項目名稱基于SWMM的城市暴雨內澇研究項目來源項目經費擬完成時間主要內容1、研究背景近年來，北京、廣州、武漢等國內大城市相繼因暴雨而發生嚴重的城市內澇，城市內澇的頻率和規模也在逐年擴大，輕則造成城市交通擁堵，重則造成人員財產損失，城市內澇所帶來的一系列的社會經濟問題成為困擾城市發展的主要災害因素，城市化和現代化步伐的加快，暴露出大城市在防御氣象災害方面的脆弱性。統計顯示2010年到2015年全國有351個城市，近70%的城市發生過內澇，平均每次城市內澇的損失都超億元，城市暴雨內澇形勢的嚴峻性，全世界范圍內的城市都在為減輕暴雨內澇災害而進行著各種各樣的努力的嘗試，而各國的水利方面的專家和學者也在為降低暴雨內澇災害損失而進行探索和實驗，城市暴雨內澇所引發的一系列的問題越來越成為人們關注和研究的熱點。一方面，在全球氣候變暖的大背景下，氣象災害呈多發、重發的趨勢。異常氣候所引發的暴雨、臺風、山洪地質災害等極端天氣氣候事件的發生頻率和影響范圍呈現增加趨勢。人類的活動對城市氣象的影響力越來越顯著，城市規模的擴大，城市綠地面積的減小，城市是高程建筑的集中區，阻礙了熱量的散發，城市的局地熱島效應明顯，熱島環流加劇了城市上空的熱對流，加之城市上空的污染物的增多，有利于凝結核的形成，極易引發城市局部暴雨，暴雨具有歷時端、雨量大、頻率高等特點，由暴雨所易發的城市氣象災害相比與其他的氣象災害對城市的影響更為嚴重，由城市熱島所誘發的“城市雨島效應”是城市暴雨進而產生內澇的直接誘因。另一方面，伴隨著我國GDP的不斷增長，城市化進程在加快，城市規模在不斷擴大，城市排水系統的規劃早己更不上城市化進程，快速的城市化進程與低速的排水管網改造速度直接的矛盾日益尖銳，盲目的城市化進程造成的原有的城市排水標準過低；城市硬化面積增加，滲透性變差；城市規劃趕不上城市化；排水系統建設滯后，自然水塘或城市河道的消失，老城區排水設施改造困難等等問題成為大城市內澇頻頻的主要原因。在國外為防范城市內澇，設置了極高的城市排水標準，日本東京擁有世界最高效的排水網絡，保證了城市排水系統安全。成為可資借鑒的目標，2010年的上海世博會，提出了城市雨水綜合利用理念，對城市合理用水、高效排水進行了探索和實驗。2、研究的目的和意義2.1研究的目的論文課題通過對城市內澇災害發生的原因和特點的分析，進行城市內澇風險等級劃分的研究，以確定內澇等級與積水深度的關系。并在暴雨內澇風險等級劃分標準和暴雨內澇積水試驗研究的基礎上，提出城市暴雨內澇風險識別技術。其次利用城市暴雨內澇風險識別技術，分析降雨在不同暴雨強度下造成內澇等級的大小。詳細介紹SWMM軟件的背景、應用以及模型的操作和參數的設定;以實際的排水管網為基礎，構建城市降雨徑流模型，分析研究區域排水管網的排水能力與內澇的形成機理總結歸納研究區域排水管網在城市防洪防澇方面存在的缺陷和不足。2.2研究的意義我國是一個發展中國家，社會發展一直是國家發展的重要戰略之一。而城市雨水排水系統的落后、城市內澇的頻繁發生，嚴重制約著社會的發展，因此如何解決城市內澇問題，如何避免城市內澇造成的損失是我們面臨的一個重要課題。2413年國務院提出的《關于加強城市基礎設施建設的意見》，計劃用10年時間來解決城市內澇問題；“十三五”規劃建議也提出，要加快防洪防澇等設施建設，可見國家對城市內澇問題的重視。然而城市內澇的發生總是不可避免的，即使是在排水系統先進的國家，例如東京、紐約等國際大都市，也發生過嚴重內澇災害。歷史經驗告訴我們，僅僅依靠工程措施來防止城市內澇的發生是不可能實現的，但目前城市內澇問題已經對我國的社會發展造成了嚴重影響，所以應用一些非工程措施，如城市內澇風險識別、預警等技術來避免或減少城市在內澇發生時損失，是目前我們最需要考慮的問題。而對于成都市的暴雨內澇研究更具現實意義，成都市是中國快速城市化的典型城市，截止2015年成都市中心城區建成面積為400平方公里，且以每年10平方公里的速度在擴張，成都市域內總人口將達810萬人，城鎮化率為65，中心城區總人口將達400萬人，而統計顯示，自2006年開始成都市平均每年遭遇嚴重暴雨內澇災害(降雨量大于100毫米)次數為15次，平均每年的暴雨內澇災害損失超過2億元，城市暴雨內澇災害己成為制約鄭州城市發展的主要因素，因此成都市的暴雨內澇研究對提高城市氣象防災減災能力有重要的意義。