雨洪管理模型!"##的原理、参数和应用 - 中国科学院大学

第 卷 第 期 中 国 给 水 排 水 "4 2污 染 物 的 增 长 冲 刷 运 输 和 处 理 过 程 污 染 物 累 积 模 型 若 之 前 是 旱 天 则 污 染物 随 时 间 的 累 积 曲 线 可 由 幂 函 数 指 数 饱 和 函 数 方程 表 示 累 积 至 极 限 时 停 止 污 染 物 冲 刷 模 型 在 降 雨 期 间 某 种 土 地覆 被 类 型 的 污 染 物 冲 刷 过 程 可 通 过 幂 函 数 冲 刷 方程 流 量 特 性 曲 线 冲 刷 方 程 和 事 件 平 均 浓 度 方 程 来模 拟 其 中 幂 函 数 冲 刷 方 程 同 时 考 虑 了 地 表 污 染物 累 积 量 和 降 雨 径 流 量 对 冲 刷 过 程 的 影 响 而 流 量特 性 曲 线 和 事 件 平 均 浓 度 方 程 均 仅 考 虑 了 降 雨 径 流量 对 冲 刷 过 程 的 影 响 的 参 数 敏 感 性 分 析 水 文 模 块 的 参 数 敏 感 性 分 析水 文 模 块 的 敏 感 参 数 主 要 包 括 坡 面 漫 流 宽 度( 平 均 地 表 坡 度 非 渗 透 面 积 比 例 * 曼 宁糙 率 系 数 可 分 为 渗 透 区 域 和 非 渗 透 区 域 洼 地 贮 存 深 度 % 可 分 为 渗 透 区 域 % 3 和 非 渗 透区 域 % 和 地 表 渗 透 率 其 相 关 参 数 有 最 大 入 渗率 8 最 小 入 渗 率 -! 入 渗 衰 减 系 数 + 这 些 参数 均 与 土 地 覆 被 类 型 密 切 相 关 当 降 雨 量 不 同时 地 表 径 流 量 , 峰 值 流 量 , 3 和 污 染 物 负 荷量 - 对 这 些 参 数 的 敏 感 程 度 有 较 大 差 异 笔 者 所 在 课 题 组 的 研 究 表 明 在 水 文 模 块 中 当降 雨 量 较 小 时 , 仅 对 * 极 敏 感 对 , 3 和 - 有 影 响的 参 数 按 敏 感 性 由 大 到 小 依 次 为 *% ( 和 当 降 雨 量 较 大 时 对 , 有 影 响 的 参 数 按 敏 感 性 由 大到 小 依 次 为 *+ 8 -! % 3 和 ( 对 , 3 有 影 响 的参 数 按 敏 感 性 由 大 到 小 依 次 为 *( 8 + -! 和 % 3 - 对 ( * % 3 % 8 -! 和 + 均不 敏 感 只 有 * 对 - 有 影 响 水 力 模 块 的 参 数 敏 感 性 分 析水 力 模 块 的 参 数 主 要 包 括 导 管 的 长 度 . 内径 $ 和 曼 宁 糙 率 系 数 ! - 对 .$ 和 ! 均 不 敏感 , 3 对 $ 和 ! 均 不 敏 感 而 对 . 极 敏 感 , 3 和 -对 .$ 和 ! 的 敏 感 性 均 与 降 雨 量 无 关 仅 , 对 它 们的 敏 感 性 与 降 雨 量 有 关 当 降 雨 量 很 小 时 , 对 .$和 ! 均 不 敏 感 当 降 雨 量 较 大 时 , 对 .$ 和 ! 均极 敏 感 其 敏 感 性 由 大 到 小 依 次 为 $! 和 . 此 外 研 究 还 发 现 当 导 管 总 长 度 不 变 但 整 个 导 管 被 分 成几 段 时 各 参 数 对 , 和 , 3 的 影 响 不 尽 相 同 与 导 管总 长 度 被 分 的 单 个 导 管 的 长 度 和 段 数 密 切 相 关 的 参 数 校 准 方 法 的 参 数 较 多 若 无 法 直 接 获 取 某 个 参数 则 可 通 过 一 些 校 准 方 法 来 估 算 参 数 校 准 时 通常 需 在 一 定 的 取 值 范 围 内 依 次 改 变 模 型 中 的 参 数 并 比 较 模 拟 值 与 实 测 值 的 大 小 直 到 其 偏 离 程 度 被调 整 到 可 容 许 范 围 内 为 止 这 时 的 参 数 值 可 作 为 