.4雨水管网排水能力评估4.4.1雨水管网排水能力评估方法4.4.2雨水管网排水能力评估第五章结论与展望5.1结论5.2展望8、研究计划和预期成果8.1研究计划（1）选题与资料收集准备阶段：2017.06——2017.07了解当今的热点，搜集和整理相关理论资料，确定研究方向，完成开题报告。（2）理论研究阶段：2017.08——2017.09综合收集的文献资料和国内外案例，进行理论研究，探讨。（3）实证研究阶段：2017.10——2017.12基于SWMM的城市暴雨内涝，进行模型建立分析，反馈研究结论。（4）论文撰写阶段：2018.01——2018.04（5）论文修订及答辩：2015.05——2015.068.2预期成果《基于SWMM的城市暴雨内涝----以成都市为例》一册参考资料：1)H.Amaguchi,A.Kawamura,J.Olsson.Developmentandtestingofadistributedurbanstormrunoffeventmodelwithavector-basedcatchmentdelineation[J].JournalofHydrology,2012:205-2152)BlancD.,KellagherR.,PhanL.,etal.FLUPOL-MOSQITO,Models,Simulations,Critialanalysisanddevelopment[J].Wat.Sei.Tech.,1995,32(1):1851923)KatherineL.Meierdiercks,JamesA.S而th,MaryLynnBaeck,etal.Analysesofurbandrainagenetworkstructureanditsimpactonhydrologicresponse[J].JournaloftheAmericanWaterResourcesAssociation,2010,46(5):932-9434)KimKU,ParkSW,ShinSH,etal.ConstructionofaReal-timeUrbanInundationAnalysisSystemBasedonUISUsingSWMM[C].FifthInterntionalConferenceonsoftwareEngineeringRe-searchManagementandApplications,20075)ParkSY,LeeKW,ParkIH,etal.EffectoftheaggregationlevelofsurfacerunofffieldsandsewernetworkforaSWMMsimulation[J].Desalination,2008,226(1):328-3376)刘超.福州市排水排涝整治思路研究[[J].中国给水排水，2014,30(3):106-1087)陈利群，王召森，石炼.暴雨内涝后城市排水规划管理的思考[J].给水排水，2011,37(10):29-338)侯玉栋等.2011年国内媒体报道城市暴雨事件分析田.给水排水，2012,38:44-489)苗孝芳，蒋成煌.中国城市排水之问[J].水利水电科技进展，2013,33(5):1-510)刘武艺，邵东国，贺新春.基于雨水资源化利用的城市排水系统优化设计[[J].城市道桥与防洪，2005,10(2):110-11311)李俊奇，邝诺，刘洋.北京城市雨水利用政策剖析与启