【基于SWMM的城市暴雨內(nèi)澇探究開題報告（附提綱）5400字】

項目名稱基于SWMM的城市暴雨內(nèi)澇研究項目來源項目經(jīng)費擬完成時間主要內(nèi)容1、研究背景近年來，北京、廣州、武漢等國內(nèi)大城市相繼因暴雨而發(fā)生嚴重的城市內(nèi)澇，城市內(nèi)澇的頻率和規(guī)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(chǎn)損失，城市內(nèi)澇所帶來的一系列的社會經(jīng)濟問題成為困擾城市發(fā)展的主要災(zāi)害因素，城市化和現(xiàn)代化步伐的加快，暴露出大城市在防御氣象災(zāi)害方面的脆弱性。統(tǒng)計顯示2010年到2015年全國有351個城市，近70%的城市發(fā)生過內(nèi)澇，平均每次城市內(nèi)澇的損失都超億元，城市暴雨內(nèi)澇形勢的嚴峻性，全世界范圍內(nèi)的城市都在為減輕暴雨內(nèi)澇災(zāi)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(nèi)澇災(zāi)害損失而進行探索和實驗，城市暴雨內(nèi)澇所引發(fā)的一系列的問題越來越成為人們關(guān)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(zāi)害呈多發(fā)、重發(fā)的趨勢。異常氣候所引發(fā)的暴雨、臺風、山洪地質(zhì)災(zāi)害等極端天氣氣候事件的發(fā)生頻率和影響范圍呈現(xiàn)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(guī)模的擴大，城市綠地面積的減小，城市是高程建筑的集中區(qū)，阻礙了熱量的散發(fā)，城市的局地熱島效應(yīng)明顯，熱島環(huán)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(jié)核的形成，極易引發(fā)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(fā)的城市氣象災(zāi)害相比與其他的氣象災(zāi)害對城市的影響更為嚴重，由城市熱島所誘發(fā)的“城市雨島效應(yīng)”是城市暴雨進而產(chǎn)生內(nèi)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(guī)模在不斷擴大，城市排水系統(tǒng)的規(guī)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(wǎng)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(guī)劃趕不上城市化；排水系統(tǒng)建設(shè)滯后，自然水塘或城市河道的消失，老城區(qū)排水設(shè)施改造困難等等問題成為大城市內(nèi)澇頻頻的主要原因。在國外為防范城市內(nèi)澇，設(shè)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(wǎng)絡(luò)，保證了城市排水系統(tǒng)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(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的原因和特點的分析，進行城市內(nèi)澇風險等級劃分的研究，以確定內(nèi)澇等級與積水深度的關(guān)系。并在暴雨內(nèi)澇風險等級劃分標準和暴雨內(nèi)澇積水試驗研究的基礎(chǔ)上，提出城市暴雨內(nèi)澇風險識別技術(shù)。其次利用城市暴雨內(nèi)澇風險識別技術(shù)，分析降雨在不同暴雨強度下造成內(nèi)澇等級的大小。詳細介紹SWMM軟件的背景、應(yīng)用以及模型的操作和參數(shù)的設(shè)定;以實際的排水管網(wǎng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建城市降雨徑流模型，分析研究區(qū)域排水管網(wǎng)的排水能力與內(nèi)澇的形成機理總結(jié)歸納研究區(qū)域排水管網(wǎng)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(fā)展中國家，社會發(fā)展一直是國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略之一。而城市雨水排水系統(tǒng)的落后、城市內(nèi)澇的頻繁發(fā)生，嚴重制約著社會的發(fā)展，因此如何解決城市內(nèi)澇問題，如何避免城市內(nèi)澇造成的損失是我們面臨的一個重要課題。2413年國務(wù)院提出的《關(guān)于加強城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》，計劃用10年時間來解決城市內(nèi)澇問題；“十三五”規(guī)劃建議也提出，要加快防洪防澇等設(shè)施建設(shè)，可見國家對城市內(nèi)澇問題的重視。然而城市內(nèi)澇的發(fā)生總是不可避免的，即使是在排水系統(tǒng)先進的國家，例如東京、紐約等國際大都市，也發(fā)生過嚴重內(nèi)澇災(zāi)害。