基于GIS+SWMM的西安市北郊漕运明渠汇水区排涝模拟研究

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城市化及全球变暖背景下极端气候现象频发,城市内涝问题严重,由此引发城市基础设施损毁、经济财产损失等后果,严重影响人民的正常生活,7月20日郑州市发生的重大洪涝灾害揭示了我国城市城镇化建设中洪涝防控体系的短板。西安作为国家中心城市,其北郊漕运明渠片区内包含西安市政府以及国家级经济开发区,对西安市的发展发挥着关键作用,因此如何因地制宜地减缓该地区的城市内涝,提高该区域对于洪涝灾害风险的防控能力就变得至关重要。本文基于GIS和遥感等技术构建了漕运明渠排水分区的暴雨洪涝模型,旨在分析系统内雨水径流规律,研判区域防洪排涝存在的问题与风险,有效拓展排水防涝能力,提出应对洪涝风险控制的技术措施。主要研究成果如下:(1)城市排水系统及下垫面资料解译。借助GIS及Geodatabase工具对漕运明渠系统DEM数字高程模型及排水系统资料进行分析处理,在漕运明渠汇水区70.73km~2的研究区域内,划分了417个子汇水区,构建了24段明渠或暗涵、380根雨水管道和416个检查井节点的拓扑关系。同时利用ENVI对研究区域遥感影像数据进行监督分类,完成了下垫面地块覆盖类型的解译。(2)暴雨洪涝模型构建及率定验证。将雨水管网和汇水面积相关数据资料转化导出,基于SWMM构建漕运明渠网-泵-河耦合排水系统的暴雨洪涝模型。采用综合径流系数法和内涝点匹配的方法对模型水文及水力学参数进行率定,综合径流系数误差均小于7%,内涝点匹配率为81%,表明本研究构建的SWMM暴雨洪涝模型具有较高的准确性和适用性。(3)城市内涝风险研判。利用SWMM模型分析漕运明渠研究区域内径流规律,对排水系统面临的问题及风险进行研判。结果表明,10年重现期下,88%的重力流排口发生顶托。10年及20年重现期下水深接近明渠高度,存在溢流风险,50年重现期下明渠出现溢流。在顶托条件下,汇水区内5年及以上重现期下均存在不同程度的内涝现象,5年重现期下,管道及节点超载数量相比2年重现期分别增加2倍和2.5倍,表明河道顶托对于涝水排放有着较大影响。(4)协同优化措施。采取加深及拓宽漕运明渠河道,增大明渠过流面积,优化调整排涝泵站调度规则的优化措施。结果表明,协同优化下,1a、2a、5a和10a重现期下的明渠峰值流量分别下降了17.6%、4.9%、3.7%和2.6%,河道水位平均下降了35 cm。排水系统的超载节点分别减少了16.7%、31.4%、34.2%和27.5%,超载管段的数量分别减少了25.0%、28.6%、30.8%和25.3%,表明采取的优化措施对于漕运明渠排水系统的洪涝风险有着明显的缓解作用。
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