《暴雨径流管理模型理论及其应用——以SWMM为例》 - 刘家宏,陈根发,王海潮,陈向东 - 科学出版社 - 香港大書城

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『簡體書』暴雨径流管理模型理论及其应用——以SWMM为例

書城自編碼： 2669656
分類：簡體書→大陸圖書→自然科學→地球科学
作者：刘家宏,陈根发,王海潮,陈向东
國際書號(ISBN)： 9787030455703
出版社：科学出版社
出版日期： 2015-10-15
版次： 1
頁數/字數： 224/980000
書度/開本： 16开釘裝：精装

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《暴雨径流管理模型理论及其应用——以SWMM为例》既可以作为初学者学习SWMM的入门教材，也可作为暴雨洪水科研人员、政府市政管理部门的参考材料。

內容簡介：

《暴雨径流管理模型理论及其应用——以SWMM为例》系统介绍了暴雨径流管理模型SWMM的原理、发展历程和操作方法。以北京香山地区、亦庄地区和东升园小区为对象，详细阐述了SWMM模型构建、参数率定、水文分析计算等实际应用中的具体操作过程。《暴雨径流管理模型理论及其应用——以SWMM为例》参阅并翻译了SWMM的用户手册，并加入了案例研究中的经验和体会，深入浅出，具有一定的科学理论价值和较强的可操作性。

目录
总序
序
前言
第1章中国城市内涝概况1
1.1城市内涝概念1
1.2城市内涝原因2
1.3城市内涝典型案例6
1.3.1北京市2012年“7　　21”涝灾6
1.3.2北京市2011年“6　　23”涝灾7
1.3.3广州市2010年“5　　7”暴雨洪涝7
1.4城市排涝典型案例8
1.4.1江西省赣州市8
1.4.2山东省青岛市8
1.4.3福建省福州市8
1.4.4江西省景德镇市9
1.4.5广西壮族自治区南宁市9
1.5城市内涝治理的主要措施和理念10
1.6暴雨径流模拟的重要性13
第2章SWMM研究进展与发展趋势15
2.1模型基本介绍15
2.2研究进展及应用16
2.2.1SWMM应用现状16
2.2.2国内外研究进展17
2.3SWMM局限性21
2.4发展趋势21
2.4.1SWMM衍生模型21
2.4.2SWMM应用展望23
2.5模型对比分析24
第3章SWMM模型、原理及操作26
3.1SWMM模型及功能26
3.2SWMM模型模拟能力与模拟原理27
3.2.1模型模拟能力27
3.2.2水文过程模拟原理27
3.2.3水力过程模拟原理32
3.2.4水质模拟原理35
3.3模型界面与操作步骤35
3.3.1模型界面35
3.3.2模型的操作步骤38
第4章SWMM计算实例61
4.1蓄满产流61
4.1.1问题阐述61
4.1.2系统代表性63
4.1.3模型设置——未开发区域65
4.1.4模型计算结果——未开发区域69
4.1.5模型设置——开发后区域72
4.1.6模型计算结果——开发后区域75
4.1.7小结77
4.2滞留池设计77
4.2.1问题描述77
4.2.2系统描述79
4.2.3模型建立80
4.2.4模型结果88
4.2.5小结90
4.3低影响开发91
4.3.1问题描述91
4.3.2系统代表92
4.3.3模型建立——过滤带93
4.3.4模型建立——渗透沟98
4.3.5模型结果100
4.3.6小结103
4.4地表水系统模拟103
4.4.1地表排水系统103
4.4.2地表水质模拟116
4.4.3水质净化模拟131
第5章SWMM应用实例1：北京香山地区143
5.1香山地区概况143
5.1.1自然地理条件143
5.1.2水文气象条件144
5.1.3河流水系条件145
5.2模型适用性分析146
5.3模型构建146
5.3.1排水系统概化146
5.3.2汇水区域概化147
5.3.3参数及断面设置149
5.4参数率定156
5.5结果分析158
第6章SWMM应用实例2：北京亦庄地区159
6.1亦庄地区概况159
6.1.1地理条件159
6.1.2水文气象条件162
6.1.3地质与土壤163
6.2数据库的建立165
6.2.1现状工作调研165
6.2.2排水区域划分166
6.2.3基础数据收集167
6.2.4数据库建设167
6.3水文分析计算169
6.4模型构建171
6.4.1子集水区域划分172
6.4.2排水系统概化172
6.4.3参数及断面设置174
6.5参数率定175
6.5.1模型初步运行176
6.5.2模型参数率定176
6.6结果分析185
第7章SWMM应用实例3：北**升园小区186
7.1研究区概况186
7.2研究背景与研究内容187
7.3水文分析计算187
7.4流域行洪影响分析计算190
7.4.1SWMM模型构建、率定190
7.4.2建设项目对流域行洪影响计算193
7.5洪水对建设项目的影响分析计算195
7.5.1排水能力计算195
7.5.2内涝积水计算196
7.6研究结论198
第8章结论和展望199
8.1模型特点及局限性总结199
8.2模型推广及应用展望200
参考文献202
索引212