3、國內外研究概括3.1國外研究現狀國外對城市雨洪徑流模型的研究起步較早，歐美、日本等發達國家在上世紀60年代，為了解決城市內澇和城市排水等問題，就開始了城市雨洪徑流的研究。到了70年代開始提出針對不同使用目的和需求的幾種城市雨洪徑流模型。國外無論是在模型理論方面上的研究還是對模型軟件的開發都在國際最前沿。比較典型的模型有:暴雨洪水管理模型，蓄水、處理和溢流模型、城市排水系統模型、沃林福特模型、暴雨洪水管理模型是最早開發的，也是應用范圍最為廣泛的一種城市雨洪徑流模型。最初開發于1971年，是美國環境保護署出資，聯合美國水資源有限公司、梅特卡夫有限公司和佛羅里達大學共同研發。SWMM模型提供了地表產流、地表徑流、管網匯流和水污染負荷量的模擬分析，地表徑流的模擬計算采用非線性水庫模型進行模擬，管網的匯流過程用圣維南方程來分析，水污染負荷量的模擬則采用累積一沖刷模式進行計算。所以SWMM模型可用于城市現有排水系統的能力分析，在城市排水系統規劃和設計方面也有著廣泛的應用。沃林福特模型(Wallinford)是在1981年英國為了解決城市排水系統設計不合理和城市內澇災害評估困難的問題，由英國環境部水利研究院研發的城市雨洪徑流模型。該模型主要包括地表徑流模塊、管網計算模塊(簡單和復雜)和水質分析模塊，可以進行城市水循環過程的模擬分析，城市雨水、污水排水系統能力模擬。3.2國內研究現狀我國的城市防洪、排澇的相關研究起步于上個世紀80年代，近幾年呈較快發展趨勢，相關研究成果頗豐。目前來講，我國的城市排水防澇理論與技術處于研究示范階段，大規模的推廣還沒有正式運用，相關法律法規還不是很健全。謝映霞從城市規劃的角度分析了暴雨內澇產生的原因，對城市排水防澇規劃現狀進行了深入分析和研究，提出了構建城市大排水系統的理念，開展城市內澇災害評估，優化城市排水系統與暴雨綜合防治方案。劉超針對福州市的排水現狀及存在的問題，重點分析了江北城區的內澇原因，進行澇水量的計算，并提出整治方案。陳利群等分析了城市暴雨內澇的總體原因，認為全球氣候變化，城市不透水面積的不斷擴大，雨洪設施消納暴雨能力不足，綜合調度和管理體制不健全是城市內澇產生的一個主要原因。侯玉棟等通過對2011年媒體報道我國暴雨事件的統計分析研究，提出了就地排除雨水徑流，在雨水口控制雨水徑流，管理措施，模擬城市暴雨水文過程等措施來降低城市內澇風險。芮孝芳結合水文學與水力學基本原理，總結了中國城市排水問題存在的主要原因：城市快速粗放的發展模式；城市建設重視地表輕視地下；排水系統設計標準偏低；城市排水排澇意識淡薄，災害預報預警能力不完善等。劉武藝等人提出將雨水資源化利用加入到城市排水系統的規劃和設計當中，充分運用系統的特長，減緩缺水型城市的水資源緊張問題。我國一些大城市如北京、上海、天津、南京、大連、西安、哈爾濱等城市陸續開展雨水資源可持續利用的相關研究，在一些地區建造了示范性工程。北京是嚴重缺水城市，在這個方面研究處于國內前列。1998年對雨水可持續利用技術開展了研究，在2000年開始啟動住宅小區雨水利用項目，到2007年底已有400多個雨水利用項目。近幾年，我國學者和工程技術人員相繼應用地理信息系統GIS、空間技術、預測技術、計算機集成技術、物聯網技術等將城市排水系統的規劃和設計向著信息化、集成化、智慧化、綠色化方向發展。4、研究思路及方法4.1研究思路本文在對暴雨內澇概念及組成要素、城市內澇形成的影響因素分析等進行理論基礎上，對SWMM模型的五大原理進行詳細的介紹，并基于SWMM的城市暴雨內澇研究，對成都市內澇模型的建立及數據處理進行分析，根據模型在不同重現期中模擬結果，進行雨水管網排水能力評估。4.2研究方法首先查閱和整理文獻資料，收集研究區域資料，包括研究區域的地形圖、研究區域的自然氣候、研究區域的詳細排水管網圖等。在資料收集齊全之后，把研究區域的排水管網圖形在CAD中進行模型概化。當研究區域的排水管網圖形概化好之后以源文件的形式導入SWMM軟件中，逐步設置SWMM軟件所需參數數值，包括匯水區域、節點、管道等參數。然后根據當地的降雨公式設計降雨情境，分析在不同降雨情境下，該研究區域的排水能力，管網管道、節點的超載現象等。最后歸納總結導致該研究區域管網管道和節點出現超載等現象的原因，為城市防洪防澇提供參考依據。