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海绵城市下渗过程模拟与参数影响分析

海绵城市下渗过程模拟与参数影响分析

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作者：徐小燕西安理工大学

学位级别：硕士

研究海绵城市下渗过程有助于揭示其产流机理,为雨洪模拟与管控提供水文学依据。本文以沣西海绵城市试点区的渭河8号片区(WR8)为研究对象,利用Visual Studio 2022运行暴雨洪水管理模型(Storm Water Management Model,SWMM)计算引擎,分析... 详细信息

研究海绵城市下渗过程有助于揭示其产流机理,为雨洪模拟与管控提供水文学依据。本文以沣西海绵城市试点区的渭河8号片区(WR8)为研究对象,利用Visual Studio 2022运行暴雨洪水管理模型(Storm Water Management Model,SWMM)计算引擎,分析设计暴雨和Horton下渗方程的参数对SWMM模拟下渗过程的影响规律。主要研究成果如下:(1)分析SWMM运行代码,总结其下渗计算原理与流程:首先,分别计算各子汇水区的渗透区和低影响开发(Low impact development,LID)设施区的下渗率和时段下渗量过程:其次,计算子汇水区下渗率(为渗透区和LID设施区下渗率的面积加权平均和)和时段下渗量(为渗透区和LID设施的时段下渗量之和)过程;最后,计算研究区下渗率(各子汇水区下渗率的面积加权平均和)和时段下渗量过程(各子汇水区时段下渗量之和)。同时,在某一子汇水区,若渗透铺装区面积占子汇水区面积之比增加n,则渗透区、无洼不渗透区、有洼不渗透区的面积与子汇水区面积之比分别会减少0.24n、0.19n、0.57n。(2)均匀设计降雨和芝加哥设计降雨下,降雨重现期越大,渗透区、渗透铺装区、子汇水区和WR8的下渗率(包括初始值和峰值)和时段下渗量均增加;同一芝加哥设计降雨下,下渗率在达到峰值之前,均等于对应降雨强度,而峰后与下渗能力曲线的下降趋势一致。(3)芝加哥设计降雨下,雨峰越靠后,渗透区、渗透铺装区、子汇水区和WR8的下渗率和时段下渗量的峰值越小、峰值时刻越后。如重现期为5年、雨峰位置系数分别为0.2、0.4和0.6的芝加哥设计降雨下,渗透区的下渗率峰值分别为0.2593、0.1974和0.1575 mm/min,时段下渗量峰值分别为10.67、8.12和6.52 m3。渗透区的下渗率和时段下渗量峰值时刻分别为1 8、30和39 min,而渗透铺装区、子汇水区s7和WR8的下渗率和时段下渗量峰值时刻都分别为24、48和72 min。(4)芝加哥设计降雨下,就渗透区下渗率和时段下渗量的峰值和峰值时刻而言:与初始下渗率(f0)呈正相关,与稳定下渗率(f∞)呈不(弱)相关,与衰减系数(fd)呈负相关;当f0、f∞和fd均增大,或f0和f∞增大、kd减小,或f0和fd增大、f∞减小时,两者的的峰值和峰值时刻均增大;当f∞和kd增加、f0减小时,两者的峰值和峰值时刻均减小。(5)芝加哥设计降雨下,就渗透区的下渗总量而言:与f0和f∞呈正相关,与kd呈负相关;当f0、f∞和fd均增大,或f0和f∞增加、fd减小时,该值增大;当f0和kd增加、f∞减小时,该值减小;当f0减小、f∞和kd增加时,该值先减小后增大。

关键词：海绵城市雨洪模拟 SWMM 计算引擎设计暴雨下渗参数

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