最终 值 目 前 在 的 参 数 校 准 上 比 较 常 用 的 方法 是 优 化 法 包 括 遗 传 算 法 1 人 工 神 经 网 络 法++ 专 家 系 统 法 等 这 些 方 法 均 是 利 用 历 史 数 据 或 专 家 经 验 建 立 自变 量 与 因 变 量 之 间 的 相 关 关 系 根 据 模 拟 结 果 的 准确 性 来 校 准 模 型 的 参 数 还 有 一 些 研 究 基 于 参 数 的敏 感 性 分 析 结 果 和 模 拟 结 果 的 不 确 定 性 分 析 对 参 数进 行 校 准 例 如 * 法 与 优 化 法 的 最 大 区 别 是 弱 化优 化 条 件 从 而 在 一 定 程 度 上 克 服 了 优 化 法 中 存 在的 参 数 识 别 不 确 定 性 问 题 即 使 在 降 低 精 度 的 情 况下 也 可 以 估 计 到 潜 在 的 预 测 风 险 此 外 +"/! 等 提 出 用 * !4-$-.3$8 和 ) 4 $# )3$86$-! 方 法 对 模型 进 行 校 准 * 是 一 种 局 部 优 化 法 但 与 其 他 局部 优 化 法 不 同 它 具 有 并 行 机 制 同 时 用 几 何 变 换 的方 法 获 取 目 标 函 数 的 梯 度 信 息 因 此 具 有 较 高 的 运算 效 率 ) 法 在 单 纯 形 法 的 基 础 上 由 随 机 搜 索 生 物 竞 争 进 化 原 理 以 及 复 合 形 掺 混 等 方 法 综 合 而成 是 一 种 有 效 的 全 局 优 化 法 由 于 中 的 参数 在 许 可 的 范 围 内 有 许 多 局 部 最 优 值 因 此 *局 部 优 化 法 并 不 适 合 而 用 全 局 优 化 法 进 行 校 准 更好 的 应 用鉴 于 的 诸 多 优 点 现 已 被 世 界 各 国 的 研究 者 广 泛 用 于 城 市 地 区 暴 雨 洪 水 的 地 表 径 流 过 程 地 表 径 流 量 和 污 染 负 荷 量 的 估 算 与 预 测 以 及 对 合流 式 和 分 流 式 下 水 道 排 污 管 道 和 其 他 排 水 系 统 的规 划 分 析 及 设 计 这 两 个 方 面 在 第 一 个 应 用 方 面 等 采 用 和* 模 型 对 汉 江 的 一 个 小 流 域 进 行 了 径 流 量 和 污染 负 荷 量 的 估 算 结 果 表 明 更 适 用 于 小 尺度 的 市 区 赵 树 旗 等 选 取 北 京 市 一 个 包 括 办 公楼 教 学 楼 绿 地 和 道 路 等 的 小 区 域 采 用 模拟 不 同 不 透 水 面 积 条 件 下 不 同 降 雨 频 率 的 洪 峰 流量 结 果 证 明 模 拟 的 准 确 性 较 高 (在 第 二 个 应 用 方 面 董 欣 等 应 用 对 深圳 河 湾 地 区 排 水 系 统 进 行 了 规 划 并 指 出 规 划 中 所

"4 2 陈 晓 燕 等 雨 洪 管 理 模 型 的 原 理 参 数 和 应 用 第 卷 第 期应 用 的 方 法 和 过 程 具 有 一 定 的 通 用 性 李 彦 伟等 用 模 拟 所 选 区 域 排 水 系 统 的 运 行 现 状 分 析 得 出 其 瓶 颈 制 约 并 提 出 改 变 节 点 高 程 和 增加 管 径 这 两 种 管 网 方 案 刘 俊 等 针 对 上 海 市 城区 排 水 系 统 的 水 文 学 和 水 力 学 特 性 以 为 基础 开 发 了 适 合 上 海 市 区 产 流 排 水 特 点 和 防 汛 管 理要 求 的 城 市 雨 洪 模 型 赵 冬 泉 等 基 于 17 对 城 市 排 水 管 网 模 型 进 行 快 速 构 建 并 在 澳 门某 小 区 进 行 了 应 用 和 案 例 分 析 然 而 采 用 进 行 径 流 量 和 径 流 水 质 模 拟时 需 特 别 注 意 以 下 几 个 问 题 首 先 对 输 入 参 数 的校 准 非 常 