內容試閱：

第1章中国城市内涝概况1.1城市内涝概念
城市内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害及相关次生灾害的现象。城市内涝灾害发生时，城市交通、通信、水、电、气、暖等生命线工程系统瘫痪，社会经济活动中断，其次生灾害损失已远远超过因物质破坏所引起的直接经济损失（董立人，2011）。
城市内涝主要具有以下两个特点。①城市内涝的普遍性。城市内涝在我国比较普遍，以前主要发生在一些沿海地势低洼地区，现在内陆城市也经常发生。②城市内涝的局部高发性。城市某些特定地点的发生率较高，如立交桥底、过街地下通道、铁路桥、公路桥等。
近年来，我国城市内涝出现的频率和造成的损失呈逐年递增趋势，其带来的不利影响显而易见。突出表现在：①城市内涝带来严重的公共卫生问题，甚至疾病；因路滑造成的行人跌倒骨折，趟水时被戳伤腿脚现象明显增多；受水浸泡后引发感冒及消化系统疾病的患者数量也急剧增加（石剑荣和陈亢利，2010）。②城市内涝造成城市道路交通系统运转失灵，甚至部分瘫痪，不仅不利于出行，而且引发的交通事故也明显增加。③城市内涝引发城市水电、通信等地下线缆故障；造成市场、仓储货物被淹，甚至人身伤亡。④城市内涝可能引起社会秩序短时间的混乱恐慌（胡盈惠，2012）。
城市内涝在中国比较普遍。从发生的区域来看，以前主要发生在一些沿海地势比较低的地区，现在内陆城市也经常发生。过去城市建设用地面积小，可选择的区域比较大，一般都选择地势比较高的地区建设；而现在城市用地十分紧张，可选择的余地少。随着现代城市的建设，排水和内涝方面也出现许多新问题，如过街的地下通道、铁路桥、公路桥等地降雨后容易出现积水（于海波，2012）。
住房和城乡建设部2010年对351个城市进行的专项调研结果显示，2008～2010年，全国62%的城市发生过城市内涝，其中内涝灾害超过3 次以上的城市有137个，2011年前后的情况更为严重（鞠宁松和龚坤，2012）。
2012年7月21日，北京遭遇61年一遇大暴雨袭击，造成至少77人死亡，经济损失上百亿元。2010年9月11日，广州市普降暴雨，全市平均降雨63.95mm，**降雨为229mm。由于白云区、天河区等地4h内出现了强降水过程，造成广州天河区华南师范大学门口、广州大道梅花园地铁工地、白云区白云大道体育馆对面等26个点出现了30～100cm的水浸（朱明安和李颖，2011）。2011年6月23日16时至24日8时，北京市平均降雨量达到50mm，降雨量分布不均匀，局部地区降雨量达到大暴雨标准。北京地铁13号线、亦庄线、1号线3条地铁线被迫维持区间运行，地面76条公交线路受到影响，其中34条运营线路无法正常行驶。据北京电视台报道，这场暴雨让北京多处成为“积水潭”，3000多辆汽车被淹，2名帮忙推车的男子因为井盖“消失”而不慎坠入排水井中被水冲走身亡。2011年6月9～24日，一直遭受旱灾的武汉市遭遇5场特大暴雨袭击，三镇主要城区平均降雨量达到417.7mm，全市80多处路段严重渍水，三镇沦为一片泽国，中心城区交通几近瘫痪，严重影响市民出行。
随着近年来全球气候变暖趋势的加剧，**暴雨天气的频率、强度也在逐年上升。入夏以来，国内许多城市遭受大范围的强降雨，城镇的雨水排水系统在应对这种天气的时候，显得疲惫无“力”，弱不经“雨”，城市内涝频发，不仅对城市居民生命、财产安全造成威胁，也严重影响了城市经济的正常发展（白璐，2012）。
海河流域水循环演变机理与水资源高效利用丛书暴雨径流管理模型理论及其应用——以SWMM为例第1章中国城市内涝概况1.2城市内涝原因
汛期的降雨时间长、强度大、范围集中是造成城市内涝的*直接原因。
1.降雨量变化