歷史經(jīng)驗告訴我們，僅僅依靠工程措施來防止城市內(nèi)澇的發(fā)生是不可能實現(xiàn)的，但目前城市內(nèi)澇問題已經(jīng)對我國的社會發(fā)展造成了嚴重影響，所以應(yīng)用一些非工程措施，如城市內(nèi)澇風險識別、預警等技術(shù)來避免或減少城市在內(nèi)澇發(fā)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(nèi)澇研究更具現(xiàn)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(qū)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(nèi)總?cè)丝趯⑦_810萬人，城鎮(zhèn)化率為65，中心城區(qū)總?cè)丝趯⑦_400萬人，而統(tǒng)計顯示，自2006年開始成都市平均每年遭遇嚴重暴雨內(nèi)澇災(zāi)害(降雨量大于100毫米)次數(shù)為15次，平均每年的暴雨內(nèi)澇災(zāi)害損失超過2億元，城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害己成為制約鄭州城市發(fā)展的主要因素，因此成都市的暴雨內(nèi)澇研究對提高城市氣象防災(zāi)減災(zāi)能力有重要的意義。3、國內(nèi)外研究概括3.1國外研究現(xiàn)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(fā)達國家在上世紀60年代，為了解決城市內(nèi)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(fā)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(tǒng)模型、沃林福特模型、暴雨洪水管理模型是最早開發(fā)的，也是應(yīng)用范圍最為廣泛的一種城市雨洪徑流模型。最初開發(fā)于1971年，是美國環(huán)境保護署出資，聯(lián)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(fā)。SWMM模型提供了地表產(chǎn)流、地表徑流、管網(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)有排水系統(tǒng)的能力分析，在城市排水系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計方面也有著廣泛的應(yīng)用。沃林福特模型(Wallinford)是在1981年英國為了解決城市排水系統(tǒng)設(shè)計不合理和城市內(nèi)澇災(zāi)害評估困難的問題，由英國環(huán)境部水利研究院研發(fā)的城市雨洪徑流模型。該模型主要包括地表徑流模塊、管網(wǎng)計算模塊(簡單和復雜)和水質(zhì)分析模塊，可以進行城市水循環(huán)過程的模擬分析，城市雨水、污水排水系統(tǒng)能力模擬。3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國的城市防洪、排澇的相關(guān)研究起步于上個世紀80年代，近幾年呈較快發(fā)展趨勢，相關(guān)研究成果頗豐。目前來講，我國的城市排水防澇理論與技術(shù)處于研究示范階段，大規(guī)模的推廣還沒有正式運用，相關(guān)法律法規(guī)還不是很健全。謝映霞從城市規(guī)劃的角度分析了暴雨內(nèi)澇產(chǎn)生的原因，對城市排水防澇規(guī)劃現(xiàn)狀進行了深入分析和研究，提出了構(gòu)建城市大排水系統(tǒng)的理念，開展城市內(nèi)澇災(zāi)害評估，優(yōu)化城市排水系統(tǒng)與暴雨綜合防治方案。劉超針對福州市的排水現(xiàn)狀及存在的問題，重點分析了江北城區(qū)的內(nèi)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(nèi)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(shè)施消納暴雨能力不足，綜合調(diào)度和管理體制不健全是城市內(nèi)澇產(chǎn)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(tǒng)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(nèi)澇風險。芮孝芳結(jié)合水文學與水力學基本原理，總結(jié)了中國城市排水問題存在的主要原因：城市快速粗放的發(fā)展模式；城市建設(shè)重視地表輕視地下；排水系統(tǒng)設(shè)計標準偏低；城市排水排澇意識淡薄，災(zāi)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(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計當中，充分運用系統(tǒng)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(xù)開展雨水資源可持續(xù)利用的相關(guān)研究，在一些地區(qū)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(nèi)前列。1998年對雨水可持續(xù)利用技術(shù)開展了研究，在2000年開始啟動住宅小區(qū)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(shù)人員相繼應(yīng)用地理信息系統(tǒng)GIS、空間技術(shù)、預測技術(shù)、計算機集成技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等將城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計向著信息化、集成化、智慧化、綠色化方向發(fā)展。4、研究思路及方法4.1研究思路本文在對暴雨內(nèi)澇概念及組成要素、城市內(nèi)澇形成的影響因素分析等進行理論基礎(chǔ)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(nèi)澇研究，對成都市內(nèi)澇模型的建立及數(shù)據(jù)處理進行分析，根據(jù)模型在不同重現(xiàn)期中模擬結(jié)果，進行雨水管網(wǎng)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(qū)域資料，包括研究區(qū)域的地形圖、研究區(qū)域的自然氣候、研究區(qū)域的詳細排水管網(wǎng)圖等。