5、研究內容及框架5.1研究內容本文一共分為五個部分；第一部分是緒論。主要是對研究背景、研究目的和意義、國內外研究現狀、研究內容與方法等進行簡單的闡述，為下文做簡單的鋪墊；第二部分是相關理論概述。主要是對暴雨內澇概念及組成要素、城市內澇形成的影響因素分析等進行理論分析。第三部分是SWMM模型及其原理。首先是對SWMM模型概述，其次對SWMM模型的五大原理進行詳細的介紹：子流域概化、徑流入滲模型、非線性水庫模型、管網匯流過程原理、徑流污染過程原理。第四部分是基于SWMM的城市暴雨內澇研究。首先對成都市的基本情況進行概括，其次對成都市內澇模型的建立及數據處理進行分析，根據模型在不同重現期中模擬結果，進行雨水管網排水能力評估。第五部分是結論與展望。主要是對全文進行總結和對未來的展望。5.2研究框架緒論緒論相關理論概述相關理論概述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的城市暴雨內澇研究基于SWMM的城市暴雨內澇研究成都市基本概括能力評估內澇模型的建立及數據處理成都市基本概括能力評估內澇模型的建立及數據處理模擬結果模擬結果結論與展望結論與展望6、論文特色與創新點在城市排水系統排水能力不足的情況下，城市往往容易出現內澇的現象，通常是改變管網系統的管徑來增加排水系統的排水能力。本文通過雨水管網排水能力評估方法和雨水管網排水能力評估對研究區域排水能力的影響。7、論文研究目錄第一章緒論1.1研究背景1.2研究目的和意義1.2.1研究目的1.2.2研究意義1.3國內外研究現狀1.3.1國外研究現狀1.3.2國內研究現狀1.4研究內容與方法1.4.1研究內容1.4.2研究方法第二章相關理論概述2.1暴雨內澇概念及組成要素2.1.1暴雨內澇及相關概念2.1.2暴雨內澇災害組成要素2.2城市內澇形成的影響因素分析2.2.1自然因素分析2.2.2環境因素分析2.2.3人為主觀因素分析第三章SWMM模型及其原理3.1SWMM模型概述3.1.1SWMM模型介紹3.1.2SWMM模型組成3.1.3SWMM模型應用3.2SWMM模型原理3.2.1子流域概化3.2.2徑流入滲模型3.2.3非線性水庫模型3.2.4管網匯流過程原理3.2.5徑流污染過程原理第四章基于SWMM的城市暴雨內澇研究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氣候條件4.2成都市內澇模型的建立及數據處理4.2.1模型建立4.2.1模型基本參數的確定4.2.2成都市降雨情景設計4.3模型在不同重現期中模擬結果4.3.1模型在不同重現期中模擬結果4.3.2模型在不同重現期中出水口處模擬結果4.4雨水管網排水能力評估4.4.1雨水管網排水能力評估方法4.4.2雨水管網排水能力評估第五章結論與展望5.1結論5.2展望8、研究計劃和預期成果8.1研究計劃（1）選題與資料收集準備階段：2017.06——2017.07了解當今的熱點，搜集和整理相關理論資料，確定研究方向，完成開題報告。（2）理論研究階段：2017.08——2017.09綜合收集的文獻資料和國內外案例，進行理論研究，探討。（3）實證研究階段：2017.10——2017.12基于SWMM的城市暴雨內澇，進行模型建立分析，反饋研究結論。（4）論文撰寫階段：2018.01——2018.04（5）論文修訂及答辯：2015.05——2015.068.2預期成果《基于SWMM的城市暴雨內澇----以成都市為例》一冊參考資料：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)劉超.福州市排水排澇整治思路研究[[J].中國給水排水，2014,30(3):106-1087)陳利群，王召森，石煉.暴雨內澇后城市排水規劃管理的思考[J].給水排水，2011,37(10):29-338)侯玉棟等.2011年國內媒體報道城市暴雨事件分析田.給水排水，2012,38:44-489)苗孝芳，蔣成煌.中國城市排水之問[J].水利水電科技進展，2013,33(5):1-510)劉武藝，邵東國，賀新春.基于雨水資源化利用的城市排水系統優化設計[[J].城市道橋與防洪，2005,10(2):110-11311)李俊奇，鄺諾，劉洋.北京城市雨水利用政策剖析與啟