城市化运动引起城市局部降雨量增加（曾重，2013）。影响城市降雨的因素主要有3个：①充足的水汽供应；②气流上升达到过饱和状态；③足够的凝结核（刘茂云，2007）。首先，人类对水汽供应的影响程度不大，但是人类活动对地表植被的影响间接对水汽输送供应产生影响。随着城市化进程加快，城市人口增加，工业集中分布，交通工具剧增，建筑物及设施建设使得混凝土覆盖面增大，形成热岛效应，导致城市热力对流加强。另外，城市化后，增加了地表的粗糙度，阻碍了降雨系统的移动，延长了降雨时间，增加了降雨强度。工业及交通工具尾气的排放，增加了大气污染，使得大气中存在大量污染颗粒物，为降雨提供了充足的凝结核。
近年来，由于气候的原因，自然灾害频发，城市遭遇十年一遇甚至百年一遇的暴雨天气，降雨量大，远超过城市防洪标准，容易出现内涝（辛玉玲和张学强，2012）。
有研究表明，城市的热岛效应、凝结核效应、高层建筑障碍效应等的增强，使城市的年降水量增加5％以上，汛期雷暴雨的次数和暴雨量增加10％以上，从而增加了城市洪水和城市内涝发生的概率和风险（卢晓燕等，2013）。
城市会出现“混浊岛效应”，指的是城市市区由于厂矿企业集中、机动车辆众多、人口密集，致使排出的污染气体和空气中的尘埃等增加，使混浊程度大大高于周边地区，形成“混浊岛”，导致形成降水的现象（钟成索，2009）。
2.河湖水系的调蓄能力下降
湖泊、洼地、沟塘等是天然的“蓄水容器”，具有调蓄雨水、涵养渗流等调节径流的作用。在城市的建设过程中，由于认识缺位、急于求成，未做科学的规划和论证，盲目整平洼地、填筑沟塘、挤占湖泊，人为破坏导致了湖泊等天然“蓄水容器”容量急剧减少，调蓄雨水的能力减弱（黄泽钧，2012）。
由于人类活动的影响，河湖污染严重，生态社会功能被破坏，调蓄能力急剧下降。同时，打破了城市原本所具有的自然排水系统，下游排水不畅，引起上游积水。河流和湿地的蓄水渗水作用丧失后，暴雨来临，造成地表径流量大大增加，给地表排水造成很大压力（鞠宁松和龚坤，2012）。
许多城市在建设中，因缺乏科学论证而盲目填水挖山，导致不少作为排洪命脉的河道被填平，具有蓄水作用的湿地被开发，建成楼房和道路，原有的自然水系遭到破坏，使得区间暴雨产生的径流无法及时排出，*终涌入城市形成内涝（辛玉玲和张学强，2012）。
3.城市化影响
1980～1990年，我国城镇化率增加了7%；1990～2000年，城镇化率增长了10%；2000～2010年，城镇化率增长了13%。随着城镇化率的增加，城市用地急速扩张。以北京为例：2000年城市建成区面积仅有700km2，2010年已达近1400km2。从全国范围来看，城市建成区总面积从2.24万km2增长到了4.01万km2，年均增长速度为5.97%（李炜，2007）。
城区地面大量硬化，地面截水能力大大下降，在汇水面积和暴雨强度相同的条件下，地面径流系数越大，雨洪流量就越大。特别是在老城区，由于排水管道*初设计是按当时的地表径流系数确定管道管径，而对旧城区的改造导致如今的径流系数已大大超过以前的数值，在流量大幅增加的情况下，必然出现旧管道系统不堪重负，局部出现水涝灾害现象（曾重，2013）。
随着城市化进程的加快，新建的城区排水系统与之前存在的旧的管道无法良好衔接，无法使雨水顺畅排走；新建小区建设的雨水收集系统几乎没有，加剧了道路积水程度；城市低洼地带和立交桥下地区的雨水泵站欠缺或不配套；雨水系统清掏维护不及时等都会引起城市局部内涝（薛梅等，2012）。
城市面积越来越大，原来的河流和湿地被大面积的水泥地、柏油路、硬质铺装所取代，使本来“会呼吸的地面”变得无法渗水，从而使原本的平衡系统被打乱（鞠宁松，2012）。据统计，北京超过80%的路面被混凝土、沥青等不透水材料覆盖，雨水根本无法渗入，这也是导致北京近年来内涝问题严重的原因之一（辛玉玲和张学强，2012）。
城市建设的扩张，使原本具有自然蓄水调洪错峰功能的洼地、山塘、湖泊、水库等被人为地填筑破坏或填为他用，城市水面率下降，降低了雨水的调蓄分流功能（叶斌等，2010）。