在資料收集齊全之后，把研究區(qū)域的排水管網(wǎng)圖形在CAD中進行模型概化。當研究區(qū)域的排水管網(wǎng)圖形概化好之后以源文件的形式導入SWMM軟件中，逐步設(shè)置SWMM軟件所需參數(shù)數(shù)值，包括匯水區(qū)域、節(jié)點、管道等參數(shù)。然后根據(jù)當?shù)氐慕涤旯皆O(shè)計降雨情境，分析在不同降雨情境下，該研究區(qū)域的排水能力，管網(wǎng)管道、節(jié)點的超載現(xiàn)象等。最后歸納總結(jié)導致該研究區(qū)域管網(wǎng)管道和節(jié)點出現(xiàn)超載等現(xiàn)象的原因，為城市防洪防澇提供參考依據(jù)。5、研究內(nèi)容及框架5.1研究內(nèi)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(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究內(nèi)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(guān)理論概述。主要是對暴雨內(nèi)澇概念及組成要素、城市內(nèi)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(wǎng)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(nèi)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(nèi)澇模型的建立及數(shù)據(jù)處理進行分析，根據(jù)模型在不同重現(xiàn)期中模擬結(jié)果，進行雨水管網(wǎng)排水能力評估。第五部分是結(jié)論與展望。主要是對全文進行總結(jié)和對未來的展望。5.2研究框架緒論緒論相關(guān)理論概述相關(guān)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(nèi)澇研究基于SWMM的城市暴雨內(nèi)澇研究成都市基本概括能力評估內(nèi)澇模型的建立及數(shù)據(jù)處理成都市基本概括能力評估內(nèi)澇模型的建立及數(shù)據(jù)處理模擬結(jié)果模擬結(jié)果結(jié)論與展望結(jié)論與展望6、論文特色與創(chuàng)新點在城市排水系統(tǒng)排水能力不足的情況下，城市往往容易出現(xiàn)內(nèi)澇的現(xiàn)象，通常是改變管網(wǎng)系統(tǒng)的管徑來增加排水系統(tǒng)的排水能力。本文通過雨水管網(wǎng)排水能力評估方法和雨水管網(wǎng)排水能力評估對研究區(qū)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(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究現(xiàn)狀1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀1.4研究內(nèi)容與方法1.4.1研究內(nèi)容1.4.2研究方法第二章相關(guān)理論概述2.1暴雨內(nèi)澇概念及組成要素2.1.1暴雨內(nèi)澇及相關(guān)概念2.1.2暴雨內(nèi)澇災(zāi)害組成要素2.2城市內(nèi)澇形成的影響因素分析2.2.1自然因素分析2.2.2環(huán)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(yīng)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(wǎng)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(nèi)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(nèi)澇模型的建立及數(shù)據(jù)處理4.2.1模型建立4.2.1模型基本參數(shù)的確定4.2.2成都市降雨情景設(shè)計4.3模型在不同重現(xiàn)期中模擬結(jié)果4.3.1模型在不同重現(xiàn)期中模擬結(jié)果4.3.2模型在不同重現(xiàn)期中出水口處模擬結(jié)果4.4雨水管網(wǎng)排水能力評估4.4.1雨水管網(wǎng)排水能力評估方法4.4.2雨水管網(wǎng)排水能力評估第五章結(jié)論與展望5.1結(jié)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(guān)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(nèi)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(nèi)澇，進行模型建立分析，反饋研究結(jié)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(nèi)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(nèi)澇后城市排水規(guī)劃管理的思考[J].給水排水，2011,37(10):29-338)侯玉棟等.2011年國內(nèi)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(tǒng)優(yōu)化設(shè)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