重 要 其 次 子 汇 水 区 域 的 划 分 方 式 会 对模 拟 结 果 有 一 定 影 响 最 后 在 进 行 连 续 模 拟时 应 注 意 降 雨 事 件 的 选 择 降 雨 事 件 的 间 隔 应 长于 土 壤 干 燥 时 间 以 提 高 参 数 的 灵 敏 性 和 稳 定 性 从而 有 助 于 提 高 模 拟 结 果 的 准 确 率 基 于 的 水 文 模 型 的 改 进 方 向与 其 他 水 文 模 型 相 比 在 各 方 面 均 有 很大 改 善 但 仍 存 在 以 下 不 足 对 输 入 数 据 的 要 求 较高 当 难 以 获 取 实 时 数 据 和 大 量 基 础 数 据 时 模 拟 很难 进 行 所 需 参 数 较 多 参 数 校 准 困 难 参 数 的 实测 存 在 较 大 误 差 不 能 对 暴 雨 径 流 挟 带 泥 沙 的 运动 进 行 准 确 模 拟 也 不 能 模 拟 污 染 物 在 地 表 和 排 水管 道 中 运 动 时 的 生 化 反 应 过 程 从 而 直 接 影 响 对 径流 中 各 种 污 染 物 浓 度 的 估 算 仅 能 反 映 土 地 覆 被类 型 面 积 比 例 的 变 化 对 地 表 径 流 和 非 点 源 污 染 的 影响 而 不 能 反 映 土 地 利 用 格 局 变 化 的 影 响 输 入 格式 单 一 不 能 直 接 导 入 17 或 ) 格 式 的 管 网 图 鉴 于 此 对 今 后 的 研 究 提 出 一 些 主 要 的 改 进 方向 探 讨 在 无 资 料 情 况 下 模 拟 城 市 地 表 径 流 污 染负 荷 的 途 径 和 方 法 在 不 影 响 模 拟 结 果 准 确 度 的情 况 下 适 当 减 少 不 敏 感 参 数 并 进 一 步 探 讨 校 准 或实 测 参 数 的 有 效 方 法 提 高 对 暴 雨 径 流 中 泥 沙 和污 染 物 的 模 拟 能 力 包 括 对 地 表 侵 蚀 冲 刷 和 管 道 中泥 沙 和 污 染 物 运 动 污 染 物 与 泥 沙 相 互 作 用 以 及 污染 物 在 地 表 和 管 道 中 生 化 反 应 过 程 的 模 拟 发 展城 市 地 表 径 流 污 染 负 荷 模 型 与 17 的 耦 合 应 用 从而 实 现 模 拟 过 程 和 结 果 的 空 间 化 并 有 效 减 小 图 件输 入 的 工 作 量 4/#$"-2-32 ! $-!-!( < '! )1=!" ")3-6 6$.-! !!# $-/ -!" * !# 2-%24!$ )!-1)$-! '4 2$!#.24!"! 4 4/#$"-23! 2$-! /. 4/)4 4 < ( > => 7*"24 ""."-! $6$2 !-$#!# ! > -$-! $-!-! < ( +"/! ; %; 64 -* -!" ?! -22$--! 4 # $ 33$-# # $-!"&! / ( 赵 树 旗 晋 存 田 李 小 亮 等 模 型 在 北 京 市 某区 域 的 应 用 给 水 排 水 5 ( 董 欣 陈 吉 宁 赵 冬 泉 模 型 在 城 市 排 水 系 统规 划 中 的 应 用 给 水 排 水 李 彦 伟 尤 学 一 季 民 等 基 于 模 型 的 雨 水管 网 优 化 中 国 给 水 排 水 刘 俊 郭 亮 辉 张 建 涛 等 基 于 模 拟 上 海 市区 排 水 及 地 面 淹 水 过 程 中 国 给 水 排 水 ( 赵 冬 泉 陈 吉 宁 佟 庆 远 等 基 于 17 构 建 城 市 排 水 管 网 模 型 中 国 给 水 排 水 ( 赵 冬 泉 陈 吉 宁 佟 庆 远 等 子 汇 水 区 的 划 分 对 模 拟 结 果 的 影 响 研 究 环 境 保 护 赵 冬 泉 董 鲁 燕 王 浩 正 等 降 雨 径 流 连 续 模 拟 参 数全 局 灵 敏 性 分 析 环 境 科 学 学 报 (( (参 考 文 献 !")4! &-!" $(