城市新区选址上喜欢选择“临江、临海、临湖”等区域，在规划建设过程中，往往忽视对防洪问题深入论证，没有同步建设必需的排涝设施，加大了城市的洪涝风险。更为严峻的是部分城市建设侵占河道、水域现象严重，降低了河道的行洪排涝能力，同时也严重缩减了城市原有的洪水调蓄容量。城市河道、水面的大量减少必然导致城市内涝的发生（卢晓燕等，2013）。
4.城市水循环系统遭到破坏
城市建设导致地面硬化后，使得降水后雨水汇流时间缩短，同时洪峰流量变大。年平均洪水的大小随不透水面积的增加而增加（刘金平等，2009）。研究表明，完全城市化后，流域的年平均洪水（地表径流）为相似天然流域的4～5倍。浅层地下水及深层地下水下渗量大幅减少，减少23以上。上述变化改变了自然界固有的水循环系统，由此导致内涝等问题的发生（卢晓燕等，2013）。
5.城市内涝防治工作无法可依
我国1998年颁布实施《中华人民共和国防洪法》，现今部分条款已不符合当前的城市内涝治理形势，还有一些条款由于缺乏可操作性而根本无法落实。目前，在世界各国中能够较好地解决城市排水问题的都是因为在法律、管理、资金投入等方面达到了一个相对均衡的状态，其中有法可依是基础，即必须有完善的防洪与城市排水相关的法律制度（胡盈惠，2012）。
6.城市规划与城市发展不匹配
城市防洪排水规划设计不仅仅是水利部门的工作，其中还涉及道路、工商、民用建筑、市政、绿化等多个部门，需要各个部门协调工作。但是在实际上，防洪排水规划工作往往由水利部门单独完成，并未与其他部门沟通协调。
许多城市在不断地开发建设过程中，比较注重光鲜亮丽的城市景观、城市轮廓和天际线的打造，却疏于对城市地下管网、地下空间结构的关注（鞠宁松，2012）。规划、建设管理部门只重视主体建筑方案的论证把关，而对配套地下管网的设计是否和城市规划的要求相吻合，没有相应地论证把关。
城市管网的不完善也是导致内涝的重要原因，城市开发总是从中心区慢慢向周边辐射，城市规划部门也不能完全预料到城市发展的*终程度，在管道建设初期，周边区域没有完全规划好，导致排水系统的建设无法一步到位（叶斌等，2010）。
以上海为例：有调查显示，2008年城市排水管网覆盖率约为60%，其中内环以内为98%，内外环间为61%，外环以外仅为36%。上海如此，其他城市则更不容乐观。许多城市排水管道不成系统，管道排水能力差，排水网普及率低，人均占有排水管道长度大约为0.55m，而发达国家人均占有长度超过4m（辛玉玲和张学强，2012）。
7.各部门未能协调运作
在城市规划和建设过程中，各部门往往独立分管几项内容，没能协调合作管理。例如，在有些城市，防洪归水务部门管理，地下排水管网归建设部门或城管部门管理，污水处理由国资部门管理。这样就导致了划分过细，难免出现各自为政的现象，缺乏统一协调的运作，容易造成混乱（鞠宁松，2012）。
北京大学中国持续发展研究中心主任叶文虎认为，部门之间缺乏协调、分而治之，直接影响了城市排水系统的管理效率。在他看来，目前*主要的问题，不在规划能力不够，而是执行过程中不尊重规划，“谢谢指导”之后，还是按着自己的想法做。
8.城市排水系统设计标准偏低，排水系统年久失修
按照我国现行城镇排水设施建设标准《室外排水设计规范》的要求，城市一般地区排水设施的设计暴雨重现期为0.5～3a（即抵御0.5～3a一遇的暴雨），重要地区也只有3～5a，而在实施过程中，大部分城市普遍采取标准规范的下限（鞠宁松，2012）。我国70%以上的城市排水系统建设的设计暴雨重现期小于1a，90%老城区的重点区域甚至比规范规定的下限还要低（辛玉玲和张学强，2012）。为了省钱和省事采取的较低设计标准，在现今城市扩张、城市化进程加快以及气候变化导致的**天气频繁发生的情况下已经无法达到要求。
很多城市的老城区道路排水系统建设较早，设计标准低，管径小，布置混乱，而且年久失修，管道老化、淤堵、破损

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